基于canny算子的同相轴检测方法

基于canny算子的同相轴检测方法

0地震剖面同相轴检测地震的波形有许多表现形式。当每个剖面上的振幅值转换为不同的灰度值时，地震剖面成为地震的灰度图，一些数据处理方法可以引入地震剖面的处理方法。地震灰色剖面的反射相位轴成为二维数字图像的边缘。为了提高地震剖面的信噪比和分辨率，便于识别和跟踪相位轴，便于说明地震数据，作者将各种方法自动检测地震剖面的相位轴：边缘检测、神经网络、小波、识别模型和混合理论。此外，三维结构可视化研究、色度成像和其他地震数据图表为提高了这项工作的数据处理方法[11、12、13、14、15、16]。本文应用图像边缘检测方法，比较了简单有效、易于实施的地震剖面的相位轴检测方法。通过比较不同的边缘检测方法，确定了应用相机算子的地震剖面边缘检测效果。然而，边缘检测的结果是具有范围突然变化的区域的波束线，不能直接用于相位轴的检测。根据该层的反射相位轴的大倾角值，提取强灰包络线的中心。轴作为同相轴的检测追踪结果,得到了正确的同相轴检测结果.并经过消除检测结果中的斑点边缘后,使同相轴显示更加清晰,为地震剖面同相轴的自动检测提供了一种可行而有效的方法.1以canndth算子作为地震剖面边缘检测边缘检测的基本算法有很多,有梯度算子、方向算子、拉普拉斯算子和坎尼(Canny)算子等等.几种常用的边缘检测方法有属于梯度算子的Roberts算子、Sobel算子和Prewitt算子、高斯偏导滤波器(LOG)以及Canny边缘检测器等,此外还有多尺度的边缘检测.Roberts算子是一种利用局部差分算子寻找边缘的算子;Sobel算子是一种一阶微分算子,它利用像素邻近区域的梯度值来计算1个像素的梯度,然后根据一定的阈值来取舍;Prewitt算子与Sobel算子基本类似,只是卷积核的权值不同;LOG算子先对图象平滑,后拉氏变换求二阶微分,等效于把拉氏变换化作用于平滑函数,得到1个兼有平滑和二阶微分作用的模板,再与原来的图象进行卷积.我们分别利用Roberts、Prewitt、Sobel、LOG以及Canny边缘检测方法对一实测地震剖面进行边缘检测,对比后(图1)发现利用Canny边缘检测方法的检测效果要优于其它方法.Canny算子可以将更加细微的边缘检测出来,最更大程度的保留了图像边缘信息.当然对于地震资料,Canny算子也必然会保留较多的噪声边缘检测结果.后面我们对斑点边缘(更多对应于噪声)进行了消除,使图像的部分噪声边缘得以消除.下面,我们对Canny算子作较为详细的介绍:Canny算子是一阶算子.其方法的实质是用1个准高斯函数作平滑运算fs=f(x,y)×G(x,y),然后以带方向的一阶微分算子定位导数最大值.平滑后fs(x,y)的梯度可以使用2×2一阶有限差分近似式:P(i,j)≈(fs[i,j+1]-fs[i,j]+fs[i+1,j+1]-fs[i+1,j])/2,(1)Q(i,j)≈(fs[i,j]-fs[i+1,j]+fs[i,j+1]-fs[i+1,j+1])/2,(2)在这个2×2正方形内求有限差分的均值,便于在图像中的同一点计算x和y的偏导数梯度.幅值和方向角可用直角坐标到极坐标的坐标转化来计算:M[i,j]=P[i,j]2+Q[i,j]2−−−−−−−−−−−−−√,(3)Μ[i,j]=Ρ[i,j]2+Q[i,j]2,(3)θ[i,j]=arctan(Q[i,j]/P[i,j]).(4)M[i,j]反映了图像的边缘强度;θ[i,j]反映了边缘的方向.使得M[i,j]取得局部最大值的方向角θ[i,j],就反映了边缘的方向.Canny算子也可用高斯函数的梯度来近似,在理论上很接近4个指数函数的线性组合形成的最佳边缘算子.2同相轴检测结果的延续边缘检测的结果是灰度突变区域的包络线,并不能直接作为同相轴检测结果.还需要结合地震剖面地层反射同相轴的图像灰度特性进行进一步处理才能检测到正确的同相轴.根据地层反射同相轴灰度值都较大这一特性,编写程序判别相邻边缘线之间的原始图像灰度值是否大于一定的阀值(这里的阀值可以根据剖面的实际情况进行调整),如果满足条件,将原始边缘结果至零,而取原始边缘结果的中轴线作为新的边缘结果.实际资料处理后(图2c)证明:提取强灰度包络线的中轴作为同相轴的检测结果,得到了正确的同相轴检测结果.此外由于Canny算子会保留较多的噪声边缘检测结果,而噪声的边缘和地层反射同相轴的边缘的最大的区别就在于噪声边缘形态的延续基本都很短,呈现斑点状.因此我们可以通过判别检测边缘结果的延续长度来消除噪声的影响,而延续长度的阀值也需要根据实际测量结果给定合理的值.我们对经过上述处理后的结果进行斑点边缘结果消除后,使同相轴显示更加清晰,更易于识别(图2d).3基于图像边缘检测的地震剖面同相轴检测从图2中我们可以看出,利用Canny算子进行边缘检测,通过设置阀值判别边缘线包络部分是否为反射同相轴,如果是,则将相邻边缘线的中轴作为同相轴的检测结果可以很好的检测地震剖面的同相轴.在原始图件上可以明显判读的同相轴与检测结果有很好的对应,而在原始图件无法肉眼判读的同相轴通过本方法检测可以更清晰的显示出来.通过上述讨论