摘 要

针对地质剖面中地层信息提出了一种抗干扰能力强的地层划分新方法。该方法利用变分函数和置信度来计算地质图中区域的方向角。然后，在均匀方向的几何地图区域中设计了基于方向流场的蛇模型分割方法。其次，摒弃了基于梯度信息的图像方向，设计了Gabor滤波器融合Radon变换获得Gabor滤波器的方向，从而准确地分割不同地质层，并在同一地质层中进行断层修复。最后，在实际地质剖面上进行了试验。该方法的有效性，可以取得较好的分割效果，从而促进油气勘探和地质环境的三维重建。纵观国内外同类研究情况，主要是为了发现和勘测新的油气资源，并利用各种手段了解地下的地质条件，通过对油的认识，油气运移、聚集、保存等条件，油气前景的判断对油气的有利聚集区进行综合评价，发现油气的陷阱，以此确定油气田地区发现石油和天然气的情况从而为国家增加原油储备的输出能力及相关油气产品。

关键词：纹理分割；方向流场；蛇模型；方向滤波

A method of accurate segmentation of geological layer in geological map based on directional filter

ABSTRACT

A new method of stratigraphic segmentation with strong anti - interference is proposed for the stratigraphic information in the geological section. Firstly, the method is used to calculate the direction angle of the region inthe geological map by using the variation function and the confidence degree. Then the geometric map sub-region is oriented in thedirection of the direction. The snake model segmentation method based on the directional flow field is designed. Secondly, the image direction based on the gradient information is discarded The Gabor filter is designed to fuse the Radon transform to obtain the direction of the Gabor filter, so as to accurately segment the different geological layers and repair the faults in the same geological layer. Finally, the test is carried out in the real geological profile. The effectiveness of the method, which can obtain better segmentation results, so as to promote the three-dimensional reconstruction of oil explorationandgeological environment.Throughout the domestic and abroad research situation, mostly is to search for and identify oil and gas resources, and the use of various means to understand the geological conditions of underground exploration, understanding of oil, oil, oil and gas migration, accumulation and preservation conditions, comprehensive evaluation of the oil and gas prospects, determine the favorable area of oil and gas accumulation, to find oil and gas traps, and proven oil and gas field area, and the process of discriminating gas output capacity, increase oil reserves for the country and the related oil and gas products.

Key words：Texture segmentation；Direction flow field；Snake model；Direction filtering

目 录

1 引言 - 1 -

2 多阈值初始分割优劣分析 - 2 -

3 基于方向流场的蛇模型分割方法 - 4 -

3.1 区域方向流场获取 - 4 -

3.2 蛇模型中初始轮廓选取 - 5 -

3.3 基于方向流场引导的蛇模型 - 6 -

4 基于方向滤波器的地质图分割优化 - 8 -

4.1 Radon变换求取方向角 - 8 -

4.2 方向滤波器分割 - 9 -

5 实验结果及分析 - 11 -

5.1 方向流场实验 - 11 -

5.2本文蛇模型分割实验 - 12 -

5.3方向滤波器实验结果 - 13 -

5.4 综合实验结果 - 14 -

6 结论 - 17 -

致 谢 - 18 -

1 引言

随着石油和天然气的勘探和开发，准确、快速的深化，岩心观察及储层特征的自动无损评估可以实现地质形成一个准确的描述，一直是现代石油技术领域的一大难题，也是储油层高效发展的关键。该课题旨在分析含油层，采用特殊材料砾石表现不同层次，构造沉积特征和储层库区，同时通过人为力模拟地壳应力的运动，实际油层观测情况发生变化，确定开发计划的勘探方向良好，油气田的地位。根据剖面地质图，数字图像处理技术用于自动处理和分析不同地质层的截面图像，以推断地质特征并定位油藏位置。具体实施方案如中间容器所示，不同材质的人造砂，一端推力板模拟地壳运动，改变了油层的砂体观测;纵向垂直间距段，显示地质图在水平剖面不同部位的演变和运动位置到油位，但由于在挤压，切割和拍摄角度以及光线变化的数据收集过程中的影响，原始材料沙附着和混合，导致不同的地质层模糊。因此，使用条纹纹理获得正确的取向角度很重要。用于计算定向域的现有算法如下：M.B.Asker采用梯度矢量流法用于计算图像中每个区域的方向场，但对该区域的纹理混乱效果不理想。有学者采用离散傅里叶变换获得木电子显微镜图像的光谱图，然后用主成分分析法确定该区域的主要方向，但效果一般较大。T.S.Roger利用变异函数法来判断航空图像中森林，果园和田野区域的平衡和方向，得到良好的结果。Law W K通过最小化权重的局部方差来估计容器边界的方向，该方法对噪声不敏感，并且是鲁棒的。H.Ertan C等人在刚性过滤器的基础上，提出了一种旋转过滤器来确定医用图像中纤维的方向，并引导管状结构与种子位置的跟踪。在本文中，该算法是根据上述思想设计的。

