本發(fā)明屬于巖石成分識(shí)別，提出了一種基于能譜ct的巖石成分識(shí)別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、巖石中的礦物成分和含量對(duì)巖性劃分、沉積環(huán)境判斷及物源方向分析等方面均有非常重要的意義，目前確定巖石成分組成的方法主要可以分為定性識(shí)別和定量分析兩種，定性識(shí)別主要包括標(biāo)本鑒定法和薄片觀察法等，這種傳統(tǒng)的巖性成分識(shí)別方法過于依賴經(jīng)驗(yàn)和地質(zhì)專業(yè)知識(shí)積累，不僅耗時(shí)長、專業(yè)性強(qiáng)，還易受主觀因素影響；定量分析是通過測試巖石中不同元素或者礦物的種類及含量來進(jìn)行巖石成分識(shí)別，主要有紅外光譜法、x射線衍射法(xrd)、x射線熒光分析法(xrf)、掃描電鏡法等，xrf可對(duì)樣品切片表面的元素進(jìn)行定性和定量分析，xrd可對(duì)樣品的礦物進(jìn)行定性和定量的分析，結(jié)果準(zhǔn)確、具有較高的參考價(jià)值，但測試需要進(jìn)行切片、磨粉等預(yù)處理，無法進(jìn)行無損且快速的檢測。

2、隨著計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed?tomography，ct)成像技術(shù)的不斷發(fā)展，借助ct的三維成像技術(shù)以及數(shù)字圖像處理技術(shù)來對(duì)巖石內(nèi)部物質(zhì)分布和空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述成為可能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)巖石內(nèi)部的無損檢測及三維重構(gòu)。巖石中不同的物質(zhì)成分對(duì)x射線的衰減能力不同，這表現(xiàn)為ct重建圖像中各物質(zhì)的灰度值不同，即線性衰減系數(shù)不同。通過線性衰減系數(shù)的差異可以實(shí)現(xiàn)部分巖石礦物成分的識(shí)別。

3、常規(guī)的ct成像技術(shù)僅僅通過x射線的強(qiáng)度和位置的量來獲取物質(zhì)的線性衰減信息，然而線性衰減系數(shù)是與射線能量、檢測物密度以及檢測物原子序數(shù)相關(guān)的物理量，在使用相同的射線能量進(jìn)行ct成像的情況下，線性衰減系數(shù)的不同可能分別由檢測物密度不同，原子序數(shù)不同造成的，或者是兩個(gè)物理量均不同造成的，另外，不同的檢測物由于其原子序數(shù)和物質(zhì)密度的均不同而表現(xiàn)出相同的灰度值，所以在常規(guī)ct成像中，不同的檢測物可能會(huì)表現(xiàn)出相同的灰度值，無法準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)成分的識(shí)別。能譜ct通過在一次掃描成像中采集兩組不同能量射線成像的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)重建提供了能量信息，如何利用不同能量下物質(zhì)的衰減數(shù)據(jù)來獲取更加準(zhǔn)確的物質(zhì)成分信息來進(jìn)行巖石成分的識(shí)別和區(qū)分是一個(gè)亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)定量分析方法無法快速且無損的獲取巖石內(nèi)部的成分和結(jié)構(gòu)信息，以及常規(guī)ct的巖石成分識(shí)別不夠準(zhǔn)的不足，本發(fā)明提供了一種基于能譜ct的巖石成分識(shí)別方法及系統(tǒng)，可以無損且高效的獲取巖石的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)信息以及物質(zhì)成分信息。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下內(nèi)容。

3、一種基于能譜ct的巖石成分識(shí)別方法，所述方法包括：

4、選取待檢測樣品的校準(zhǔn)模體，并分別對(duì)校準(zhǔn)模體和待檢測樣品進(jìn)行高、低兩個(gè)能區(qū)的ct掃描和重建，得到校準(zhǔn)模體的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2，以及待檢測樣品的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2；其中，所述校準(zhǔn)模體包含若干個(gè)由基物質(zhì)i構(gòu)成的校準(zhǔn)樣品i，所述高能區(qū)和所述低能區(qū)的設(shè)置基于待檢測樣品對(duì)x射線的衰減能力獲??；

