（电路与系统专业论文）视频图像试井软件的设计与实现[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘要 本软件系统利用电视测井仪拍摄的井内视频( 符合m p e g 一1 标准) ，监测井内 液体流动状态，并利用视频编、解码技术先将视频解码成一幅幅2 4 位b m p 格式的 狄度图像，然后根据需要利用数字图像处理技术将光线不足的灰度图像进行亮 度、对比度调整等处理，获得比较清晰的图像，还可以将灰度图像着成彩色， 然后再将处理后的图像序列编码成与原来格式一样的视频，为用户提供清晰、 彩色的数字视频。视频编、解码模块做成了单独的控制台程序，这样编、解码 模块既可以独立使用，又能嵌入到整个软件系统里，系统通过一个专门的接口 调用这两个模块。本软件系统根据视频图像的特点，选择图像的特定部分进行 二值化处理以分离出油和背景，计算出任意深度、任意时刻的准含油率；依据 视频图像上物体的大小，利用摄像机镜头光学成像原理，并用m f c 函数与算法相 结合的方法计算出落入井内物体的尺寸；利用平滑技术、边缘检测等技术，计 算出任意深度段内的射油孔数；根据射油孔冒油时和不冒油时射油孔周围图像 的特点，判断出哪些射油孔冒油；利用坐标变换、图像旋转、图像伸缩、图像 裁剪等技术，将图像上类椭圆的套管校正为类圆；软件系统还根据各个区域文 字的特点，选用不同模板对文字区域进行多次平滑，较好地消除了各个区域的 文字；系统还自带了一个a c c e s s 数据库，用来保存准含油率数据；最后将各个 功能模块集成在一个软件系统里，并编写了一个既方便用户操作而又美观的界 面。 关键词：视频编解码含油率物体尺寸射油孔) l n 校止 a b s t r a c t t h i ss o f t w a r es y s t e md e t e c t st h ef l u i df l o wc o n d i t i o n si nt h ew e l lu s i n gt h e v i d e op i c t u r e s ( c o n f c i r m st ot h em p e g 1s t a n d a r d ) s h o o t e db yt h et e l e v i s i o nl o g g i n g t 0 0 1 f i r s tw ed e c o d et h ev i d e op i c t u r e st os o m e2 4b m pf o r mg r a y s c a l ei m a g e sb y u s i n gv i d e op i c t u r ec o d i n ga n dd e c o d i n gt e c h n o l o g y t h e nw ea d j u s tb r i g h t n e s sa n d c o n t r a s tc o n t r o lo ft h eg r a y s c a l ei m a g e sw h o s eb e a m sa r ei n s u f f i c i e n tb yu s i n gd i g i t a l p i c t u r ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g yt oo b t a i nq u i t ec l e a ri m a g e s w ec a na l s oc o l o u rt h e g r a y s c a l ei m a g e st od i f f e r e n tc o l o u r s ，t h e nc o d e t h ep r o c e s s e dp i c t u r es e q u e n c et ot h e v i d e op i c t u r eo ft h es a m ef o r ma sb e f o r e ，a n dp r o v i d ec l e a ra n dm u l t i c o l o r ev i d e o p i c t u r e sf o ru s e r s t h ev i d e op i c t u r ec o d i n ga n dd e c o d i n gm o d u l e s h a v ei n d e p e n d e n t c o n s o l e s ，s ot h e yc a nb eu s e di n d e p e n d e n t l yo ri n s e r t e d t ot h eo v e r a l ls o f t w a r e s y s t e m t h es y s t e mt r a n s f e r st h e s e t w om o d u l e st h r o u g has p e c i a lc o n n e c t i o n a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ev i