（通信与信息系统专业论文）测井曲线的自动识别与提取.pdf

p q 川人学2 0 0 0 级坝i 。研究生学位论史 测井曲线的自动识别与提取 通信与信息系统专j 比 研究生：左航指导老师：何小海 摘要石汕年人然。t 足重婴的能i ! ，也足十分宝贵的化上原料，凶此世界各幽 对油气的勘探与开发都特别重视。测井数据的数字化将有利于数据的存储、管 理、分析、共享和网络传输，因此测井曲线的矢量化就成为各油r 1 的核心工作 之一。目前通常采用数字化仪或国外矢量化软件来完成这一工作，但是速度较 慢，效率较低，例如克拉玛依油田曾用国外仪器通过鼠标提取花了三年时间才 完成了1 1 0 的任务。因此，如何把坐标纸上的测井曲线快速地自动识别和提取 出来，就成为急待解决的问题。本文针对这一要求丌展了测井曲线自动识别与 提取的研究工作，并提出以下理论和方法： 提出了通过空域识别和频域分析来消除背景栅格对曲线提取影响的方法。 提出了基于跟踪抗噪和参数特征( 灰度、走向和线宽) 的实线快速识别和提 取方法。 提出了基于预处理、跟踪抗噪和参数特征( 灰度、而积、高度、宽度、问距 和斜率) 的虚线快速识别和提取方法。 提出了利用内存映射文件来实现超大陶像的最示和处理。 设计实现了良好的操作界面和简洁易用的修改工具。 实现了提取结果的矢量文件输出和误差分析。 其中新意之处是： 提出了基于跟踪抗噪的曲线提取方案，并在此基础上利用曲线参数特征实现 了对实线和虚线的快速高效提取，自动识别率优于国外同类产品。 在跟踪提取过程中使用了多线程技术，确保操作的实时性。 实现了对双比例曲线的拼接提取，填补了数字化仪和国外软件的空白。 在内存和显存受限系统上完成了对超过1 0 米的大图的处理和显示，保证了 软件可以在单机上运行。 关键字：油气勘探测井图纸分析矢翳化曲线跟踪双比例曲线拼接 多线程技术内存映射文件 2 髑川大学2 0 0 0 级硕j 研究生学位论文 a u t o m a t i cr e c o g n i t i o na n dt r a c i n go fc u r v e so n w e l ll o gg r a p h s m a i o r ：s u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo fm a s t e ri nc o m m u n i c a t i o n a n di n f o r m a t i o ns y s t e m p o s t g r a d u a t e ：z u oh a n gs u p e r v i s o r ：h ex i a o b a i a b s t r a c to i1a n dn a t u r a lg a sa r eb o t hi m p o r t a n te n e r g ya n dp r e c i o u s c h e m i c a lr e s o u r c e s ，s oi t i sn o ts u r p r i s e dt h a ta 1 1t h ec o u n t r i e sp a y s p e c i a la t t e n t i o n st ot h e i ro i le x p l o i t a t i o n ap a r to ft h ek e yw o r ko f e a c ho i lf i e l di st ot a k ef u l la d v a n t a g e so ft h ew e l ll o gc u r v e so ng r a p h s ， a n a l y s ea n de x t r a c tt h ei n f o r m a t i o nc o n t a i n e d ，a n ds t o r et h e mp r o p e r l y t h eo i lf i e l d ，n a m e dk e l a m a y i ，s p e n tn e a r l yt h r e ey e a r st of i n i s ho n l y o n et e n t ho ft h ew o r k t h em a i na i mw a sa tv e g t o r i z ；n gt h ew e l ll o gc u r v e s a p p l y i n gf o r e i g ns o f t w a r e t h em a i nt o o li sam o u s e h o wt ov e c t o r i z e t h ei n f o r m a t i o nr a p i d l ya n dc o r r e c t l yr e m a i n st ob ea ne m e r g e n t u n r e s o l v e dp r o b l e m t os o l v et h ep r o b l e m ，t h isp a p e rt r i e st od e s i g n s o f t w a r ef o