一种用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法技术

本发明专利技术公开了一种用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，包括以下步骤：采集经放大后的压裂支撑剂颗粒的图像信息；对所述图像信息进行平滑处理、图像分割、孔洞填充和区域标记，得到处理后的颗粒图像；采用Canny算子检测法对处理后的颗粒图像进行边缘提取；获得经边缘提取后的颗粒图像的几何特征,所述几何特征包括面积、周长、最大内切圆半径和最小外接圆半径。本发明专利技术对采集的压裂支撑剂的颗粒图像进行了平滑处理、图像分割、孔洞填充和区域标记处理，提高了压裂支撑剂颗粒图像的精度，极大地节省了人力成本，提高了测定效率和测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法
本专利技术属于油气田压裂支撑剂检测
，具体涉及一种用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法。
技术介绍
压裂技术作为一种新兴改造油气田的有效方式，已经被人们熟知并广泛应用。压裂技术是利用人为外加超高的压力使得岩层产生不同程度的裂缝，然后将流体注入到裂缝内，从而能形成一个易于油气流通的通道。为了使压裂后产生的裂缝能够一直保持其开启的状态，通常向流体中注入颗粒状的压裂支撑剂。根据压裂工艺要求采用的压裂支撑，必须是具有一定圆度和球度的固体颗粒，且颗粒的圆球度值越高越好。压裂支撑剂性能和质量的优劣对油气的导流程度起着至关重要的影响，直接决定油汽产量的多少。目前，对于圆度和球度的评价常用目测通过球度和圆度模版对照进行人工标定确定，即一般是在显微镜下，调节其放大倍数在30～40倍之间或者通过显微照相技术对支撑剂颗粒进行拍照，然后再与行业规定标准的球度和圆度模板(Krumbein-Sloss模板)对比，根据采集的所有颗粒图像，确定每一个支撑剂颗粒的球度值和圆度值。然而，直接采用显微镜采集的支撑剂颗粒图像进行人工目测标定，颗粒图像容易出现粘连，图像容易受到外部因素的影响，这就会使测量的球度值和圆度值的结果不准确；人工测定受人为干扰的概率也很大，导致依据不充分，溯源性也就比较差。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，目的在于解决上述问题，解决直接采用显微镜采集的支撑剂颗粒图像进行人工目测标定，颗粒图像容易出现粘连，图像容易受到外部因素的影响，这就会使测量的球度值和圆度值的结果不准确；人工测定受人为干扰的概率也很大，导致依据不充分，溯源性也就比较差的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，包括以下步骤：采集经放大后的压裂支撑剂颗粒的图像信息；对所述图像信息进行平滑处理、图像分割、孔洞填充和区域标记，得到处理后的颗粒图像；采用Canny算子检测法对处理后的颗粒图像进行边缘提取；获得经边缘提取后的颗粒图像的几何特征,所述几何特征包括面积、周长、最大内切圆半径和最小外接圆半径。所述采集经放大后的压裂支撑剂颗粒的图像信息之前还包括：通过真空负压装置将压裂支撑剂颗粒吸送至真空负压装置上的真空负压吸盘上，所述真空负压吸盘上均匀分布有多个吸盘孔；通过显微镜对空负压装置上的压裂支撑剂颗粒进行图像放大。所述平滑处理具体为：采用高斯滤波对采集到的压裂支撑剂的颗粒图像进行平滑处理，所述平滑处理用于优化图像边缘，减少消除噪声对边缘的影响，所述高斯滤波处理包括：1)首先对采集到的压裂支撑剂的原图像进行灰度变换，把原图像转换为灰度图像；2)根据公式生成高斯序列；其中，P(z)表示灰度值，μ表示z的平均值或期望值，σ表示z的标准差，标准差的平方σ2为z的方差；利用高斯序列对灰度图像进行滤波。所述图像分割具体为：采用Otsu最优阈值分割法对平滑处理后的颗粒图像进行图像分割，包括以下步骤：1)对颗粒图像进行直方图统计；2)根据直方图获得颗粒图像中像素点的平均值；3)根据直方图统计，对直方图进行归一化处理；4)根据直方图获得类间方差矩阵，得出最大类间方差；5)通过最大类间方差得出类间方差最大值的阈值，确定最优阈值；6)根据最优阈值对压裂支撑剂的颗粒图像进行分割。