d e op i c t u r e ，t h ep a r t i c u l a rp a r to ft h ep i c t u r e i sb i n a r i e dt os e p a r a t eo i la n db a c k g r o u n d ，s ow ec a nc a l c u l a t ea n a l o g o u so i lr a t i oi n a n yd e p t ha n da n yt i m e b yt h es i z eo ft h eo b j e c to nt h ev i d e op i c t u r e ，t h es i z eo f t a r g e ti nt h ew e l li sc a c u l a t e db yu s i n gc a m e r al e n so p t i c si m a g i n gp r i n c i p l ea n d t h e m e t h o dw h i c hu n i f i e st h em f cf u n c t i o na n dt h ea l g o r i t h m w eu s es m o o t h n e s s t e c h n o l o g y , e d g ee x a m i n a t i o na n do t h e rt e c h n o l o g i e st oc a l c u l a t et h eo i lh o l en u m b e r i na n yd e p t h a c c o r d i n gt ot h ep i c t u r ec h a r a c t e r i s t i c sw h e ns h o o t i n gt h eo i lo rn o t ， w ec a nj u d g ew h i c ho i lh o l e ss h o o to i l t h ee l l i p s ec a s t i n gi sr e v i s e dt or o u n d l i k e b a s e do nt h ec o o r d i n a t et r a n s f o r m a t i o n ，t h ep i c t u r ee d d y , t h ep i c t u r ef l e x i n ga n dt h e p i c t u r ec u t t i n gt e c h n o l o g i e s t h es o f t w a r es y s t e ma l s os e l e c t sd i f f e r e n tt e m p l a t e st o c a r r yo nm a n yt i m e ss m o o t h n e s sa c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c s o ft h el e t t e r si ne a c h r e g i o n ，a n de l i m i n a t e st h el e t t e r si ne a c hr e g i o nb e t t e r t h es y s t e mh a sb r o u g h ta n a c c e s sd a t a b a s et op r e s e r v et h eo i lr a t i od a t a f i n a l l ye a c hf u n c t i o nm o d u l eh a sb e e n i n t e g r a t e di nt h es o f t w a r es y s t e m ，a n dc o m p i l e sa s u r f a c eb o t hc o n v e n i e n tf o ru s e r s o p e r a t i o n sa n d a r t i s t i c k e y w o r d s ：v i d e oc o d i n ga n dd e c o d i n g ；o i lr a t i o ；t a r g e ts i z e ；o i lh o l e ；g e o m e t r i cr e c t i f i c a t i o n 中国科学技术大学学位论文相关声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究 工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的 同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权， 即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：丝茔盎 乃卵，7 年，月f2 日 巾田科技大学硕士学位论文 视频图像试井软件的设计与实现 第一章绪论 在石油探测、开采过程中，经常用到各种试井方法来分析油、气等特性， 常用的试井方法有：压力试井、温度试井以及视频图像试井，压力试井是比较 成熟的试井方法，温度试井正在研究阶段，视频图像试井则是一种较新的试井 方法，它将计算机多媒体、数字图像处理等技术应用到试井分析中来，具有可 视化的优势。