ra u t o m a t i cv e c t o r i z a t i o n w h a tw eh a v ed o n ea r e ： d e l e t i n gt h eb a c kg r i d so ft h ew e l ll o gg r a p p h sb ya n a l y z i n gi ns p a t i a l d o m a i no rf i l t e r i n gi nf r e n q u e n c yd o m a i n r e c o g i n z i n gt h ec u r v e sr a p i d l ya n dc o r r e c t l yb ya n a l y s i so ft h ec o l o r s o r i e n t a t i o n sa n dw i d t h so ft h ec u r v e sc o n c e r n e d r e c o g i z i n gt h ed o t t e dl i n e sr a p i d l ya n dc o r r e c t l yb ya n a l y s i so ft h e c o l o r s ，a r e a s ，h e i g h t s ，w i d t h s ，g a p sa n do r i e n t a t i o n so ft h e1i n e s d i s p l a y i n ga n dp r o c e s s i n go fs u p e rl a r g ei m g e su s i n gm e m o r ym a p p i n g f i l e d e v e l o p i n gf r i e n d l yo p r a t i n gi n t e r f a c ea n de a s i l yu s e dt o o l s d e s i g n i n gt h ee x p o r t a t i o na n d v e r i f i c a t i o no ft h ev e c t o r z i z e dd a t a a m o n gt h e s e1 i et h ei n n o v a t i o n sa st h ef o l l o w s 3 州j 1 1 人学2 0 0 0 级删! i 州究生学位沦史 b r i n gf o r w a r dam e t h o d a s e do n1 r a c i n g ，d e n o i s i n ga n dc h a r a c t e r p a r a m e t e r sd e t e c t i n gt or e c n g n i z et h ec u r e sr a p i d l ya n dc o r r e c t l y i th a sb e e np r o v e dt oh em o r ee f f i c i e n tt h a nt h ef o r e i g no o e a p p l y m u l t i t h r e a d sint h ec o u r s eo fr e c o g n i t i o nt oe n s u r eo p e r a t i n g i nr e a lt j m e r e a li s et h ea u t o m a t i cc o n n e c “o no f b i s c a l ec u r v e sa n dd o t t e dii n e s ， w h i c hi su n a v a il a b l ei nd a t a d e s ka n df o r i g ns o f t w a r e d i s p l a ya n dp r o c e s ss u c c e s s f u l l ys u p e rl a r g ei m a g e s i nam e m o r y l i m i t e ds y s t e ma n dr u ns m o o t h l yo np c k e y w o r d s o i le x p l o i t a t i o n ，w e l ll o gg r a p ha n a l y s i s ，v e c t o r i z a t i o n ， c u r v et r a c i n g 1 3 i s e a l ec u r v ec o n n e c t i n g ，m u t i t h r e a dt e c h n o l o g y ， m e m o r ym a p p i n gf i l e 4 朔埘大学2 o 缓犊l 鹾，生学位建文 1 。1 弓l 言 第一章绪论 在闩益复杂蚋i l l l 气滚动勘探开发过程巾，对新、老井的重新认识与解释， 融成为十分重要的课题。存重新解释评价过程中，往往需要数字化测， ：数据， 遮就要求对图纸进杼矢量化处理。