5、基于校準(zhǔn)模體的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2，以及待檢測樣品的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2進(jìn)行物質(zhì)分解，得到各基物質(zhì)i的分解系數(shù)ai(r)；

6、獲取基物質(zhì)i的電子密度ρei以及有效原子序數(shù)zi，并結(jié)合基物質(zhì)i的分解系數(shù)ai(r)，得到待檢測樣品的電子密度ρe和有效原子序數(shù)zeff，進(jìn)而通過查表得到所述待檢測樣品的巖石成分識(shí)別結(jié)果。

7、進(jìn)一步地，所述選取待檢測樣品的校準(zhǔn)模體，包括：

8、對(duì)待檢測樣品進(jìn)行投影成像，記錄x射線穿過該待檢測樣品的最大衰減值；

9、測量待檢測樣品的體積，以得到備選校準(zhǔn)樣品；

10、基于密度稱量法以及定性識(shí)別方法，對(duì)待檢測樣品的電子密度和原子序數(shù)進(jìn)行粗估；

11、在備選校準(zhǔn)樣品中選取由基物質(zhì)1構(gòu)成的校準(zhǔn)樣品1；其中，x射線穿過所述校準(zhǔn)樣品1的最大衰減值與x射線穿過所述待檢測樣品的最大衰減值之差小于第二設(shè)定閾值，且使所述校準(zhǔn)樣品1的電子密度和原子序數(shù)均大于待檢測樣品的粗估值；

12、在備選校準(zhǔn)樣品中選取由基物質(zhì)2構(gòu)成的校準(zhǔn)樣品2；其中，所述校準(zhǔn)樣品2的電子密度和原子序數(shù)均小于待檢測樣品的粗估值；

13、在備選校準(zhǔn)樣品中選取由基物質(zhì)i構(gòu)成的校準(zhǔn)樣品i；其中，x射線穿過該校準(zhǔn)樣品i的最大衰減值小于x射線穿過所述校準(zhǔn)樣品1的最大衰減值，且大于x射線穿過所述校準(zhǔn)樣品2的最大衰減值。

14、進(jìn)一步地，所述高能區(qū)和所述低能區(qū)基于待檢測樣品對(duì)x射線的衰減能力獲取，包括：

15、在所述高能區(qū)和所述低能區(qū)中，x射線穿過待檢測樣品的光子計(jì)數(shù)為空場光子計(jì)數(shù)的25％-40％；

16、和，

17、x射線在低能區(qū)的空場光子計(jì)數(shù)為該x射線在高能區(qū)的空場電子計(jì)數(shù)的40％-60％。

18、進(jìn)一步地，所述基于校準(zhǔn)模體的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2，以及待檢測樣品的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2進(jìn)行物質(zhì)分解，得到各基物質(zhì)i的分解系數(shù)ai(r)，包括：

19、基于校準(zhǔn)模體的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2，計(jì)算得到校準(zhǔn)模體的n個(gè)基圖像fn(r)，該n個(gè)基圖像fn(r)的向量表示為f(r)；其中，r表示體素空間位置；

20、通過對(duì)高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1進(jìn)行重建，得到高能區(qū)的ct重建數(shù)據(jù)，并對(duì)高能區(qū)的ct重建數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像分割處理，得到基物質(zhì)i的模板圖像ti(r)；

21、基于所述模板圖像ti(r)與所述向量表示f(r)分別進(jìn)行各基物質(zhì)i的最小二乘擬合計(jì)算，得到基物質(zhì)i對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式系數(shù)向量ci；

22、基于待檢測樣品的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2，計(jì)算得到校準(zhǔn)模體的n個(gè)基圖像fn′(r)，該n個(gè)基圖像fn′(r)的向量表示為f′(r)；

23、計(jì)算基物質(zhì)i的分解系數(shù)ai(r)＝ci·f′(r)。

24、進(jìn)一步地，所述校準(zhǔn)模體的n個(gè)基圖像fn(r)＝r-1bn(l1,l2)；其中，r-1表示radon反變換，bn(l1,l2)表示基于高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2得到的重建圖像。