从广义上讲，图像试井包括大范围溢油监测、油库识别、井内液 体流动状态监测以及根据图像分析油井中的各种参数等，侠义上仅指通过视频 图像监测井内液体流动状态以及根据图像分析油井中的各种参数。目i ；i 虽然视 频图像试井理论研究较少，也未见报道成熟的视频图像试井软件，但它却是一 种具有较大实用价值和潜力的试井方法。 1 1 压力试井 压力试井是通过改变油、气、水井的工作制度，同时进行产量、压力、温 度等参数的测试，来分析油、气层的特性，研究油、气藏不同的发展变化规律 的一种方法。它是掌握油、气藏动态的重要手段，是制订合理的歼采制度和开 发方案的重要依据。压力试井解释方法可以分为两大类：常舰试井解释方法和 现代试井解释方、法l ”。 1 1 1 常规试井解释方法 常规试井解释方法是以h o m e r 法为基础的一些试井分析方法，如h o m e r 压降 和压恢分析法、m d h 分析法、m b h 分析法、y 函数分析法及m u s k a t 分析法等。这些 方法以分析中、晚期资料为主，将实测井底压力数据和时间绘制成半对数坐标 曲线，通过对曲线的直线段进行分析，从而求得测试井、地层的一些特性和参 数，进而完成储层评价等工作。常规试井解释方法在理论上比较完善，原理简 单，易于实际应用。其缺点是要求测试时间长，影响生产；人为选择直线段， 不可避免地产生人为误差；对反映井筒储存特性的早期资料无法准确利用和分 析：根据中期资料只能求得反映总的油( 气) 藏状态的参数，不能准确求得井筒 附近的详细信息等。它可分为： l 、压降常规试井解释方法。压降试井是将长期关闭的井开井生产，测试产量和 巾叫科技大学硕t ：节付论丈 视频图像试井软件的设计，实现 井底流动压力随时蚓的变化关系。在这哩井的产坠要求控制存恒定状态。恒产 量7 产卜- 的井底，k 降通常廿丁分为四个阶段：( 1 ) 早期段；( 2 ) 不稳定流动阶段： ( 3 ) 过渡段；( 4 ) 拟稳定流动阶段。在早期段是井筒储集效应影响时期。而后进 入小稳定流阶段即为径向流段。若地层为非均质，就会出现过渡段。若地层有 界，就会出现拟稳定流阶段。 2 、叠加分析试井解释方法。压降常规试井解释方法是针对肇段定流鐾试井资料 的解释方法。在实际生产中，常常难以保证产量为常量，特别是新j r 采的高产 井，保持其常产量足不可能也是不适当的。因此，对于这种油气井就需要采用 改变油嘴大小实现多级产量的测试及相应的解释方法。 3 、压力恢复常规试井解释方法。压力恢复试井是目前油刚上最常用的一种测试 方式。它的过程足油气井以定产量生产一定时间后关井，测甓关井后的井底恢 复压力变化。 1 1 2 现代试井分析方法 现代试井分析方法以r a m e y ，a g a r w a l 方法为代表，主要有r a m e y ，a g a r w a l 典型曲线分析方法、e a r t o u g h e r 典型曲线分析方法、g r i n g a r t e n 典型曲线分析 方法、m i c k i n l e y 典型曲线分析方法、b o u r d e t 典型曲线分析方法等。不管足哪 种曲线方法，本质上都足通过曲线拟合求取地层参数。曲线拟合方法毛要有两 类，即为图版拟合解释方法和自动拟合解释方法。现代试井解释方法足目前世 界上广泛使用的方法。 目的，常用的试井分析足以渗流力学为基础的。渗流力学的基本方程包括 达西方程、连续性方程、状态方程和边界条件。 l 、达西方程 达曲方程足达西( d a r c y ) 在实验基础卜总结出来的经验方程，应用f 渗流理 论，表水流体渗流过程中压力梯度与流体流速之白j 的关系。当流体存多孔介质 中流动时，流体流速与压力梯度成证比，而与流体粘度成反比，以势函数表示 为： k d 中k 。d 巾k d m 驴一言。了_ 一了万，匕一言石。 流体在均质系统中作平面径向流动时，其达婀( o a r c y ) 方程为： n ：一墨辈 d r ，其中：k 为渗透率，为枯度，v ，为速度。 2 巾乜| 科技大学硕十学何论文视频图像试井软件的设计与实现 2 、连续方程 m 。= g z + 0 塑i 。l 户，其中p 为密度。 3 、运动方程 吾导c 拿d r 争= 妒挈o t ，其中：叱= 弘+ ( 害 。 ，劣 ，其中：。p 。 4 、定解条件 最终要得到以上渗流方程的定解，必须给出渗流力学方程所满足的初始条 件和边界条件。其中，边界条件分为内边界条件和外边界条件两大类。 ( 1 ) 初始条件 9 2 警了警加前批卵是一个一凯 ( 2 ) 边界条件 ( i ) 定压外边界条件( 第一类边界条件) ：p ( x ，y ，z ，) | r 2 g ( x ，y ，z ，f ) 式中g ( x ，y ，z ，) 是一个已知函数； ( i i ) 封闭外边界条件( 第二类边界条件) ：锄i r - - - - 0 ； 生 。 ，望+hplr=g(矗y，z)o ( 1 1 1 ) 第三类边界条件： n 7 。； i v 黼妣q = 警了警枷 ( ) 内边界条件： pi ” 。 1 2 温度试井 1 2 1 热传导基本理论 求解地层及井筒中流体的温度分布，主要是利用连续方程、能量方程和动 量方程建立起来的微分方程。其中流体、井筒、管套及地层中的传热方式是核 心。传热有三种不同的基本方式：热传导、热对流和热辐射。 热传导是指温度不同的各部分物质仅仅由于直接接触、没有相对宏观运动 巾叫科技大学硕十：学何论文视频图像试井软件的设计与实现 时所发， i 的能量传递现象。导热遵循傅荫叶公式： 咧，詈或q = 里f = 仁8 式中：q ：热流壁( w ) ：f ：导热面积( m 2 ) ：f ：两导热表面的温差( o c ) ； 艿：两导热表面的距离( m ) ；q ：热流密度( w m 2 ) ；五：比例系数，称为导热 系数 w “_ ，l 。f ) 。 热对流是流体( 气体或液体) 中温度不同的各部分相互混合的宏观运动引 起热量传递的现象。流体温度分布不均匀时，也将本能的产生导热。因此，热 对流总和流体的导热同时发生，可以看作是流体流动时的导热。对流换热中所 传输的热流，可以用牛顿冷却公式表示： q 2 a f ( t 一0 ) ( w ) 式中f ：对流换热面积( m 2 ) ；：流体温度( o c ) ；f - ：壁画温度( o f ) ；a ： 比例系数，称为对流换热系数或放热系数 w ( m 。c ) 。 热辐射足指物质对外发射波长o 1 1 0 0 微米 的“热射线”在空问传递能 量的现象。在辐射换热过程中，不仅有热量的转移，而且还伴有能肇形式的转 化，即在辐射体内热能转化为辐射能，而在受热体辐射能转化为热能。因此辐 射换热过程足一种能鼍匠变的过程。黑体的辐射力q 由斯帝芬一菠尔曼定律给 出： g = c r o f t 4 ( w ) 式中f ：辐射表面积：t ：辐射表面的绝对温度( k ) ；c r 0 ：黑体的辐射常数。 1 2 2 导热微分方程 1 、根据能培二r 恒定理和傅屯叶定律町以建茳能量守恒方程，在丘角警标系中为： 万o t = 昙( 以塞) + 面0 、2 ，万0 t ) + 瓦o ( 以瓦o t ) + 吼 式中p ：物质密度( 培m ) ；c ：比热 ，( 堙。c ) ； ：比例系数，称为 4 中田科技大学硕 学位论文 视频图像试井软件的设计与实现 导热系数 w l ( m 。o c ) ；q r ：微源体内热源单位时自j 、单位体积发出的热量( j ) 。 2 、二维坐标系f 的对流换热微分方程 ( i ) 连续方程 笺+ 昙( ) + 昙( ) ：o 式中p ：物质密度( k g m 3 ) ；u ：x 轴方向速度( m s ) ：v ：y 方向速度( m s ) ； ( i i ) 动量方程 “孚+v宴：g址一去黑+v雾oxo xp 出 卵。 式中p ：压力( n ) ；g ：重力加速度( m s 2 ) ；：膨胀系数( 1 k ) 。 ( 1 1 1 ) 能量方程 塑盟+ “o ( p c p t ) + v 旦型：旦( z o t ) 1 2 3 温度试井研究情况简介 自2 0 世纪3 0 年代以来，国内外许多专家学者对井筒温度分布进行了很多 研究和探讨。早在1 9 3 7 年，s c h l u m b e r g e r 公司就有人发表过有关测量井筒内流 体温度的文章。但足，r a m e y 0 1 在1 9 6 2 年提出了更符合实际情况的简化井筒传热 模型，建立了井内温度与井深和生产试井的函数关系式，它是在只有油管和套 管内有流体流动、而地层没有流体流动的条件下建立起来的，迄今为止仍被广 泛地应用。后来许多学者在r a m e y 方法的基础上提出了自己的计算方法和计算 模型，并取得了一定的效果。例如w i l l h i t e 。1 、s a g a r “1 、a r h a s a n ”1 、a l i v e ”1 等人推广了r a m e y 的方法，把它推广到了比较全面的模型，可用于多相流，任 意真实气体，任意倾斜角的井筒，而且也考虑了焦耳一汤姆森效应和摩擦力等。 s h i uk c 1 、r c s m i t h l s l 、卢德唐、曾亿山哺等人提出了一些新的模型用来求解温 度分布，并且取得了比较好的效果。 1 3 数字图像在石油开采、监测等领域的应用 在石油丌采过程中，为了监测井内流体动态以及获取各种参数，一般用电 视测井仪在井筒中拍摄电视视频，然后根据视频图像做进一步的分析研究，获 巾【i ：大学硕卜学何论文 视频图像试井软件的设计，爻现 取所需参数；但有时候考虑到电视测片仪的成本比较高，在石油丌采过程中经 常采用一些传感器装置，进行井内参数的探测，例如探测油、水比例，并任实 际应用中效果也比较好；另外还通过卫星等工具拍摄较犬域的图像，然后用 数# 图像处理技术，判断哪翟有油库以及海七足否有溢油等。 1 3 1 电视测井仪获取井下图像 电视测片仪是一种较新的测井设备，可以直观地监测井下油管或套管的技 术状况。利用数字图像处理技术，可以对井下电视图像进行清晰化处理、图像 分割等：并利用成像原理得出井内落物的尺寸，利用图像旋转、拉伸等技术进 行几何校i f ，达到视频图像试井解释的目的。 