测并工程图纸矢量化处理的个重要手段怒 数字化桌，然恧数譬纯宗速度慢，效攀低：各操彳乍人员提取的精度差异较大弗 漆淡控糕，瑟登簸终褥烈豹数字豫续莱不缝马l ：搜建，逐必绥经遗多遘嚣麓豹 姓理环节习+ 能生成矢蟹纯文佟。魏项。l ：豫需要投入大鼙豹入力弱物力，髓逡远 不能满足勘探开发工作的进度和精度需要。因此急需种自动化程度较高的曲 线提取应用软件，该软件还应同时具有高精度，易操作，良好的人工交互界丽， 能同步录入必要的触线参数信息弗魅在多爝户情况f 数据文件互不干扰等特 杰。 实际上不光蠢濑速质将信息存储在鬻纸上，生秘医学、建震等孳亍韭串，都 w 能将数据以曲线形式保存在图纸上。如果能将其中的脊用信息变成数字化数 据进行存储，就可以方便地实现这些资源的查询、导出、褥利用、信息共享辩l 交流，甚至可以作为专家系统的基本数据库，为将来实现全自动的数据分析做 好准蚕。本文讨谂戆痰矮系统虽然憝铃黯测势麴线豹数字纯设津酶，键其核t 技术和算法也燕憝躲决班上各个闷戆麓关键藕核心，氆就是说，本文提翔鹣曲 线提取算法可以成用猁以上各个问磁的解决方案中，因此本系统具有非常r 泛 的应用价值。 基于以上原因，工程图纸图像数据矢最化“”“订“2 川”m 1 ，无论是猩圆 游。还是国终帮毫经成为疆究豹热门藻趣。般来菠，。l ：程强羝圈像数据矢鬃位 裔薄个主流：一个怒基于缨纯方法鞠矢量纯，都将扫掇鹣黼纸圈橡逶过线条纲 化得到单点宽韵涟通线，阿进行像素点跟踪和矢量化。浚疗法的特点是处瑷速 度慢，跟踪效果受图像背景影响很火；另一个是基于像索的线条轮廓跟踪，其 优点是跳出了单个像素点跟踪层次，并充分利用了线条轮廓的方向等信息，假 它鹣线条跟踪还楚麓手缘素处理，抗噤声的性能较差，没蠢孝| 对背景搬格遴弦 网川大学2 0 0 0 级硕l ? 研究生学位论文 抗噪处理，特别是对虚线没有有效的提取算法。 针对这些实际情况，本文采用专用的富士工程图纸扫描仪，对工程图纸先 进行去蓝扫描，经过这一预处理后，得到效果较好的黑白网，并保存为t i f f 文 件格式。然后对生成的t i f f 图纸文件进行处理，提取出用户感兴趣的曲线，并 同时录入该曲线的各项参数信息，最终形成井信息头文件、每条曲线的索引文 件和数据文件，共3 个文件。在井头文件中，以树状结构记录了该井的各项数 据，包括已经处理过的所有图纸信息、每张图纸的曲线数目、各项参数值等。 数据文件为测井公司指定的f i d 格式，将作为测井数据解释平台的内部数据格 式，该数据经过解释处理后，生成中国石油天然气公司指定的w i s e 文件格式。 本文设计的应用软件，将i 叮以在w t n 2 0 0 0 操作平台上独立运j j ：，并将作为个 用户模块被嵌入到a c 5 0 影像操作平台，构成一个大型的专业图像批处理系统。 1 2 国内外发展状况 目前国内能对测井曲线进行自动提取的应用软件非常少，仅有清华大学自 动化系有该方面的研究，其研究侧重于彩色曲线的提取。根据从测井公司了解 到的情况。需要矢量化的图纸，基本上都足过去的l 年甚至儿1 年i j 的老图 纸，这些图纸以单色调的蓝图最多，而彩色图较少，因此需要有能够处理此类 图纸的应用软件。 国外测井曲线矢量化的软件最著名的是n e u r a l o g ，其软件在处理过程中， 遇到连续曲线和其它曲线交叉时，停顿比较频繁，经人工干预后才能继续跟踪； 对于虚线，则完全依赖于操作人员手工的逐点点取。该软件人机交互性好，能 实时显示，曲线的提取精度高，曲线文本信息的录入方便。但该软件在跟踪的 基础上没有充分利用曲线自身的各项信息，导致背景对曲线识别产生了非常大 的影响；而且该系统价格非常昂贵。 1 3 本文研究的背景、意义及方向 目前国内的测井公司主要采用数字化桌来对以前的测井数据进行矢量化， 这一速度远远不能满足需要，例如重庆测井公司常年安排2 0 3 0 个人专门从事 这一一工作。而且在矢量化数据的校验上作中。采用抽样检查方式无法及时发 p qj i l 人学2 0 0 0 级硕l ：研究生学位论文 现大的误差，因此缺乏对由个人操作差异导致的矢量化误差的有效检验和控制 手段。购买国外进口软件和设备，将造成对国外技术产品的依赖性，不利于形 成自主知识产权的国有设备及应用软件。 针对以上问题，本软件以图象处理和模式识别的理论和技术作为基础，使 用v i s u a lc + + 6 0 编程实现了测井曲线矢量化。软件在较高的程度上实现了各 形状曲线的自动识别与提取，其自动化程度超过国外产品，同时保证矢量化结 果的高精度、高准确性，实现了良好的入机交互操作和曲线参数信息的同步录 入。此外，我们深入试验了在去除背景栅格和不去除背景栅格下的两种提取方 案。 i 4 本论文的结构 第一章介绍了对测井曲线识别和提取系统的需求和目前国内外的研究状况， 并指出了测井曲线提取的技术难点和关键，说明了本文研究的必要性和重要性。 第二章介绍整个石油测井数据处理系统的整体结构，包括图像文件格式、数 字文件格式、影像处理平台和本应用软件的内部数据结构。 第三章介绍空域和频域幺背景栅格的些试探性算法( 如直线模板匹配法， 十字模板击中击不中匹配法，频域滤波法) 和在此基础上所做的提取工作，分析 了各种算法的优劣性。 