一種巖心保形三維重建方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種巖心保形三維重建方法。它是通過校準(zhǔn)后的量測相機(jī)多角度拍攝，從而獲取巖心外形的全息圖像信息，然后根據(jù)密集曲面建模技術(shù)，借助高性能計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行掃描分析，進(jìn)而獲取巖心表面的高密度點(diǎn)云。通過對(duì)點(diǎn)云的有效甄別，完成巖心表面的網(wǎng)格化及自動(dòng)填充，從而完成巖心的三維重建。本方法相對(duì)于傳統(tǒng)巖心表征方法，可以瞬時(shí)間獲取原狀巖心大量的三維信息，且對(duì)巖心形狀無選擇性，無需特殊處理，很好地保持了巖心的原狀性，成本低廉，操作便捷，自動(dòng)化程度高，可在取心現(xiàn)場展開實(shí)地定量分析，有效彌補(bǔ)了現(xiàn)有方法的不足，本方法高效快速、成本低廉、精準(zhǔn)可靠。
【專利說明】一種巖心保形三維重建方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種巖心保形三維重建方法，特別是主要用于地質(zhì)、油氣、工程、有色、 煤炭等領(lǐng)域的勘探工作中對(duì)原狀巖心進(jìn)行特征表述的一種三維重建方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 巖心是表征地面以下不同深度或者同一深度不同位置地層的樣品，是地質(zhì)調(diào)查、 油氣探查、礦產(chǎn)勘探、工程勘察的主要研究對(duì)象，因此，對(duì)原狀巖心進(jìn)行特征表述極為重要。 現(xiàn)有的表征方法主要采用現(xiàn)場巖心編錄和后期巖心掃描的方法。
[0003] 現(xiàn)場巖心編錄主要是通過肉眼觀察，輔以放大鏡等設(shè)備對(duì)巖心的幾何形狀、粒徑 尺寸、礦物類型、裂隙類型、樣品顏色等進(jìn)行定性描述并記錄，該方法耗時(shí)較長，難以實(shí)現(xiàn)定 量表征。
[0004] 后期巖心掃描主要是對(duì)處理后的巖心進(jìn)行圖像采集，根據(jù)平面圖像完成巖心的識(shí) 另IJ。由于該方法是在巖心經(jīng)過搬運(yùn)、切割、液洗等過程之后展開的，所以難以保持巖心的原 狀特征，而且該方法在人員、設(shè)備投入較大，不適用現(xiàn)場巖心的快速特征表述。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是提供一種高效快速、成本低廉、精準(zhǔn)可靠，能有效解決上述問題 的一種巖心保形三維重建方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下途徑實(shí)現(xiàn)的，一種巖心保形三維重建方法，它是通 過校準(zhǔn)后的量測相機(jī)多角度拍攝，從而獲取巖心外形的全息圖像信息，然后根據(jù)密集曲面 建模技術(shù)，借助高性能計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行掃描分析，進(jìn)而獲取巖心表面的高密度點(diǎn)云，通過 對(duì)點(diǎn)云的有效甄別，完成巖心表面的網(wǎng)格化及自動(dòng)填充，從而完成巖心的三維重建，具體步 驟如下：包括以下步驟：第一步：選取所需重建的巖心體，放于水平位置；第二步：采用經(jīng)過 校準(zhǔn)的量測相機(jī)，以巖心為圓心，沿著圓周方向變換拍攝的位置，分別獲取同一焦距、不同 拍攝角度下的巖心圖像；第三步：采用密集曲面建模技術(shù)對(duì)第二步獲取的圖像通過在巖心 表面生成高密度的點(diǎn)云對(duì)所需重建的巖心進(jìn)行掃描分析；第四步、利用噪點(diǎn)剔除的處理方 法，排除第三步中獲取的高密度的點(diǎn)云中無用點(diǎn)云的影響，獲取表征巖心三維形狀的特征 點(diǎn)云，并進(jìn)行數(shù)字標(biāo)記；第五步、對(duì)第四步獲取的特征點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格化處理，然后對(duì)網(wǎng)格進(jìn) 行填充，形成符合真實(shí)巖心形狀的三維數(shù)字化重建模型。