25、進(jìn)一步地，所述基物質(zhì)i的模板圖像

26、

27、進(jìn)一步地，所述基物質(zhì)i對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式系數(shù)向量

28、

29、進(jìn)一步地，所述獲取基物質(zhì)i的電子密度ρei，并結(jié)合基物質(zhì)i的分解系數(shù)ci，得到所述待檢測樣品的巖石成分識(shí)別結(jié)果，包括：

30、獲取基物質(zhì)i的電子密度ρei；

31、基于所述分解系數(shù)ai(r)對(duì)基物質(zhì)i的電子密度ρei加權(quán)計(jì)算，得到所述待檢測樣品的電子密度ρe；

32、計(jì)算基物質(zhì)i的電子密度百分比

33、根據(jù)各基物質(zhì)i的電子密度百分比fi和基物質(zhì)i的有效原子序數(shù)zi，得到待檢測樣品的有效原子序數(shù)zeff；

34、基于所述電子密度ρe和所述有效原子序數(shù)zeff進(jìn)行查表，得到所述待檢測樣品的巖石成分識(shí)別結(jié)果。

35、進(jìn)一步地，所述分別對(duì)校準(zhǔn)模體和待檢測樣品進(jìn)行高、低兩個(gè)能區(qū)的ct掃描和重建，得到校準(zhǔn)模體的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2，以及待檢測樣品的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2之后，還包括：

36、對(duì)高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1、低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2、高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1以及低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2進(jìn)行中值濾波

37、和/或，

38、對(duì)高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1、低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2、高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1以及低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2進(jìn)行均值濾波；

39、和/或，

40、對(duì)高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1、低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2、高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1以及低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2進(jìn)行像素合并和投影幀數(shù)合并；

41、和/或，

42、通過能譜ct重建算法對(duì)高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1、低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2、高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1以及低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2分別進(jìn)行ct數(shù)據(jù)重建處理。

43、一種基于能譜ct的巖石成分識(shí)別系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

44、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于選取待檢測樣品的校準(zhǔn)模體，并分別對(duì)校準(zhǔn)模體和待檢測樣品進(jìn)行高、低兩個(gè)能區(qū)的ct掃描和重建，得到校準(zhǔn)模體的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2，以及待檢測樣品的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2；其中，所述校準(zhǔn)模體包含若干個(gè)由基物質(zhì)i構(gòu)成的校準(zhǔn)樣品i，所述高能區(qū)和所述低能區(qū)的設(shè)置基于待檢測樣品對(duì)x射線的衰減能力獲取；

45、物質(zhì)分解模塊，用于基于校準(zhǔn)模體的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l2，以及待檢測樣品的高能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′1和低能區(qū)投影數(shù)據(jù)l′2進(jìn)行物質(zhì)分解，得到各基物質(zhì)i的分解系數(shù)ai(r)；

46、成分識(shí)別模塊，用于獲取基物質(zhì)i的電子密度ρei以及有效原子序數(shù)zi，并結(jié)合基物質(zhì)i的分解系數(shù)ai(r)，得到待檢測樣品的電子密度ρe和有效原子序數(shù)zeff，進(jìn)而通過查表得到所述待檢測樣品的巖石成分識(shí)別結(jié)果。

47、與現(xiàn)有技術(shù)相比，常規(guī)的ct成像技術(shù)僅僅通過x射線的強(qiáng)度和位置的量來獲取物質(zhì)的線性衰減信息，然而線性衰減系數(shù)是與射線能量、檢測物電子密度以及檢測物有效原子序數(shù)相關(guān)的物理量，不同的物質(zhì)在相同的射線能量下可能由于其組成成分的電子密度和有效原子序數(shù)均不同而表現(xiàn)出相同的線性衰減系數(shù)值，對(duì)于這樣的物質(zhì)，通過傳統(tǒng)ct成像的灰度值分析方法難以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)成分的區(qū)分和識(shí)別，因此僅僅通過線性衰減系數(shù)灰度值來進(jìn)行巖石成分的識(shí)別不夠準(zhǔn)確。通過物質(zhì)分解獲取待檢測樣品的電子密度和有效原子序數(shù)信息能夠更加精確的實(shí)現(xiàn)不同物質(zhì)成分的區(qū)分和識(shí)別。