第四章介绍在简单的预处理上的跟踪算法，重点剖析了如何在跟踪的基础之 上进行抗噪处理。此外介绍了修改工具和双比例图修补。 第五章介绍了如何在内存受限系统下完成大图的处理显示、跟踪过程的多线 程实现，以及数据反演。此外给出了本软件对心电图曲线的提取结果。 1 5 技术关键及难点 ( 1 ) 算法的普适性及稳定性 通过对大量的图纸的研究分析，我认为测井曲线自动识别提取的关键是， 如何提高算法的普适性，稳定性，而不是只对某一种背景栅格的图纸取得较高 的自动识别率。因为图纸背景栅格可能有多种形式，如线性坐标和对数坐标， 其中线性坐标义分为多种，例如毫米坐标，和方格坐标等。如果算法过多地依 刖川大学2 0 0 0 级硕l ? 研究生学位论文 赖于对某一种坐标的先验知识，那么当出现其它坐标系时，系统的自动识别率 将有很大的起伏，这往往是使用者无法接受的。因此，如何提高算法的抗栅格 噪声性能就成为算法优劣性的一个重要的评价指标。 ( 2 ) 友善的用户操作方式 由于软件的操作人员不具备任何图像处理和模式识别的理论基础，那么如 何让系统实现类似于傻瓜的操作，不区分图纸和曲线，一律采用相同的提取步 骤，最终达到实用目的；曲线的自动识别过程将产生大量的计算，如何保证操 作和显示的实时性；对提取错误部分如何方便的修正，都是评价本系统的重要 指标。 ( 3 ) 提高自动识别效率 用计算机应用软件取代数字化桌，其最主要的目的就是提高工作效率。提 高自动识别率，减少因噪声存在而应起的频繁交互，不仅体现了本软件对于数 字化桌的优越性，而且也是本软件和国外进口软件性能比较的一个重要方面。 ( 4 ) 内存受限系统上的大数据量处理 石油测井图纸有一个特点就是图纸的尺寸非常大，一幅图可以长达1 5 米， 最小的也在4 米左右，宽度和a 3 纸宽度类似。如果在处理的过程中将该图完 全保存在内存或完全显示出来会占用大量的内存空问，程序也会因此而面临瘫 痪。但是一味地增加显存和内存将增加用户的硬件投资，不利于问题的最终解 决。如何在程序里减少图像对内存和显存的需求，成为本系统的另一个难点。 ( 5 ) 易于进行数据精确度检验 提供反演工具，用于完成曲线矢量化后检测数据的精确程度。 1 6 工作完成的情况 我们对该课题做了深入研究，现将工作完成情况总结如下： 1 进行了多种去栅格的探索性工作，取得了较好的效果。并在此基础上 进行了对虚线和实线的提取，其优点是可以一次同时提取多条实线，但在提取 虚线时人工干涉太多，不利于实用化。 2 在去栅格的实验数据基础上，我提出了基于跟踪的抗噪声算法，= _ f ：进 行了开拓性的研究工作，取得了良好的效果。在一般背景噪声下，对实线的自 0 p t l n 人学2 0 0 0 级硕上研究生学位论文 动识别率能达到8 5 左右，对虚线的自动识别率能达到7 0 左右。以相同的操 作方法实现了对虚实线的跟踪提取。经测试其工作效率是数字化桌的5 倍以上， 精度则远远高于数字化桌。 3 实现了曲线自动识别操作的多线程化，从而使实时交互操作成为可能， 减少了纠错等待时间，能动态显示识别进度。 4 为用户提供了简单易用的修改工具，该工具在设计上参考了电路设计 软件常用的鼠标画线方法，该工具的出现完善了整个自动提取的操作。 5 完成了整个应用程序的框架和数据结构设计。以链表方式实现了井对 象、图纸对象、曲线对象信息的树状存储结构，便于数据的查找、添加和修改： 完成了矢量化数据的规格化输出存档。 6 完成了大尺寸图像的映像文件生成、切割显示和处理，大大压缩了内 存和显存的占用率，软件在3 2 兆显存和1 2 8 兆内存的主机上可以很好的运行。 1 7 作者的体会及论文新意 在论文完成期间，我查阅了大量关于测井曲线矢量化、工程图纸矢量化、 实线跟踪、虚线跟踪、背景去除等方面的中英文资料，其中工程图纸矢量化文 章最多，而测井曲线提取方面的非常少。在对测井图纸进行了多次实验和算法 对比后，我提出了一些新的实现方案。本软件的新意之处是： 1 对消除背景栅格做了大量的研究和试验，以求在没有背景的情况下获 得更高的曲线自动识别率。这一方案在初期确实取得了较好的效果，但它对坐 标形状的依赖性很强，不同的坐标背景下识别率的波动很大；并且需要较多的 手工干预去除噪声。不难看出这一方案普适性较差，无法被用户接受。我也试 图对不同的坐标采用不同的处理方法，但对于不具备任何图像处理理论知识的 操作人员来说，这仍然无法接受的。对这些问题有了认识后，我提出基于跟踪 抗噪的新方案。这一方案的优点在于操作人员可以对实线和虚线采用几乎完全 相同的提取方法，无需学习任何图像处理知识；预处理简单而且不依赖于背景 栅格形状，因此该方案具有普适性。 2 方案确定后，我开始研究如何在跟踪的基础上抗栅格噪声。先对潜在目 标扫描，得到目标特征信息，然后根据这一信息判断是否和背景栅格相交，同 州川1 人学2 0 0 0 级坝l ：研究生学位论文 时完成相应的抗噪处理。 3 当图纸上的测井曲线振幅超出坐标刻度时，会有三种比例情况：自由比 例、裁减比例和双比例，对于双比例曲线数字化桌和国外软件均无法处理。我 使用剪切粘贴的方法实现了双比例曲线的合成，保证了曲线矢量化结果的正确 性。 4 在内存受限情况下，完成了大尺寸图纸的处理显示。