所述孔洞填充具体为：通过膨胀算法对图像分割处理后的颗粒图像进行孔洞填充处理，所述孔洞填充处理用于剔除压裂支撑剂颗粒图像区域中不必要的孔洞，所述孔洞填充处理包括以下步骤：记录颗粒图像中邻域点的位置；检测邻域点像素；根据邻域点像素对颗粒图像中的孔洞进行填充。所述区域标记具体为：采用8-邻域扫描方法对颗粒图像进行区域标记处理，所述区域标记用于对颗粒图像中的多个颗粒进行区别和分类；区域标记处理包括以下步骤：1)初始化图像所有像素点的区域序号为0，从颗粒图像中最左上的点开始，逐行进行扫描，将扫描到的第一个像素值为0的点作为起始点，并标记该点的区域序号为1；(2)扫描下一个点；如果该点像素值为0，则判断此点八邻域中各点的情况；如其中有一点的区域序号不为0，则令该点的区域序号与之相同；如果该点的八邻域中所有点的区域序号都为0，则该点属于新的区域，令其区域序号为当前区域序号最大值加1；(3)将颗粒图像中所有点扫描完毕后，将压裂支撑剂颗粒图像中的不同压裂支撑剂颗粒按照区域位置进行标记。采用Canny算子检测对颗粒图像进行边缘提取，包括以下步骤：1)对颗粒图像灰度变换处理后，进行高斯滤波以优化图像的边缘，减少噪声对边缘的影响；满足第一准则的数学表达式为：满足第二准则的表达式为：当对f的尺度进行变化时，令fw(x)＝f(x/w)，得出：2)利用一阶导数算子求出各个像素点的梯度值，公式如下：设定经过平滑后的图像矩阵为I[i,j]，则x和y方向的偏导数的矩阵表达式为：3)采用非极大值抑制方法寻找边缘点，包括以下操作：保留梯度方向相邻像素梯度的最大梯度值，并标记为1，1表示可能边缘点，其他标记为0，0为非边缘点，表达式如下：N[i,j]＝NMS(M[i,j],ξ[i,j])(6)其中，公式(6)的零值点就是非边缘点；利用边缘点和非边缘点的对比度寻找真实的边缘点；4)采用双阈值检测处理对颗粒图像进行边缘检测，包括以下步骤：首先设置两个阈值Th和Tl，然后检测经上述1)2)3)步骤处理后的图像，将所有大于阈值Th的点分为一类，将大于阈值Tl保留为另一类；双阈值检测后，得到两个阈值边缘图像矩阵Th[i,j]和Tl[i,j]；以高阈值检测的矩阵Th[i,j]为基础，低阈值检测得到的矩阵Tl[i,j]为补充，两个矩阵相互结合来提取比较完整的图像的边缘。所述的几何特征提取包括对压裂支撑剂的颗粒图像的面积、周长、最大内切圆半径和最小外接圆半径进行提取；颗粒图像的面积的提取是采用对比矩阵的方法来提取目标区域所占的像素点数目，即区域的边界及边界内包含的所有的像素点数；包括以下步骤：1)令k＝1,2,...,K，建立一个矩阵M＝k×ones(m,n)；k表示颗粒数目，m×n是图像的大小；2)图像对应的矩阵I与建立的矩阵M进行比较，产生一个全新的由矩阵I与矩阵M上对应位置的元素对比而得的矩阵NewM，若对应位置一致记为1，不一致记为0；3)经过步骤2)处理后的矩阵NewM就形成一个只含有元素0和1的矩阵，对矩阵NewM各元素进行求和，所得的和就是标号为k的像素的个数，然后乘以转换系数，得到颗粒图像的面积。所述的颗粒图像的最大内切圆半径和最小外接圆半径提取包括以下步骤：设压裂支撑剂边缘图像的最小条件圆心为(a,b)，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：/n采集经放大后的压裂支撑剂颗粒的图像信息；/n对所述图像信息进行平滑处理、图像分割、孔洞填充和区域标记，得到处理后的颗粒图像；/n采用Canny算子检测法对处理后的颗粒图像进行边缘提取；/n获得经边缘提取后的颗粒图像的几何特征,所述几何特征包括面积、周长、最大内切圆半径和最小外接圆半径。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集经放大后的压裂支撑剂颗粒的图像信息；
对所述图像信息进行平滑处理、图像分割、孔洞填充和区域标记，得到处理后的颗粒图像；
采用Canny算子检测法对处理后的颗粒图像进行边缘提取；
获得经边缘提取后的颗粒图像的几何特征,所述几何特征包括面积、周长、最大内切圆半径和最小外接圆半径。


