[发明专利]基于超维的非均质岩心三维重建方法

说明书

本发明涉及一种基于超维的非均质岩心三维重建方法。该方法基于多孔介质二维图像的三维建模问题，利用超维采用真实岩心建立字典的优势，通过先验信息重建非均质岩心。具体提出引入基于概率的图像块选择机制，建立超维重建字典中二维图像块及对应真实岩心中三维图像块0元素个数的对应关系，以概率选择的方法对字典中的元素进行选择，以保持非均质信息。同时通过引入随机重建起点的机制，消除原始超维重建算法建立非均质岩心时非均质簇向均质簇扩散的现象。在此基础上，我们给出了非均质重建算法。重建的三维非均质岩心结构可以很好地保持二维参考图像的非均质特性，为真实岩心微观结构提供了一个很好解释。

技术领域

本发明涉及一种基于二维图像的三维建模方法，尤其涉及一种基于超维的非均质岩心三维重建方法，属于三维图像重建技术领域。

背景技术

传统地，我们通过物性实验研究多孔介质的物理特性，但其方法过于复杂。近来，数字化三维多孔介质结构已成为人们研究多孔介质物理特性的重要手段，人们多通过获得单张二维图像来重建它的三维结构。目前，人们提出了很多方法来重建三维多孔介质，包括多点地质统计算法，模拟退火算法，高斯随机场重建算法等等。这些重建方法多针对均匀介质，多孔介质的非均质重建鲜有报道。

多孔介质的非均质重建是一个重要的问题。以数字岩心为例，从真实数字岩心CT序列图像中可以看出，其中很大一类具有非均质特性。非均质岩心的重建对于该类岩心的渗流分析、特性研究具有重要意义。岩心储层非均质性指储层的各种性质随其空间位置而变化的属性。主要表现在岩石物质组成的非均质和孔隙空间的非均质。这里着重讨论孔隙空间的非均质。孔隙空间的非均质性又包括岩心空隙大小、形状、分布等的不均一性，传统的非均质重建多指孔隙大小具有非均质性的岩心的重建，但空隙大小、形状、分布都同时表现的极度不均一的非均质岩心重建还很少研究，但这类岩心在自然界中很常见。

之前的重建算法从单张二维图像进行三维重建是基于这样的假设：通过获得二维图像的X和Y方向上的结构信息，三维结构的所有三个方向(X，Y和Z)上的信息可以推断出来。因此可以利用与从二维参考图像获得的信息来重建其三维结构。然而，在实际非均质岩心的二维图像中，X和Y方向的结构信息不同。这种非平稳性特征的异质性使得难以从单个2D图像推导Z方向上的3D结构的结构信息。

本发明采用超维重建方法解决非均质问题。超维重建是一种新的数字岩心三维重建方法。所述超维的基本思想为，通过将基于学习的超分辨率重建中有关映射关系、先验模型、训练字典等概念引入数字岩心三维重建领域，建立二维图像块到真实多孔介质三维结构的字典，有效的引入真实多孔介质的信息，利用这些信息达到指导单张二维图像重建其三维结构的目的。超分辨率重建对应着分辨率的提升，超维重建对应着维度的提升。

超维重建的提出最初也是为了解决非均质重建问题。由于超维概念能有效的引入真实岩心的信息，在真实数字岩心中，二维图像中孔隙相较多的小块其所在真实岩心三维小块也相应具有较多的孔隙相，他为非均质的重建创造了条件。但原始超维重建方法只能用于均匀介质的重建，它对于非均匀介质重建结果是一种随机的非均质。在本发明中，我们在采用超维概念的基础上，通过在重建过程中引入基于概率的图像块选择机制和随机重建起点的机制，并在此基础上提出相应的非均质岩心重建方法去解决非均质重建问题。该研究项目受国家自然科学基金项目《岩石微观非均质结构三维图像重建及分辨率提升技术研究》(61372174)资助。

发明内容

本发明的目的在于为了解决上述现有技术中所存在的技术问题，而提供一种基于超维的非均质岩心三维重建方法。该方法是基于岩心二维图像的三维建模问题，在已提出的超维重建概念基础上，通过引入基于概率的图像块选择机制，建立超维重建字典中二维图像块及对应真实岩心中三维图像块0元素个数的对应关系，以概率选择的方法对字典中的元素进行选择，以保持非均质信息。同时通过引入随机重建起点的机制，消除原始超维重建算法建立非均质岩心时非均质簇向均质簇扩散的现象。在此基础上，给出相应的非均质重建算法。

本发明是通过以下技术方案来实现上述发明目的的。