实际上每次读入显 存和内存的只是图纸中的很小一部分，当按下方向键时，更新读入和处理图纸， 并有微调和粗调两种更新选择方式。 本文还有继续深入研究的地方： 1 如何在多条曲线相交的地方更好地实现曲线的自动跟踪； 2 如何进一步提高实线跟踪的速度； 3 如何在已知是双比例图的情况下实现曲线的自动跳跃式搜索。 4 进一步完善工程化需要的辅助工能。 疆蚓大学2 0 0 0 级璐 究叟学位蟪空 第二耄系统结梅 基予油田测并曲线的矢量化应用软件是整个测并曲线数据库的核心部分。 玄嚣羟接、解释、校验纛数据疼多冬霾錾成溅势魏线数字亿数据瘴，敦实璃测弗数 据的现代化、数字化管理，利于数据的有效存储、查找、重现、按享和嘲络传输。 该数蕹瘁簸重要的作用靛是实稀了全国溺井数据豹统稽式，统一管璎，麓春效 地提高生产效枣。 2 1 系统结构 系统结构框如图2 一l ，可以看出我们设讨的曲线矢量化应用软件在整个系 统串占掭核心麓像，它豹莘毒凌蘩l 速度将决定整个系统虢王终精度霉l 二l ：= 俗效率。 固2 - - 1 系统结构固 ( 1 ) 工程扫描仪为鬻士逶公司定徽的专用工程丽纸扫 i ； 彼。其据捺后盼文件 经过了消蓝处理，为黑自_ 二缓躅，积： 乍站 j ：仪杉为+ i - i i ，f 文件格武。 四川人学2 0 0 0 级硪：i ：研究生学位论文 ( 2 ) 曲线矢量化工作组从工作站读取要处理的图像文件，由多个工作人员 并行处理，处理后的数字化结果以f i d 格式保存在工作站上。 ( 3 ) 曲线解释工作组完成曲线各项参数指标的专业解释，并以w i s e 格式保 存在工作站上。 ( 4 ) 校验工作组对以上处理后的数据进行反演校验。检查曲线的提取精度 是否达到要求，解释结果是否正确。 2 2 曲线矢量化工作组的任务和结构组成 曲线矢量化的主要工作就是将曲线信息表示为数字化的形式，并以f i d 格 式输出。其工作流程是先对曲线进行自动识别和提取，然后对它进行抽样( 要保 留峰值) 得到数字化信息。关于自动识别和提取的具体算法将在后继章节里介绍， 本章主要讨论软件的数据结构和文档格式。 矢量化过程中需要保存的信息包括井信息( 井号， ：深，起始井深，终l i ：井 深，图纸数目等) 、图纸信息( 图纸号，对应井号，起始井深，终止井深，扫描 精度等) 、曲线信息( 对应井号，图纸号，曲线参数名称，采样步长，起始井深， 终止并深等) ( 注：以上信息中虽然都有起始井深和终止并深，但实际意义不同) 。 好的数据结构，不仅可以减少冗余数据、压缩存储量，还利于数据的查询、更新。 首先给出操作流程如图2 2 ，然后对用户要求的文档格式和针对这一格式 设计的内部数据格式进行详细的讨论。 四川大学2 0 0 0 级硕二l 研究生学位论文 图2 2 曲线矢量化操作流程 2 2 1 解释平台内部数据格式( f 1 d ) 说明 2 2 1 1f i d 数据格式的由来 1 现代测井数据所涉及到的数据类型 ( 1 ) 连续型数据：主要为野外测井数据，另外是通过数字化板进行模数转换 所获得的数据。对同一口井来说，它有不同的井段，不同的采样密度，不同的数 据类型( i n t l o n g ，f l o a t d o u b l e ，c h a r ) 。数据记录从二维的常规曲线到 三维声波全波列，四维的地震数据，以后的多维数据。 ( 2 ) 离散型数据，它主要有岩芯数据、解释结论、地质分层等。 2 f i d 测井数据存储格式的先进性 ( 1 ) 可以解决w i n d o w s 操作系统的多用户多任务情况下，同一时间对同一 数据文件所发生的读写冲突。 ( 2 ) i u 以满足以上数据类型以l i d 种数据格式存储。 ( 3 ) 可以方便地对测井曲线进行预处理( 深度平移，伸长，压缩，数据合 i l ：i i 川人学2 0 0 0 级硕i ：研究生学位论文 并，曲线滤波，统计分析等) ( 4 ) 适合面向对象的现代软件设计规范，一种数据一个类，一条曲线一个 类的实例。 2 2 1 2f i d 数据格式简介 f i d 数据格式是将代表不同物理意义的测井数据抽象为一种多维数据体， f i d 是f o l d e r i n d e x d a t a 的缩写，中文意思是：目录、索引、数据，具体为一口 井一个目录，一条曲线一个索引文件和一个数据文件，不同的处理进程在该井下 写不同下级目录。这样可以使用户有撤销上次操作的机会，同时可以在不同时间 获得最新的数据文件，索引文件以文本文件型式存储是为了数据库查寻方便，如 下为索引文件内容示例： d i m e n s i o n2 i n d e x 1 - n a m ed e pu n i tmt y p ef l o a tl e n g t h4n p s1n p w0s d e p 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0e d e p3 5 0 0 0 0 0 0 0 0r l e v0 1 2 5 0 0 0 i n d e x - 2 - n a m eg ru n i n tn o n et y p ef l o a tl e n g t h4n p s1n p w1m i n o 0 0 0 0 0 0 “垅1 0 0 0 0 0 0 0 0r l e v0 1 2 5 0 0 0 一e n d 一 每一索引文件以d i m e n s i o n 开始，以一e n d 一结束，对不同的索引文件 它第一维都为深度信息。