l 、工作原理 在井下仪器后置灯光源的照明下，井下仪的摄像镜头对套管内壁和井筒进 行摄像，井下仪的电子线路对图像信号进行放大处理，产生频率脉冲信号，通 过单芯同轴电缆或多芯电缆将频率脉冲信号送歪地面接收器，地面接收器对其 进行放大解码，产生与井下摄像头所摄像一样的图像，该图像信弓送往爿 = 像机 和绘图仪进行录像记录和实时打印。 2 系统组成 电视测井仪包括地面仪器和井下仪器。地面仪器由以下几部分组成：电源 接收器、深度面板、深度计数器、监视器、字幕显示仪，录像机和群幕印字 机。井下仪器由以下几部分组成：马龙头、加重杆、电子线路短节、扶l f 器短 节和光源及摄像头短节。 3 ：e 要用途 ( i ) 监测食管内壁的腐蚀情况和套管变形情况； ( 2 ) 监测套管或油管内壁结垢情况； ( 3 ) 了解射孔层位产液状况； ( 4 ) 检奄射孔后食管的状况； ( 5 ) 探测井f 落物的形状和位冒： ( 6 ) 了解井筒不刚深度段内的射油孔数： ( 7 ) 计算不m 深度的准含油率1 。 1 3 2 利用特定电路获取图像 有时候在试井分析时只需要获取指定深度的油、水比例，如果用电视测片 6 巾囡科技大学硕十学位论文视频图像试井软件的设计与实现 仪拍摄视频进行参数求取，成本较高，而且理论还不成熟，计算误差较大。如 果用一个专门的传感器电路来检测油、水比例，并且将油、水在井内截面分布 情况重构成图像，这将极大的降低成本，并且还能获得比较好的效果，同时也 是图像试井一个很好的补充，如文献 1 4 中所介绍的利用电容摄影技术( e c t ， e l e c t r i c a lc a p a c i t a n c et o m o g r a p h y ) 的图像数据获取系统( i o c s ，a ni m a g e d a t ac a p t u r es y s t e m ) 就是一个比较好的例子。 电容摄影在多相流监控中是个很好的技术，它具有很多优点：价格低廉， 结构简单，安全性能好以及具有很强的环境适应能力等。电容摄影系统主要包 括：数据捕获系统和图像重构系统，它的关键是小电容值测量和图像重构算法 的设计。利用电容摄影技术的图像数据获取系统是由电容传感器、数据获取系 统和图像处理计算机组成。8 个电极盘依次排列在电容传感器的周围，当油、水 比例改变时，各个电容的电压值也会发生变化，通过测量出在电极盘中的电容 的电压值然后获得两相流中油、水的值，示意图如图1 1 所示： 电 容 传 感 器 1 8 ； 八测餐数据 个 电v 计 容 传 感 算 器 采 控制信号 集 机 数 据 图1 1 图像数据获取示意图 1 3 3 利用图像进行溢油侦察和油库判别 目前利用卫星等工具拍摄的图像在溢油侦察和油库判别等方面有着广泛的 应用。卫星图像的空自j 分辨率可以达到甚至低于l 米，在这种具有高空问分辨率 特性的图像上，大型建筑物、道路、河流、湖泊和其它人造地物的形状特征和 纹理特征清晰可辨，这为运用形状特征和纹理特征等地物细节信息进行目标精 确识别提供了客观基础“”1 。在文献 1 8 ，1 9 中利用图像进行了类圆形油库的 自动识别。例如文献 1 8 ，首先利用k a p u r 熵法对图像进行闽值分割，得到二值 图像：然后对二值图像中的白像素进行最近邻聚类形成团块，并计算其面积以 及体态比和矩形度等形状参数；最后利用油库近似圆形和成群分布的特点对油 7 巾科技大节硕卜学何论文视频图像试井软件的改计，实现 库群进行识别和定位。文献 2 0 2 5 则根掘油与别的物体在图像 _ ：囱不刚特点 进行了溢油侦察。 1 4 本文的研究内容与组织结构 本文研究井下视频的清晰化处理，重点是通过视频图像的数字化处理进行 油井各种参数的提取和分析计算。围绕这两方面的内容本文工作由以下几个部 分组成： 第二章介绍了软件系统的总统结构和主要功能； 第i 章详细阐述了视频编、解码技术，并简要介绍了图像处理的一些摹本 概念； 第四尊，深入分析了怎样利用数字图像处理进行图像清晰化处理、射油孔 计算、落物尺寸计算、准含油率计算、图像几何校正等。 第五章，概括了界面设计、变量管理和数据库设计等内容； 第人章，对本文做了一个总结并提出了一些展哩。 8 中因科技大学硕十学位沦文视频图像试井软件的设计0 实现 第二章软件系统总体结构 2 1 系统结构 软件系统主要由视频解码、视频编码、图像清晰化处理、接口、图像几何 校i f 、数据库、软件界面和计算指定深度的准含油率、指定深度段内的射油孔 数、井内落物尺寸等几个部分组成。本软件系统采用v c 6 0 编制，数据库使用 m i c r o s o f ta c c e s s ，操作系统为m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0 及以上，系统框图如 图2 1 所示： 图2 1 系统框图 2 2 软件功能简介 视频解码是对原始视频进行解码，为清晰化处理、计算相关参数等提供b m p 图像序列。视频编码是对处理后的图像序列进行编码，编码后的视频与原始视 频格式相同。