2 多阈值初始分割优劣分析

多阈值分割是现代图像处理中不可缺少的一部分。它主要是指通过设置多个阈值来标记图像中感兴趣的对象。阈值的选取是关键，它关系到分割的结果。最大类间方差法又称大类内的方法是一个多阈值图像分割中比较常用的和完善的方法。由于多阈值图像分割在图像处理中的重要性，多阈值图像分割在现代生产和生活的各个方面得到了广泛的应用。所谓多阈值也是分割图像中的多个区域以设置多个阈值。阈值分割方法具有实现简单、计算量小、性能稳定等特点。因此多阈值图像分割是图像分割中最基本、应用最广泛的分割技术。

由于光照条件的变化，拍摄过程中地质剖面发生了变化，影响了地质图的精度，干扰了地质层的分割。因此本文采用HSV模式，即色相、饱和度和明度，根据动态设置饱和度阈值值进行初始分割：

式中，把图像划分为（n×n）大小的子块B，α，β为调节系数，S代表切片图像的饱和度分量。通过αve(i,j)可以自动调节阈值大小精确度，从而得到最理想的分割效果。具体结果如图2.1所示。

图2.1实验结果

从结果可以看出，可以从接头的饱和度分量的多阈值分割方法可以获得近似不同的地层信息的结果，但由于地质图一直受到人为的力和截面切割，使粘性和混合沙子和石头把原在的组中，有一个局部故障区域的图2.1中的红色圆圈标记（C），并对以后的三维重建有很大影响。因此，下一步的工作是如何遵循这些断裂带的形成恢复的趋势，以实现一个完整的地层划分。

3 基于方向流场的蛇模型分割方法

蛇模型在医学图像分割、视频分析等众多领域有着广泛的应用,尽管已有二十年的历史,在应用中仍然存在一些未解决的问题,本文针对蛇模型分割结果对初始曲线位置过于敏感、难以应用于全自动分割领域以及几何式蛇模型计算效率较低等三个问题进行了研究，取得一些具有理论意义和实用价值的成果。

1、提出一种对初始化曲线位置不敏感的新型蛇模型外力场自适应压力场。首先针对蛇模型初始化问题的原因进行了深入的研究,提出了可以避免初始化问题的力场所应具备的特征:可以自适应的根据其位置的不同而对蛇模型施加不同的压力,即在目标区域内部表现为膨胀力，外部为收缩力。再根据该特征的指导，提出基于邻域和基于梯度两种构造力场的方法，前者计算复杂度较高，但通过调整所用邻域的尺寸，对分割较细的目标有良好的效果，后者计算速度快，适应范围更广。

2、通过将蛇模型外力场与种子区域生长法相结合提出一种高效的全自动分割方法。基于蛇模型的图像分割难以避免人工干预，为此本文对全自动分割进行了研究。根据流场分析理论，向量流场中每个点的性质可以由该点周围向量的方向所反映，通过将这些向量的方向映射为一个标量，得到一个标量场流向标量场，然后以其为辅助图像，用一种改进的种子区域生长法进行初始分割，最后用区域合并得到最终结果。该方法计算速度快，对噪声鲁棒性好，适合快速应用。本文还将其拓展到彩色-纹理图像分割领域。

3、提出一种基于双前沿蛇模型的视频目标轮廓跟踪方法。与参数式蛇模型相比，几何式蛇模型有着更好的特性，然而较大的计算负荷使其难以适应目标跟踪快速化的要求。本文对双前沿活动轮廓模型进行了研究，提出支撑区域限制和拟气球模型两项改进以提高其计算效率，得到了一种新模型Dual-frontsnake with quasi-balloon ，并在此基础上提出了一种快速、灵活的轮廓跟踪方法。该方法保持了几何式蛇模型自适应拓扑结构变化的优点，并能用于背景运动的场景，跟踪运动变化剧烈、变形较大的目标。

3.1 区域方向流场获取

为了在方向上获得完整的地址层，通过对每个子块的图像的方向信息在计算区域的横截面的不同地质层的方向信息计算，从为后续的分割提供了基础。具体操作如下：