其中n p s 、n p w 为两个重要参数，代表的物理含义 是：n p s 为每次多少个采样；n p w 为每次采样写入数据体的个数；r l e v 为采样步 长。 数据文件为一连续记录的纯数据体。对下深度为n i w = 0 ，没有深度写入数据 体，表示连续数据记录，n p w ! = o 时，深度写入数据体，表示离散数据记录。 嗣州火学2 0 0 0 缓硕1 j 麟究生学链迷文 2 2 2 内部数据结构说糖 曲线信息的系统化存储，有利丁j l ! 提取的操作过程巾方便的查找、插入、删 除秘修改。如何构造个良好豹数据结构搜褥它其寿以上麴伉杰，丽弱，瑶次渍濒， 不会重复存储重复的冗余信崽，裁成为了在 奄建应尾程序糕絮孵个重要貔考纛 因素。通过对用户需求信息的归类和属性的分析，我们很容翳发现，井数据级别 最高；其次是图纸数据，它必然属于某一个井；最后是曲线数据，它首先必然属 予絮一个并，其次必然矮予该井豹某一张潮纸。所以层次结构应该是：势一图纸 藏线。宅翻各鑫露拥有一些用予避录参数信惠豹数攥。 分析清除三者的关系后，我们要傲的就是首先如何将三者分别用最简洁有效 的方式表示出来，其次是如何将三者关联起来，体现出它们之间的从属关系。 为了表示井、躅纸、曲线以及它们镑自豹参数信息，分别生成三个类：井用 c w d l 类表示，銎纸翔c p a p e r 类表示，熬线羯c c u r v e 类表零。每令类蘩l 有囊懑 的数据成员，分别用米记录自己的备项参数信息，兰者之间没有派生天系。 为了能很快对巢一数据信息实现查找，插入，删除，修改，添加。我们利用 了v i s u a lc + + 6 0 提供的一种模板链表配录类对象。在井数据成员变量中添加一 今瀚纸类对象豹链裘该强纸链表对象镪含了该势摆套魏酝蠢黧纸对象。逶过这一 瞬纸链表对象，我们w 以知道所有与该势有关的图纸信息。闷理，我们在圈纸粪 的数据成员里包含一个曲线类对象的镳袭对象。该曲线链表对象包含了该图纸拥 肖的所有曲线对象。j 飘过这一曲线链表对象，我们可以得到所有与该图纸有关的 麴线信息。 每次兵体搡 窜豹鬻纸盆线懿隶属菜一日多l ：，于是我们定义一个，f 对象，然聪 向里面添加我们读入的图纸和曲线的对象和各类参数信息。通过上述数据结构， 我们就能很容易的猩该井对象中查找我们需要的信息，寅现我们希望的各种操 住。嗣慰我 f j 注意熬| 燃户要求豹只是索譬| 文体鄹数据文髂，鄹么一日弗及它掰包 p q ) 1 1 人学2 0 0 0 级烦l 研究生学位论文 含的各项参数信息如何保存下来以便下次操作时使用而无需重复输入呢? 我们 自己定义了一个井信息头文件，记录了以上提到的关于井、图纸、曲线的对应从 属关系和它们的一些参数。将这一文件作为一个辅助文件存放起来，以后每次要 对同一口井操作时就可以先打开该头文件，那么我们就可以清晰的看到以前都进 行过哪些操作：处理了哪些图纸、提取了哪些曲线，从而避免了操作的盲目性， 减轻了操作人员的负担。井、图纸、曲线的内部结构和从属层次如图2 3 。 2 3t i f f 文件格式说明 图2 3 内部数据结构 州川人学2 0 0 0 级硕f ：研究生学位论文 2 3 1 概述 t i f f 文什格式n 最甲 i l 现拍：1 9 8 6 年，足种膳】：标签( l ；j g ) 的图像义仆格 式，主要用于存储扫描后的光栅图像。可用于存储二值图、灰度图、调色板图、 真彩色图。它的优点是存储时可以根据图像的色彩类型，扫描仪等图像仪器的精 度选择压缩方式，以满足具体需要。该文件格式与具体的图像硬件设备无关，并 且具有很强的可扩展性，能满足不断的升级需要。 t i f f 以8 比特字节为单位，最大文件长度为2 * * 3 2 字节，以8 字节的图像 文件头起始，指向图像文件路径( i f d ) 。i f d 包含图像的一些信息和指向实际图 像数据的指针，t i f f 结构示意图如图2 4 。 ( 1 ) 图像文件头：8 比特长，包含如下信息 b y t e s 0 一i ：i i ( 4 9 4 9 h ) 删( 4 d 4 d h )i n t e l m o r t o r o l a 类型的字 节顺序。在i i 模式下，字节晕的8 比特按降序排列，在删模式f ，按升序排列。 b y t e s 2 - 3 ：t i f f 文件的版本，为与以前的兼容，为4 2 。 b y t e s 4 - 7 ：t i f f 文件的第一个 f d 在文件中的偏移量，该偏移量可以是文件 头后的任意地址，但必须以字边界单位开头。 ( 2 ) i f d ( i m a g ef i l ed i r e c t o r y ) i f d 由连续标签组成，前2 个字节表示了在此表上共有多少个标签。以后的每 1 2 个字节代表一个标签。在i f d 的最后是距下- - i f d 的4 个字节的偏移量。