專利名稱：多孔介質(zhì)中流動泡沫結(jié)構(gòu)圖像實時采集與識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是對多孔介質(zhì)(巖石)中流動泡沫結(jié)構(gòu)圖像 的實時采集與識別方法。
背景技術(shù)：
泡沫驅(qū)油是一種利用氮氣、天然氣或其它氣體與泡沫劑混合形成泡沫作為驅(qū)油介 質(zhì)的驅(qū)油方法。該技術(shù)能夠有效地提高原油采收率，它已逐步成為我國東部油田繼聚合物 驅(qū)油技術(shù)之后的又一主力提高原油采收率技術(shù)之一。然而，泡沫體系在多孔介質(zhì)中的微觀 滲流是一個十分復(fù)雜的過程，它涉及到泡沫在在多孔介質(zhì)中生成、運移、破滅、再生機(jī)理。深 入地研究泡沫流體在多孔介質(zhì)中滲流時泡沫形態(tài)結(jié)構(gòu)變化規(guī)律具有重要的意義。目前常用的流體在多孔介質(zhì)(巖石)中滲流特征研究手段包括核磁共振成像儀 (NMRI或MRI)技術(shù)、CT掃描技術(shù)、巖石驅(qū)替物理模擬、微觀刻蝕模型和微觀可視化物理模擬等。由于泡沫流體中多個氣體泡沫間的液膜壁太薄，核磁共振成像儀和CT掃描技術(shù) 很難將多個氣體泡沫區(qū)分開；巖石驅(qū)替物理模擬能夠模擬高壓狀態(tài)下多孔介質(zhì)中流動泡沫 的壓力和流量特征，但巖石內(nèi)部流動泡沫結(jié)構(gòu)是不可視的；微觀蝕刻模型不耐高壓，且不能 準(zhǔn)確反映真實巖石的多孔介質(zhì)特征。微觀可視化物理模擬是一種相對較新的實驗技術(shù)，有 著其獨特的優(yōu)點，通過顯微鏡直接觀察泡沫在多孔介質(zhì)中流動的生成、破滅、再生過程，配 之以攝錄機(jī)系統(tǒng)可觀察和記錄泡沫結(jié)構(gòu)和運動狀況。在不同實驗條件下(時刻、位置、壓 力、速度、多孔介質(zhì)物性參數(shù))，泡沫流體滲流中呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)特征。要深入分析泡沫結(jié)構(gòu) 與實驗條件的關(guān)系，關(guān)鍵是對觀察到的圖像進(jìn)行采集，并通過圖像識別技術(shù)分離各單個泡 沫，定量計算其結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，最后通過統(tǒng)計方法認(rèn)識泡沫在不同實驗條件下的分布特征。 目前還沒有適合于微觀可視化物理模擬實驗中泡沫圖像的實時采集與識別方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種多孔介質(zhì)中流動泡沫結(jié)構(gòu)圖像實時采集與識別方法， 用于認(rèn)識泡沫在多孔介質(zhì)滲流過程中的微觀結(jié)構(gòu)特征。本發(fā)明為實現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案是在泡沫滲流微觀可視化物理模擬系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生滿足實驗要求的泡沫流體，通過圖像采集系統(tǒng)獲得泡沫微觀結(jié)構(gòu)圖像，在對 圖像進(jìn)行預(yù)處理基礎(chǔ)上，分割出泡沫結(jié)構(gòu)輪廓線，并根據(jù)輪廓線形態(tài)識別泡沫個體，計算泡 沫結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。本發(fā)明主要包括泡沫圖像實時采集方法和泡沫結(jié)構(gòu)圖像處理識別方法， 其中，I.泡沫圖像實時采集按以下過程(1)通過泡沫滲流模擬系統(tǒng)產(chǎn)生泡沫流體，從觀察窗觀察和記錄二維泡沫形態(tài)；(2)通過對觀察窗上部帶攝錄機(jī)的顯微鏡放大倍數(shù)的調(diào)整，觀測全局和局部泡沫 流體結(jié)構(gòu)形態(tài)；