[0007] 本發(fā)明通過校準(zhǔn)后的量測相機(jī)進(jìn)行多角度拍攝，從而獲取巖心外形的圖像信息， 然后根據(jù)密集曲面建模技術(shù)，借助高性能計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行掃描分析，進(jìn)而獲取巖心表面 的高密度點(diǎn)云，通過對(duì)點(diǎn)云的有效甄別，完成巖心表面的網(wǎng)格化及自動(dòng)填充，從而完成巖心 的三維重建，用以進(jìn)一步的微觀計(jì)算分析。
[0008] 本方法相對(duì)于傳統(tǒng)巖心表征方法，可以瞬時(shí)間獲取原狀巖心大量的三維信息，且 對(duì)巖心形狀無選擇性，無需特殊處理，很好地保持了巖心的原狀性，成本低廉，操作便捷，自 動(dòng)化程度高，可在取心現(xiàn)場展開實(shí)地定量分析，有效彌補(bǔ)了現(xiàn)有方法的不足。本方法高效快 速、成本低廉、精準(zhǔn)可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明流程不意圖。
[0010] 圖2為本發(fā)明巖心與量測相機(jī)設(shè)置不意圖。
[0011] 圖3、圖4為本發(fā)明巖心表面點(diǎn)云不意圖。
[0012] 圖5、圖6為本發(fā)明巖心表面網(wǎng)格化示意圖。
[0013] 圖7為本發(fā)明巖心體重建后的三維模型示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0015] 一種巖心保形三維重建方法，它是通過校準(zhǔn)后的量測相機(jī)多角度拍攝，從而獲取 巖心外形的全息圖像信息，然后根據(jù)密集曲面建模技術(shù)，借助高性能計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行掃 描分析，進(jìn)而獲取巖心表面的高密度點(diǎn)云，通過對(duì)點(diǎn)云的有效甄別，完成巖心表面的網(wǎng)格化 及自動(dòng)填充，從而完成巖心的三維重建，具體步驟如下：包括以下步驟：第一步：選取所需 重建的巖心體，放于水平位置；第二步：采用經(jīng)過校準(zhǔn)的量測相機(jī)，以巖心為圓心，沿著圓 周方向變換拍攝的位置，分別獲取同一焦距、不同拍攝角度下的巖心圖像；第三步：采用密 集曲面建模技術(shù)對(duì)第二步獲取的圖像通過在巖心表面生成高密度的點(diǎn)云對(duì)所需重建的巖 心進(jìn)行掃描分析；第四步、利用噪點(diǎn)剔除的處理方法，排除第三步中獲取的高密度的點(diǎn)云中 無用點(diǎn)云的影響，獲取表征巖心三維形狀的特征點(diǎn)云，并進(jìn)行數(shù)字標(biāo)記；第五步、對(duì)第四步 獲取的特征點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格化處理，然后對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行填充，形成符合真實(shí)巖心形狀的三維數(shù) 字化重建模型。
[0016] 在本發(fā)明的第一步中，對(duì)巖心無需特殊處理，對(duì)巖心的形狀也沒有特定要求。
[0017] 在本發(fā)明的第二步中，拍攝點(diǎn)的位置均布在以巖心為圓心的圓周上，拍攝點(diǎn)與巖 心的距離小于等于5米，不同拍攝點(diǎn)的間隔角度小于等于10度，同時(shí)，拍攝時(shí)獲取的巖心圖 像占據(jù)畫面的一半以上；在不同拍攝位置獲取的巖心圖像信息應(yīng)該包括巖心表面的所有幾 何特征。
[0018] 量測相機(jī)的焦距在對(duì)巖心拍攝過程中保持不變。
[0019] 本發(fā)明還可在巖心周圍不同拍攝位置上設(shè)置多部同一型號(hào)的量測相機(jī)，采用相同 焦距，多點(diǎn)同時(shí)拍攝，獲取一組巖心圖像信息。