如果是 最后一个i f d ，那么在末尾添加4 个字节的0 。 1f | ) 必须以标镐的升序进行排列，这排列顺序o j 图像义什灭i i i 指定的顺序 无关。 ( 3 ) i f d 标签 b y t e s 0 一i ：t a gi d 标签所对应的数字编号( t a g ) ，用于定义该标签所存放 的”信息”。 b y t e s 2 3 ：t a gi n f od a t at y p e 标签中数据的数据类型。 b y t e s 4 - 7 ：v a l u ec o u n t2 - 3 中说明的数据类型的数目。 9 v q ) ) 1 人学2 0 0 0 妻醴f i | l l 研究生学位论文 b y t e s 8 11 ：v a l u eo f f s e t 穗辩予文传豹该标签俊豹编移量，必须l 开始予 ”字边界，为了带衡空间，如果该标然的数据的长度小于等予四个字节，在v a i 。u e o f f s e t 中赢接存储( 小于四字节数据左对齐) 该标签的假而不是在文件中的偏 穆量。 ( 畦) 多页t i f f t i f f 文襻搿激有多羹，帮包含多个i f d 。每个i f d 宛义了个子文馋，这主 蔡针对多页传真文件，基本t i f f 文件只有一个i f d 。 e e a d e 芏 i 舯 翦y t eo z d e z 4 2 o 娌s e t “0 t hz 鞴 矗 x + 2 r q x + e 葡n b o fd i r e c t s 7e n t - * i e s d i z e c t o z ye n t z y0 d i z e c t o r ye n t z yl d i x e c t o r ye n t x 72 2 3 2 二值t l f f 圈格式 d i r e c t o r ye n t z y 豳2 4t i f f 结梅 l 蛋晖 t y p e o m i t h 1 _ i l eo ro f f g e t 二值t i f f 义件只包含黑自两色，允许用户在p h o t o m e t r i c t n t e r p r e - - t a t i o n 中指定0 代表黑色还是白色。莲缩方式2 中，o 的默认表霹颜色为皇色。 二蓬零l f f 文黪霹爨选择是否绦绺兔莲缭格式。魏莱c o m p r e s s i o n 为1 ，劐代 表非篮缩格式。邀时将行或列中每8 个像素整合成一个字节存储。每行或列姆果 不是8 的倍数，需添0 整合成字节。如果c o m p r e s s i o n 为2 ，则采用c c i t tg r o u p3 制定的1 维改进徽夫曼游程压缩编码。c o m p r e s s i o n 为3 2 7 7 3 ，则采用p a c k b i t s 压 缩编码，这是一种麓单的字节导自的游程编码方式。以上压缩方式只能应用予 。：。 a 盎摊 2；匹 鹾j l | 太学2 0 0 0 缀顿i 研究生学证避文 扫描后的光栅图像数据。不会影响其它部分的t i f f 数据。 图像数据以二维矩阵数组存储，其中i m a g e l e n g t h 代表图像数据矩阵的杼 数，i m a g e w i d t h 代淡图像数据矩阵的列数。 图像数据可以存健存下l f f 文纷的侄意能簧。它还支掩褥躅像数据分割成独 藏豹条豢存耱，这襻霹疆挺褰数据存锉瓣灵活性纛渎入麓滋缓建区豹羁矮率。 条带可以不顺序存储，由序号表鞠它的顾序位置。 4a c5 0 影像处理系统介绍 零应翅软件豹疑终毽魏是俸为一个模块嵌入a c 5 ，0 影像楚理系统“”，该系统 酲经在工鳖赛、玻瓣税穗、运输踅、融鞭务渡等众多行簸孛投入篌弼。 随着电子计算机和网络的普及，人们更多的将数据和文件保存在计算机上， 并通过网络实现数据的交换和共享。a s c e n tc a p t u r e5 影像处理系统就是顺臌避 一发展趋势而产生的。a c 5 中文版可以录入所有的文件档案资料，减少了费用， 傺涯了数据的安全。a c5 戆对扫撼生成的奄子文档，或纛接导入豹终部数摄避 符图豫夔基缩窝分癸翔挡存德；还憩连接毫予纯壹邂系绕瀵幸亍检索查翅、绫诗 资料数据。 2 5a c5 系统配置 l ，i i 川人学2 0 0 0 级硕i ：r o f 究生学位论文 2 5 1 不考虑远程扫描和查询时的最小系统配置 图2 5 本地影像处理系统 1 ) a c 5 处理工作站是完成除扫描工作外其它功能，主要有：识别、检查和 验证、全文o c r 、发行等。 2 ) a c 5 处理工作站的个数需要根据对所有文档( 共6 0 0 0 份) 的处理要求 来确定。 3 ) 可以在a c 5 的基础上编写一个定制模块来运行第三方数据处理软件，如 果数据处理量不大，此工作站可以和a c 5 本身的处理工作站合并为一 个。 4 ) 每个扫描工作站都可以完成包括扫描在内所有a c 5 的功能，这也就是 说，如果数据处理量不大，根本不需要配置 a c 5 处理工作站】和 a c 5 定 制模块工作站】，在扫描工作站上就可以完成所有工作。 