原始视频一般是灰度视频，并且不清晰，这时可以对解码后的图 像序列进行清晰化处理，还可以着成彩色。然后将处理后的图像序列进行编码， 便可得到非常清晰的m p e g 视频以及彩色视频，这更有利于观测油井动奎。视频 解码模块和视频编码模块做成控制台程序，软件系统有一个专门的接口，调用 这两个模块进行视频的编、解码，这样做的好处是方便用户以后进行功能的扩 展，目前软件系统处理的电视视频格式是m p e g l 的，因此系统提供m p e g l 的编、 解码控制台程序模块，假如以后系统要升级，处理m p e 9 2 、m p e 9 4 等格式视频时， 只需要在系统罩添加这两种格式的视频编、解码器即可，而不需要对整个软件 系统重新编制。 9 一一一一一 臼 囡 三 置 臼 囡 三 冒 中叫科技大学硕 学何论丈视频图像试井软件的 使汁o 吱现 软件系统擘的图像处理e 要包括均衡化处理、规定均衡化处理，亮度调整， 对比度凋褴、线性化处理、二值化处理、着色处理等常用的十几种图像处理操 作。既町以对簟幅图像进行处理，也町以对大肇= 图像进行批处理。单幅图像处 理e 要用来奁看处理效果，根据效果来选择需要哪螳处理方式以及如何设胃参 数。确定好需要的处理方式和参数值后，就町以对图像序列进行批处理。 在石油斤采过程中，有一些物体落在井简单，需要测鞋其大小，以便更进 一步了解这螳物体对石油开采影响有多大，这时可以根据图像上物体的大小， 用区线或者多边形选中测量目标，然后利用光学成像原理计算落物的实际尺寸。 准含油率是指对解码后b m p 图像选定区域进行二值化处理，分离出油和背 景，油占选定区域的面积比。由于实际井筒中石油是立体的，而计算油占背景 的比例时是根据平面图像得出的，因此称之为准含油率，但它反映了实际含油 率在不同深度的分布情况。系统可以将计算结果自动存入数据库，系统还町以 对不b 日深度准含油率进行图表统计，使得准含油率随深度的变化舰律一目了然。 在井内拍摄视频时，由于摄像头有时候与井筒中心线有一定倾斜角度，本 来是圆形物体在图像上变成椭圆，这时软件利用图像几何校正技术将椭圆校i f 为类嘣。 有时候需要了解指定深度段有多少射油孔，这时町以先对图像序列进行平 滑顶处理，然后进行用禽斯拉普拉斯算子对图像进行边缘检查，最后根掘射油 孔特点以及其他参数计算出射油孔数，并且可根据冒油的射油孔与不冒油的射 油孔在图像t 的差异判断出有多少个射油孔冒油。 视频图像七有些区域有文字，为了不影响观测井内动念，软件系统根据每 个 域中文字的特点，采用特定平滑模板对文字区域进行多次平滑，较好地消 除了文字影像。 数据库包含查询、删除、编辑、清宅数据库和自动编号等功能。软件足利 用a d o 数据库接 j 以及s q l 语毒实现对a c c e s s 数据库的查洵、编辑等操作，查 询包括按h 期奁询、按深度奁询和按编弓查向。 系统通过接口调用各个功能模块，进行相关处理操作。软件系统- 毛要有调 用视频编、解码两个模块的接口，这两个接口负责将程序的命令传给编、解 码模块，并将编、解码模块所输出的信息送叫到圭程序界面中显示。编、解码 模块部足控制台程序，主程序通过调用进程的方式调用编、解码模块，编，解 码模块所输出的信息足利用管道技术传输到主界面上来。 o 中国科技大学硕七学住论文视频图像试井软件的设计与实现 第三章视频编解码及数字图像处理技术 3 1 图像压缩编码标准的发展概况 1 9 9 6 2 0 1 5 年被世界公认为发展数字视频产品的黄金时代，在1 9 9 5 年之 前，从世界各国来看，基本都使用着模拟图像设备，数字设备完全足空白。因 此，致力于数字视频设备的推广和应用，有着远大的前景。 要把一路模拟彩色电视信号数字化，不加任何数据压缩措施时的数码率为 2 1 6 m b i t s ，将这样高速的信号进行处理与传输是十分不利的，既无经济效益也 无社会效益。因此，人们在广泛地探讨它的数据压缩方法。如果能将2 1 6 m b it s 速率压低到l 1 0 ，甚至l 1 0 0 ，则对它进行处理与传输，就方便得多。由于 视频数据中存在着很多冗余信息( 时问冗余度、空间冗余度) ，具有压缩的可能 性。例如，在多帧连续的图像中，前一帧图像与后一帧图像有很多重复的内容， 而且每帧图像中的背景基本不变( 这称作时间冗余度) ；在一帧图像中，水平方 向前一像素与后一像素，垂直方向上一像素与下一像素的信号电平、色彩基本 相近( 这称作空间冗余度) 。因此没有必要把每帧图像的全部数据进行传输，而 只要把它们的变化部分进行传输，则其数据速率可以大大降低，下面介绍数据 压缩编码标准的发展概况： 1 c c i r ( 国际无线电咨询委员会，现i t u r ) 建议 图像数字化概念是1 9 4 8 年提出的，1 9 5 8 年首次报道了预测法研究的计算 机模拟实验结果。1 9 6 9 年召开首届国际图像编码会议( p i c t u r ec o d i n g s y m p o s i u m ) 。c c i r 于1 9 8 0 年提出了演播室电视编码标准，即6 0 1 号建议。