[0020] 本發(fā)明中采用的量測相機(jī)為經(jīng)過室內(nèi)校準(zhǔn)的專業(yè)量測相機(jī)與非專業(yè)量測相機(jī)。
[0021] 本發(fā)明可在短時(shí)間內(nèi)可完成大量原狀巖心的三維重建，通常10分鐘可以完成一 個(gè)巖心的三維重建。
[0022] 本發(fā)明對(duì)巖心的形狀沒有特定要求，巖心也無需進(jìn)行特殊處理，以保證巖心的原 狀三維特征?？蛇x取從巖心管取出后的新鮮巖心，避免放入巖心箱過程中產(chǎn)生的人為干擾。 作為優(yōu)選方案，依據(jù)取心鉆進(jìn)的目的，可對(duì)儲(chǔ)層位置的巖心進(jìn)行加密分析，通過減少現(xiàn)場分 析樣品，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層巖心的有效定量表征。
[0023] 采用的量測相機(jī)需經(jīng)過前期校準(zhǔn)，且校準(zhǔn)的焦距同拍攝的焦距應(yīng)保持一致。在拍 攝范圍內(nèi)無其它明顯物體進(jìn)入視野范圍內(nèi)，以保證巖心能夠最大范圍填充圖像的幅面。為 了提高圖像的質(zhì)量，可選擇三角支架與遙控設(shè)備對(duì)量測相機(jī)進(jìn)行固定和操控，避免手持抖 動(dòng)的影響。在同一拍攝位置進(jìn)行圖像采集時(shí)，量測相機(jī)的高度與俯仰角可根據(jù)操作者的習(xí) 慣進(jìn)行靈活調(diào)整。
[0024] 不同拍攝位置的數(shù)量越多，巖心的圖像信息越豐富，生成的點(diǎn)云越密集，重建的三 維模型體就更準(zhǔn)確。為了提高重建精度，相鄰拍攝位置的夾角可選擇在10°以內(nèi)，并按照閉 合"0"型軌跡進(jìn)行往復(fù)拍攝，即：以"0"型上任意一點(diǎn)作為起始點(diǎn)，分別向任意一側(cè)移動(dòng)，到 達(dá)該點(diǎn)后再向反方向移動(dòng)，最后返回至該點(diǎn)。
[0025] 巖心圖像通過高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行掃描分析，響應(yīng)時(shí)間同圖像數(shù)量及點(diǎn)云數(shù)量成反 t匕。高密度點(diǎn)云可通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)分配數(shù)字加以區(qū)分，以表征巖心不同位置的空間信息。高 密度點(diǎn)云可通過模型標(biāo)記與圖像顯示同時(shí)進(jìn)行直觀表征。對(duì)于多余的干擾點(diǎn)，可手動(dòng)進(jìn)行 剔除。
[0026] 巖心表面的網(wǎng)格化是采用計(jì)算機(jī)對(duì)有效高密度點(diǎn)云進(jìn)行構(gòu)架，網(wǎng)格形狀以四邊形 和三角形進(jìn)行呈現(xiàn)。點(diǎn)云越密集，單體網(wǎng)格面積越小，網(wǎng)格化程度越高，網(wǎng)格填充越圓滑；反 之，網(wǎng)格填充較為粗糙。
[0027] 重建后的巖心三維模型具有高度的數(shù)字化特征，便于后期的進(jìn)一步微觀研究，且 可生成多種形式三維數(shù)據(jù)，并可與數(shù)據(jù)分析軟件有效兼容，從而形成比較直觀的定量分析。 作為優(yōu)化技術(shù)方案，可對(duì)儲(chǔ)層位置的巖心進(jìn)行局部數(shù)據(jù)分析，以獲取目的層巖心的三維原 狀特征。
[0028] 本發(fā)明通過校準(zhǔn)后的量測相機(jī)多角度拍攝，從而獲取巖心外形的圖像信息，然后 根據(jù)密集曲面建模技術(shù)，借助高性能計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行掃描分析，進(jìn)而獲取巖心表面的高 密度點(diǎn)云。通過對(duì)點(diǎn)云的有效甄別，完成巖心表面的網(wǎng)格化及自動(dòng)填充，從而完成巖心的三 維重建，用以進(jìn)一步的微觀計(jì)算分析。本方法相對(duì)于傳統(tǒng)巖心表征方法，可以瞬時(shí)間獲取原 狀巖心大量的三維信息，且對(duì)巖心形狀無選擇性，無需特殊處理，很好地保持了巖心的原狀 性，成本低廉，操作便捷，自動(dòng)化程度高，可在取心現(xiàn)場展開實(shí)地定量分析，有效彌補(bǔ)了現(xiàn)有 方法的不足。本方法高效快速、成本低廉、精準(zhǔn)可靠。