v 4 i i i 大学2 0 0 0 缎硪 j 鹾究生学位论文 2 5 2 测并曲线矢曩化模块的嵌入 a c5 系统负责对测井图纸的扫描录入，生成，k 缩格式的t i f f 文档，存储到 a e5 服务器的数搬麾，a c5 定制模块工作站访阀该数攥，舞将该图像数据绥入 姓理，溺势整绫矢爨纯瓣模块裁终为第三方楚瑾软终模块安装在定裁援块王 箬 站上。完成对翻像数据的提取和赴联，并将电子数据文档保存在服务器豹数据 库中。通过数据威演检测工作站的梭浏后，确认数据魁褥正确。如果正确，处 理过的图像可以从服务器的数据库上删除。 列川大学2 0 0 0 缎磺二研究生学位论文 第三章基于背景消除的提取方案 本章对基予背聚消除纳靛体提取方鼹进行了泔沦。为了挺巍魏线提取豹n 动 他稳度，最壹按懿方法就是先将黉彖穰穆游涂，熬嚣霉砖麴线避行提取。这一方 案符合信号处理的经典方法，即先对带有噪声的信号进行滤波处理，最大限魔地 消弱噪声，然后再对信号进行恢复和撼敬。我们分别在频域和空域进行了消除噪 声的滤波处理，对比了去噪效果，并在去噪的基础上进行了髓线的自动提取。 1 溅并工程圈纸瞳线酶特点 本文所讨论的测井工程图纸包括两种类型：测井工程娥图和计算机清绘的测 弗上程图。这两种躅纸都有个j k 同的特点”：就是在工程图纸上有标准的栅 楱线，茨骞匏测势藏线耨潘绘在这骜爨鸯糍准壤接线静嚣纸上。溅舞工程图纸一 般幅宽达8 0 厘米庭蠢，长度为氏十簇米劐几十采不等。搦攒整幅工程霞纸将产 搬一个几十兆到几酉兆甚至更大的图像文件。这类图像文件有如下特点：( 1 ) 图 像背景不均匀，断裂，污染现象较多；( 2 ) 目标曲线存在断点( 如多比例) ；( 3 ) 强拣溯弗蘸线楣要燮叉，重叠； 。 - _ _ _ i 一 - 二一 _ 飞 - q 炼 _ 一 7 一 一一 i 未处理前b 处理后 图3 1 直线模板匹配处理结果 ( 2 ) 十字梗叛击中击不中匹配法 前一个方法的最大缺点就是可能将变化过于陡峭的曲线误认为是栅格。因 此我们希望找到一个更能利用栅格线特点的算法。我们注意到栅格线有一个显著 的特点就是在纵线和横线相交的地方会出现十字形的交叉点，而且交叉点间的距 髑川天学2 0 0 0 缀预 ：研究生学诬论吏 离梵警粳等。掇然錾线逸霹缝秘攘爨线或其它麴线稳交形戒+ 字形，毽是这个卡 字形将不符合栅格十字形出现的问隔j 二的规律，可以利用问隔消除部分判错的十 字形。 首先我们婺在图像上寻找l 字形交叉点。钟对十字形的特点我 f _ j 设计了一个 击中模板和一个击不中模板。绗中模板用于检测在上下左右l ! ! j 个方向上是否分另日 存在毽标点，魏暴露令方囱上弱标点麓令数郝娆落入菜一令阏蕴藏溺蠹，剩诀失 击中，否则认为击不中，即失败，那么不再逃行下步击不l f i 模板的匹配测试。 翔采蠢中溺试域功，酃么我销樊| j 迸瑟蠢不串瓣测试。在这受，我稻褥对右土角， 左上角，左下角，右下角用击不中模板进行噬配。即检测这四个角是否不存谯目 标点，如果四个角分剐的目标点数都落于菜一阈值范围内，即目标点数非常少或 没有，则认必泼不中模板匹醚成功了。 下面我们对击中击不中理论“做一些介绍： 巍阐像分橱审，鬻瓣探溺圈像戆内部帮韩帮，搿不仅仅筠限手探溺蚕像豹内 部或外部。对于研究圈像中物体与背景之问的关系，往往会得到很好的结果。在 解决类似于目标识剐，细化等问题时，击中备不中交换已经被证实是一种非常有 效的方法。 当利用结构元素腐蚀和膨胀某幅图像时，都要将某一结构元素填入图像， 势曩澎录该续擒元素程强橡巾戆辍甏，这涎令逡程弼摅获瓣足嚣像豹肉邦镣惑。 击中击不中变换( 又称塞拉变换) 在一次运算过程中可以同时捕获内外标记。因 此击巾击不巾褒换需要两个缩构基元记为e 和f 。这两个基嚣被作为一个缩构元 素对黔( e ，f ) ，一个探测图像内部，另一个探测图像外部，其定义为： a + b = ( a o e ) i ( a 。o f ) ( 3 - - 1 ) 姿基仅姿嚣平移剡菜一点瓣霹壤入矗黪内部，f 平移至该点时霹壤入a 瓣羚 部时，该点才在击中街不中变换中输出。显然，e 和f 应獭是不相连接的，即 香if = 参，资茭| j 便不可能存在两个缭构元素霹羁辩填入豹情况。戮为击中涛不 2 7 四川火学2 0 0 0 级碳士研究生学位论文 巾变换是逶过将结魏元素壤入嚣豫及其羚集完成运算豹，藏它遴避绩擒元素慰 ( 简称结构对) 探测图像和其补集之间的关系。3 1 式还可以袭示为 彳+ b = 牡：e + x c a ；f + 工c _ 。 ( 3 - - 2 ) 若彀f 为窆集，条谗f + x c 瞧褥蘩潢跫，剿3 2 式变为 z + b = x ：e + 工c j = 1 4 0 b ( 3 3 ) 故腐蚀可餐作击中击不中变换的一个特例。 程角击中辔不孛交换谈崩耪俸豹蘸瑗缀篱单。餐移其它算法一样，在臻予实 际图像识别时，往往还存在许多问题，需要针对具体问题做出相成的改进。例如 本文讨论的上一个十字形叉点的识别。波中模板应该分别对上下友右四个部分进 行检测，我粥粥疆个模扳3 1 0 ( 霞3 2 一b 一8 拳l1 0 3 ( 图3 2 一伊b ) 分藉对承 平和垂直方向进行击中处理。击不中模板是一个3 * 3 的矩形模板( 圈3 2 一a