2.根据权利要求1所述的用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，其特征在于，所述采集经放大后的压裂支撑剂颗粒的图像信息之前还包括：
通过真空负压装置将压裂支撑剂颗粒吸送至真空负压装置上的真空负压吸盘上，所述真空负压吸盘上均匀分布有多个吸盘孔；
通过显微镜对空负压装置上的压裂支撑剂颗粒进行图像放大。


3.根据权利要求1所述的用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，其特征在于，所述平滑处理具体为：
采用高斯滤波对采集到的压裂支撑剂的颗粒图像进行平滑处理，所述平滑处理用于优化图像边缘，减少消除噪声对边缘的影响，所述高斯滤波处理包括：
1)首先对采集到的压裂支撑剂的原图像进行灰度变换，把原图像转换为灰度图像；
2)根据公式生成高斯序列；
其中，P(z)表示灰度值，μ表示z的平均值或期望值，σ表示z的标准差，标准差的平方σ2为z的方差；
利用高斯序列对灰度图像进行滤波。


4.根据权利要求1所述的用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，其特征在于，所述图像分割具体为：
采用Otsu最优阈值分割法对平滑处理后的颗粒图像进行图像分割，包括以下步骤：
1)对颗粒图像进行直方图统计；
2)根据直方图获得颗粒图像中像素点的平均值；
3)根据直方图统计，对直方图进行归一化处理；
4)根据直方图获得类间方差矩阵，得出最大类间方差；
5)通过最大类间方差得出类间方差最大值的阈值，确定最优阈值；
6)根据最优阈值对压裂支撑剂的颗粒图像进行分割。


5.根据权利要求1所述的用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，其特征在于，所述孔洞填充具体为：
通过膨胀算法对图像分割处理后的颗粒图像进行孔洞填充处理，所述孔洞填充处理用于剔除压裂支撑剂颗粒图像区域中不必要的孔洞，所述孔洞填充处理包括以下步骤：
记录颗粒图像中邻域点的位置；检测邻域点像素；根据邻域点像素对颗粒图像中的孔洞进行填充。


6.根据权利要求1所述的用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，其特征在于，所述区域标记具体为：
采用8-邻域扫描方法对颗粒图像进行区域标记处理，所述区域标记用于对颗粒图像中的多个颗粒进行区别和分类；区域标记处理包括以下步骤：
1)初始化图像所有像素点的区域序号为0，从颗粒图像中最左上的点开始，逐行进行扫描，将扫描到的第一个像素值为0的点作为起始点，并标记该点的区域序号为1；
(2)扫描下一个点；如果该点像素值为0，则判断此点八邻域中各点的情况；如其中有一点的区域序号不为0，则令该点的区域序号与之相同；如果该点的八邻域中所有点的区域序号都为0，则该点属于新的区域，令其区域序号为当前区域序号最大值加1；
(3)将颗粒图像中所有点扫描完毕后，将压裂支撑剂颗粒图像中的不同压裂支撑剂颗粒按照区域位置进行标记。


7.根据权利要求1所述的用于压裂支撑剂显微放大的图像处理方法，其特征在于，采用Canny算子检测对颗粒图像进行边缘提取，包括以下步骤：
1)对颗粒图像灰度变换处理后，进行高斯滤波以优化图像的边缘，减少噪声对边缘的影响；满足第一准则的数学表达式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：郝坚，李朝松，陈汉，曹鹏章，万征平，李安，胡科先，万博，师树峰，王天明，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11