(3)實時圖像采集，用攝錄機(jī)錄取二維泡沫圖像，記錄采集時刻的實驗條件、比例 尺等有關(guān)參數(shù)，設(shè)置不同的像素、分辨率和曝光時間，以不同的時間間隔連續(xù)拍攝多張泡沫 形態(tài)圖像；(4)實時圖像的保存，對圖像進(jìn)行壓縮存儲；II.泡沫結(jié)構(gòu)圖像處理識別按以下過程(1)讀入通過圖像采集程序采集到的泡沫微觀結(jié)構(gòu)靜態(tài)圖像，定義分析窗口，選取 所要分析部分的泡沫圖像；(2)對圖像進(jìn)行增強(qiáng)、銳化等預(yù)處理，增強(qiáng)泡沫結(jié)構(gòu)圖像中泡沫輪廓與其他部分的 對比度，通過去污處理去除圖像中的實驗污點，最后將彩色圖片轉(zhuǎn)換成只含有亮度信息，不 含色彩信息的灰度圖，提取圖像灰度值；(3)圖像自動分割，根據(jù)圖像的灰度值分布直方圖，確定二值化閾值，并對圖像進(jìn) 行二值化處理，將泡沫輪廓線和其它部分區(qū)分開來。圖像分割后泡沫輪廓部分對應(yīng)體素的 灰度值都變?yōu)?，泡沫內(nèi)部氣體部分與泡沫之間的液體部分對應(yīng)體素的灰度值都為0 ；(4)泡沫結(jié)構(gòu)識別，泡沫內(nèi)部的氣體部分和泡沫間的液體部分各自均呈連片分布， 并以輪廓線為界，泡沫內(nèi)部呈現(xiàn)比較規(guī)則的圓形，泡沫間的液體連片分布形態(tài)較不規(guī)則，需 要提取的是泡沫內(nèi)部的氣體部分的信息。根據(jù)圖像分割后的灰度值分布矩陣，利用泡沫輪 廓線結(jié)構(gòu)識別各泡沫單體，去除泡沫間的液體部分。同時符合以下三個條件的連片分布區(qū) 域即為識別出的泡沫單體①各連片分布區(qū)域左右邊界間的距離與上下邊界間的距離差小于邊界間平均距 離(即泡沫直徑)的15% ；②左、右邊界像素點位置所對應(yīng)的上、下坐標(biāo)距離差小于直徑的15% ；③連片分布區(qū)域小于5個像素點的部分，不計入泡沫單體統(tǒng)計范圍。(5)計算泡沫數(shù)目、體積、直徑、平均分布密度、泡沫大小頻度分布、泡沫非均勻度 等有關(guān)特征參數(shù)，輸出統(tǒng)計圖表 ①泡沫體積、等效直徑和平均直徑對數(shù)碼圖片通過標(biāo)記算法區(qū)分各個獨立的泡沫，獲取泡沫數(shù)目，每個泡沫的大小 通過各個標(biāo)記對象范圍內(nèi)像素數(shù)目計算得到，將二維圖中泡沫大小轉(zhuǎn)換為等效直徑的球形 泡沫。泡沫體積為
權(quán)利要求
1. 一種多孔介質(zhì)中流動泡沫結(jié)構(gòu)圖像實時采集與識別方法，包括泡沫圖像實時采集方 法和泡沫結(jié)構(gòu)圖像處理識別方法，其特征在于在泡沫滲流模擬系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生滿足實 驗要求的泡沫流體，通過圖像采集系統(tǒng)獲得不同條件下泡沫微觀結(jié)構(gòu)圖像，對圖像進(jìn)行處 理，分割出泡沫結(jié)構(gòu)輪廓線，并根據(jù)輪廓線形態(tài)識別泡沫個體，計算泡沫結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，其 中，I.