为了 便于国际自j 的节目交换，消除数字电视设备之问的制式差别，使6 2 5 行电视系 统与5 2 5 行电视系统之间兼容，1 9 8 2 年2 月c c i r 第1 5 次全会上，通过了6 0 1 号建议，确定以分量编码为基础，即以亮度分量y 和两个色差分量r y 、b y 为 基础进行编码，作为电视演播室数字编码的国际标准。 2 h 2 6 1 标准 1 9 8 8 年c c i t t ( 现i t u t ) 制定了电视电话会议电视的h 2 6 建议草案( 数码 率= p 6 4 k b i t s ，p = l 3 0 ) ，它是自1 9 4 8 年以来电视图像压缩编码4 0 年研究 成果的结晶。这是一种“信息非保持型”( l o s s ) 的压缩编码算法，其要点为： 采用有运动补偿( 由运动估值器计算运动矢量) 的帧自j 预测，以利用电视图像在 巾阴科技大学硕卜学位沦文视频图像试井软件的设i 与寅现 时阃域的相关性；接着对帧f u j 预测误差( 在帧内模式则是对原始图像数据) 进行 ( 8 像索8 行) 像素块( b l o c k ) 的离散余弦变换( d c t ：d i s c r e t ec o s i n e t r a n s f o r m ) ，以利用电视图像在空问域的相关性；然后在d c t 变换域中对( 8 x 8 ) 的o c t 变换系数设置自适应量化器，以充分利用人眼的视觉特性；再采用 h u t f m a n 变字长编码器实现熵编码：最后，按照某编码控制策略( c o d i n g c o n t r 0 1 ) 改变有关参数，平滑输出缓冲存储器中的数码流，防止上溢和下溢以保证输 出数码牢为恒定值。 3 j p e 6 标准 静止图像数据压缩标准j p e g ( j o i n tp h o t o g r a p h i ce x p e r t sg r o u p ) 用于 连续变化的静止图像，所谓连续变化是指灰度等级和颜色两方面的连续变化。 j p e g 包含两种基本压缩方法，各有不同的操作模式。第一种足有损压缩，它足 以o c t ( d i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r m ) 为基础的压缩方法。第二种为无损压缩， 又称预测压缩方法。但最常使用的足第一种，即o c t 压缩方法，也称为基线顺 序编解码( b a s e l i n es e q u e n t i a lc o d e c ) 方法，由于这种方法的优点是先进、有 效、简译和易于操作，因此成为应用广泛的和最苣要的方法。j p e g 编码压缩算 法与h 2 6 1 的帧内模式相同。j p e g 系统还町选用逐渐浮现重建方式，即苣建图 像u 以镳幅由辊剑细显示。j p e g 标准数据压缩在本帧内进行，与前后帧无关。 它也可以用于活动图像中，只不过压缩方法只限于帧内进行，不作运动补偿和 帧阃蔗运算。这种用于活动图像的压缩技术称作m - j p e g ( m o t i o n - j p e g ) ，可用于 电视台常e 编辑中。 4 c c i r7 2 3 建议 1 9 9 1 年c c i rc m t t 研究组在对预测法和变换法多年研究的基础上提出了 7 2 3 建议，这足一个以三次群传输速率( 3 4 m b i t s ) 具有演播摩常日传输质镀的活 动i i 像的数# 编码j k 缩方案。 5 m p e g 一1 标准 m p e g l 标准把电视图像帧( f r a m e ) 区分为三类：i 帧( i n t r a 帧) 图像仅作帧 内编码：p 帧( p r e d i c t i o n 帧) 图像以前面的【帧或p 帧图像为参考，进行时问 域i f 方向的帧问颅测编码：b 帧( b i d i r e c t i o n a lp r e d i c t i o n 帧) 图像，则根据 前面的参考图像( i 帧或p 帧) 以及后来的参考图像( 1 帧或p 帧) ，进行时问域正 负双方向的帧问颅测编码。对b 帧图像进行有运动补偿的帧间内插( 双向帧问预 测) 足柙e g l 的硅著特点。 6 m p e g 一2 标准 1 2 中固科技大学硕 学俺论文视频图像试井软件的设计与实现 1 9 9 4 年1 1 月通过了m p e g 一2 建议。m p e g 一2 建议又在m p e g l 基础上作了重 要扩展和改进，将其图像质量从基本级到最高级分成四级；最高级图像质量， 可达h d t v 质量。m p e g 一2 的数码率视图像质量等级从2 4 0 m b i t s 不等。 8 m p e g 一4 标准 1 9 9 9 年1 2 月i s o i e c 制定了m p e g 一4 标准，它支持7 个新的功能。可粗略 划分为3 类：基于内容的交互性、高压缩率和灵活多样的存取模式。 9 m p e g 一7 标准 2 0 0 1 年9 月m p e g 家族的新成员叫作“多媒体内容描述接口”( 简称m p e g - 7 ， 它的由来足l + 2 + 4 = 7 ，因此没有m p e g 一3 、m p e g 一5 、m p e g 一6 ) ，它主要供图像 信息检索用，它将对现有内容识别专用解决方案的有限的能力进行扩展，特别 是它还包括了更多的数据类型。