[发明专利]基于色差识别的岩石微观结构射线成像探测法

说明书

本发明公开了一种基于色差识别的岩石微观结构射线成像探测法，它包括利用X‑射线获取岩石微观结构；采用矩阵单元色差识别分割算法，通过色差分块矩阵边界单元色差计算岩石内部各微观结构相色差识别阈值，并结合灰阶识别阈值，最终获得岩石微观结构相最优分割阈值；完成岩石内部裂纹、孔隙和固体基质等多类微观结构相的精确分割。它可以提高岩石内部各类微观结构相的分割精度，提高预测岩石物理力学参数预测精度，从而应用于深部岩石工程地质灾害和深部能源开发工程。本发明的优点是：精确识别区分岩石裂纹和孔隙及其他固体基质结构相，提高岩石微观结构识别分割精度，提高预测岩石物理力学参数预测精度。

技术领域

本发明属于岩石微观结构图像处理技术，具体涉及一种基于色差识别的岩石微观结构射线成像探测法。

背景技术

岩石微观结构对各种岩石工程灾害预测和防控有重要影响，而微观破岩 (岩石在不同加载条件下的岩石损伤破裂)机理和流体在岩石内部微观结构的流动规律对深部能源开采和地下空间开发具有十分重要的用途。在实际工程应用中(如页岩气、石油开发项目)，现有的岩石微观结构探测方法主要有流体示踪探测法、激光和红外线探测法和射线成像探测法等几类。

属于射线成像探测法的X-射线层析成像方法，它的微观结构探测过程包括以下步骤：步骤1、选取材料制作岩石标准试件，并运用X-射线成像设备获取岩石多微观结构特征信息。步骤2、选取适当分割算法，提取并分割岩石内部各个微观结构相；如文献“Athreshold section method from gray-level histogram”，Otsu N，1979.IEE TransSmc.9(1),62-66.(“一种基于灰度直方图的阈值分割方法”，大津，1979.IEEE系统、人与控制处理,9(1),62-66) 公开的两相分割算法，它通过类间方差计算得到一个分割阈值来分割岩石。步骤3、确定各个微观结构相赋值区间，运用计算机进行数据分析和结果可视化。

现有的岩石射线成像探测法对不同岩石微观结构都有较好的识别分割效果，但存在以下的问题：

1、岩石微观结构分割缺乏统一标准，不同分割算法针对同一岩石的微观结构分割结果可能相差甚远。

2、岩石微观结构分割结果易受到成像因素(如分辨率等)和分割算法的影响，容易造成微观结构欠分割或者过度分割，微观结构分割精度受到一定限制。

3、针对带裂隙的岩石，无法准确分类识别裂纹和孔隙，易将裂纹和孔隙均当作孔隙，导致岩石微观结构分类识别精度低，例如两相分割法用于复杂岩石或包含其他流体相的岩石，其分割精度较低。

本发明针对现有的岩石微观结构射线成像探测方法的分割算法进行改进，以解决上述的问题。

发明内容

针对现有的岩石微观结构探测方法的岩石多微观结构分类识别不清，无法准确分类识别裂纹和孔隙，微观结构过度分割或欠分割等问题，本发明要解决的问题是提供一种基于色差识别的岩石微观结构射线成像探测法，它能够精确识别岩石裂纹和孔隙及其他固体基质结构相，提高岩石微观结构识别分割精度，避免了由岩石微观结构相过度分割或欠分割导致预测的岩石物理力学特性误差较高的问题。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

步骤1、选择指定的砂岩块体，制作具有一定尺寸的长方体砂岩标准试件；在不同加载状态下，采用X-射线成像设备获取试砂岩试件破坏过程的分层图像；将砂岩分层图像离散并转化生成二维(2D)标量矩阵；

步骤2、导入转换的砂岩2D标量矩阵，采用三通道演示转换函数将矩阵各个单元添加颜色标签，生成色差矩阵单元；运用色差单元高斯分布初步估算矩阵单元识别阈值；基于各个色差分块矩阵边界单元色差，获得划分砂岩内部各个结构相的色差识别阈值；

步骤3、导入步骤2建立的色差矩阵，提取剔除颜色标签之后的矩阵单元，建立矩阵单元的灰阶矩阵，计算灰阶矩阵分块区间的识别阈值，