泡沫圖像實時采集按以下過程(1)通過泡沫滲流模擬系統(tǒng)產(chǎn)生泡沫流體，從觀察窗觀察和記錄二維泡沫形態(tài)；(2)通過對觀察窗上部帶攝錄機(jī)的顯微鏡放大倍數(shù)的調(diào)整，觀測全局和局部泡沫流體 結(jié)構(gòu)形態(tài)；(3)實時圖像采集，用攝錄機(jī)錄取二維泡沫圖像，記錄采集時刻的實驗條件、比例尺等 有關(guān)參數(shù)，設(shè)置不同的像素、分辨率和曝光時間，以不同的時間間隔連續(xù)拍攝多張泡沫形態(tài) 圖像；(4)實時圖像的保存，對圖像進(jìn)行壓縮存儲；II.泡沫結(jié)構(gòu)圖像處理識別按以下過程(1)讀入通過圖像采集程序采集到的泡沫微觀結(jié)構(gòu)靜態(tài)圖像，定義分析窗口，選取所要 分析部分的泡沫圖像；(2)對圖像進(jìn)行增強(qiáng)、銳化等預(yù)處理，增強(qiáng)泡沫結(jié)構(gòu)圖像中泡沫輪廓與其他部分的對比 度，通過去污處理去除圖像中的實驗污點，最后將彩色圖片轉(zhuǎn)換成只含有亮度信息，不含色 彩信息的灰度圖，提取圖像灰度值；(3)圖像自動分割，根據(jù)圖像的灰度值分布直方圖，確定二值化閾值，并對圖像進(jìn)行二 值化處理，將泡沫輪廓線和其它部分區(qū)分開來，圖像分割后泡沫輪廓部分對應(yīng)體素的灰度 值都變?yōu)?，泡沫內(nèi)部氣體部分與泡沫之間的液體部分對應(yīng)體素的灰度值都為0 ；(4)泡沫結(jié)構(gòu)識別，泡沫內(nèi)部的氣體部分和泡沫間的液體部分各自均呈連片分布，并以 輪廓線為界，泡沫內(nèi)部呈現(xiàn)比較規(guī)則的圓形，泡沫間的液體連片分布形態(tài)較不規(guī)則，需要提 取的是泡沫內(nèi)部氣體部分的信息，根據(jù)圖像分割后的灰度值分布矩陣，利用泡沫輪廓線結(jié) 構(gòu)識別各泡沫單體，去除泡沫間的液體部分，同時符合以下三個條件的連片分布區(qū)域即為 識別出的泡沫單體①各連片分布區(qū)域左右邊界間的距離與上下邊界間的距離差小于泡沫 直徑的15% ；②左、右邊界像素點位置所對應(yīng)的上、下坐標(biāo)距離差小于泡沫直徑的15% ；③ 連片分布區(qū)域小于5個像素點的部分，不計入泡沫單體統(tǒng)計范圍；(5)計算泡沫數(shù)目、體積、直徑、平均直徑、泡沫大小頻度分布和泡沫非均勻度有關(guān)特征 參數(shù)，輸出統(tǒng)計圖表泡沫體積為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多孔介質(zhì)中流動泡沫結(jié)構(gòu)圖像實時采集與識別方法，特征是在泡沫滲流模擬系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生泡沫流體，通過圖像采集系統(tǒng)獲得不同時刻以及不同巖心位置處泡沫微觀結(jié)構(gòu)圖像，對圖像進(jìn)行處理，分割出泡沫結(jié)構(gòu)輪廓，并根據(jù)輪廓形態(tài)識別泡沫個體，計算泡沫結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。本發(fā)明實現(xiàn)了高壓狀態(tài)下對在多孔介質(zhì)滲流過程中泡沫結(jié)構(gòu)圖像的實時采集，在此基礎(chǔ)上可對泡沫結(jié)構(gòu)進(jìn)行識別和定量化描述，為開展泡沫在多孔介質(zhì)中的微觀流動研究提供了實用有效的工具。
文檔編號G06T7/00GK102129548SQ201110027399
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者侯健, 李振泉, 李雪松, 杜慶軍, 王其偉, 鄭家朋, 郭平 申請人:中國石油大學(xué)(華東)