m p e g - 7 还将对定义其他描述符及其结构( 描述方 案) 和它们之间的关系的方法进行标准化。这种描述( t g 就是描述符和描述方案 的组合) 将与内容本身关联起来，以便对用户感兴趣的素材进行快速高效的搜 索。 1 0 m p e g 一2 1 标准 2 0 0 0 年6 月制定m p e g - 2 1 标准的计划被批准，现正在进行标准的制定工作。 它是一个在交互通信中多媒体框架、综合应用标准。m p e g 一2 1 的正式名称足多媒 体框架( m u l t i m e d i af r a m e w o r k ) 。又称数字视听框架( d i g i t a la u d i o v i s u m f r a m e w o r k ) ，它的任务是：如何将不同的技术和标准结合在一起，需要什么样 的新标准以及完成这些标准需结合做些什么工作。m p e g - 2 1 的内容基本上是有关 多媒体信息传递方面的建议，可以概括为：用户怎样才能查询和获得满意的多 媒体信息，如何让用户根据不同内容采用不同方法来索取信息。 11 超高清晰度成像( h r ) 建议( i t u rb t 1 2 0 1 ) i t u rb t 1 2 0 1 建议书提出了超高清晰度成像( h r i ) 格式和规范建议。该建 议的提出主要考虑到如下因素： ( 1 ) 超高清晰度图像能够在诸如计算机图形、印刷、医疗和电影及电视等领域罩 作为未来的图像系统使用； ( 2 ) 世界各国正在进行有关超高清晰度图像的研究和应用试验： ( 3 ) 为了经济地实现超高清晰度图像系统，应该建立世界通用标准； ( 4 ) 超高清晰度图像信号传送时，数据压缩技术起着重要作用。 3 2 肝e g 一1 标准概述 1 3 巾因科技大学硕l 学位沦史 税频图像试井软件的设计j 吱现 i p e g 足活动图像争家组( m o v ir i gp i cr u ee x p e r tg r o u p ) 的英文缩写。m p e g 的任务是开发运动图像及其声爵的数字编码标准，成立于1 9 8 8 年。i s o 的活动 图像争家组( m p e g ) 在1 9 9 1 年n 月提出了i s o i l l 7 2 标准的建议草案，通称 m p e g 一1 标准。该标准于1 9 9 2 年1 1 月被通过，1 9 9 3 年8 月公布。m p e g l 标准适 用f 数码率在1 5 m b i t s 左右的应用环境，也就是为c d r ( ) m 、光盘的视频存 储和放像而制定的。 3 2 1m p e g - 1 标准的内容 i s o e c1 1 1 7 2 包括三大部分： l 、i s o e c l l l 7 2 一l 第一部分系统 2 、i s o e c l l l 7 2 - 2 第二部分视频 3 、i s o i e c l l u 7 2 - 3 第二部分音频 m p e g l 标准可以处理各种类型的活动图像，其基本算法对于压缩水平方向 3 5 2 个像素、呸直方向2 8 8 个像素的空间分辨力，每秒2 4 2 5 3 0 幅厕面的运 动图像有很好的效果，在m p e g l 标准中的一帧图像的概念不同于电视中帧的概 念，前者一定逐行扫描的图像，如果待处理信号足隔行扫描的图像，则编码前 必须将其转换成逐行扫描的格式。m p e g l 标准提供了一些录像机的功能：正放， 图像冻结、快进和快倒等。此外，还提供了随机存储的功能，当然，解码器这 些功能的实现在一定程度上同图像数据的存储介质性质有关。 m p e g l 标准采用了一系列技术以获得商压缩比：第一，对色差信号进行哑 采样，减少数据星：第二，采用运动补偿技术减少帧问冗余度：第三，作二维 d c t 变换去除空间相关性；第四对d c t 系数进行量化，舍去不重要的信息，将 量化后的d c t 系数按照频率蓖新排序；第丘，将d c t 系数进行变字长码编码； 第六，对每数据块的直流分肇( d c ) 进行预测差分编码。在m p e g l 标准中，考虑 n i t , ：缩比和随机存取这对矛盾，一共定义了4 种图像类型：i 帧图像，或称i n t r a 帧图像，采用帧内编码，不参照其他图像；( 2 ) p 帧图像，或称p r e d i c t e d 帧图 像，它们参照前一幅i 帧或p 帧图像做运动补偿编码：( 3 ) b 帧图像或称双向预 测帧图像，它们参照前一幅和后一幅i 帧或p 帧图像做双向运动补偿编码；( 4 ) o 类图像，或称直流( d c ) 图像，这类图像中只含直流分量，是为快放功能面设计 的。通常编码时使用i 帧、p 帧和b 帧i 类图像，i 帧图像一般0 5 s ( 相隔1 2 帧) 左右一幅，它作为p 帧和b 帧图像的参照图像，要求图像质量较高，否则会 引起溟篾，向p 帧和b 帧图像扩散。因此i 帧图像的量化系数较小。两个相邻 4 叶1 田科技大学硕十学位论文视频图像试井软件的设计与实现 的f 帧图像之间会插入若干个p 帧图像，两个相邻的p 帧或i 帧图像之白j 会插 入若干个b 帧图像。 3 2 2 妒b g - l 视频流数据结构 视频流数据由以下部分组成： 1 、视频序列：视频序列由一个