[0029] 本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，在不違背本發(fā)明的前提下還可作出等同變形或 者替換，這些等同變形或者替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種巖心保形三維重建方法，其特征在于，它是通過校準(zhǔn)后的量測相機(jī)多角度拍攝， 從而獲取巖心外形的全息圖像信息，然后根據(jù)密集曲面建模技術(shù)，借助高性能計(jì)算機(jī)對(duì)圖 像進(jìn)行掃描分析，進(jìn)而獲取巖心表面的高密度點(diǎn)云，通過對(duì)點(diǎn)云的有效甄別，完成巖心表面 的網(wǎng)格化及自動(dòng)填充，從而完成巖心的三維重建，具體步驟如下： 第一步：選取所需重建的巖心體，放于水平位置； 第二步：采用經(jīng)過校準(zhǔn)的量測相機(jī)，以巖心為圓心，沿著圓周方向變換拍攝的位置，分 別獲取同一焦距、不同拍攝角度下的巖心圖像； 第三步：采用密集曲面建模技術(shù)對(duì)第二步獲取的圖像通過在巖心表面生成高密度的點(diǎn) 云對(duì)所需重建的巖心進(jìn)行掃描分析； 第四步、利用噪點(diǎn)剔除的處理方法，排除第三步中獲取的高密度的點(diǎn)云中無用點(diǎn)云的 影響，獲取表征巖心三維形狀的特征點(diǎn)云，并進(jìn)行數(shù)字標(biāo)記； 第五步、對(duì)第四步獲取的特征點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格化處理，然后對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行填充，形成符合真 實(shí)巖心形狀的三維數(shù)字化重建模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖心保形三維重建方法，其特征在于：所述的第一步中， 對(duì)巖心無需特殊處理，對(duì)巖心的形狀也沒有特定要求。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖心保形三維重建方法，其特征在于，所述的第二步中， 拍攝點(diǎn)的位置均布在以巖心為圓心的圓周上，拍攝點(diǎn)與巖心的距離小于等于5米，不同拍 攝點(diǎn)的間隔角度小于等于10度，同時(shí)，拍攝時(shí)獲取的巖心圖像占據(jù)畫面的一半以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖心保形三維重建方法，其特征在于，在不同拍攝位置 獲取的巖心圖像信息應(yīng)該包括巖心表面的所有幾何特征。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖心保形三維重建方法，其特征在于，所述的量測相機(jī) 的焦距在對(duì)巖心拍攝過程中保持不變。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖心保形三維重建方法，其特征在于，還可在巖心周圍 不同拍攝位置上設(shè)置多部同一型號(hào)的量測相機(jī)，采用相同焦距，多點(diǎn)同時(shí)拍攝。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖心保形三維重建方法，其特征在于，所述的量測相機(jī) 為經(jīng)過室內(nèi)校準(zhǔn)的專業(yè)量測相機(jī)與非專業(yè)量測相機(jī)。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104063899SQ201410327213
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】曹函, 孫平賀, 張紹和 申請(qǐng)人:中南大學(xué)