[发明专利]一种全景遥视成像和钻孔轨迹测量的同时实现方法

摘要

本发明提供了一种全景遥视成像和钻孔轨迹测量的同时实现方法，本发明在对钻孔进行实际探测时可以对钻孔位置参数中的高程和水平坐标进行测量，包括孔径、孔深等信息，特别是在探测实际钻孔中出现的某些不符合预定钻井轨迹的部位，比如说钻孔的变径部位以及钻孔方向偏差等部位进行测量和记录，从而对钻孔各个部位的孔壁全景图片辅以正确的空间坐标信息，有利于提高图片拼接质量和数据的可靠度；并获得全部勘探点详细的三维位置坐标和准确的探头运动轨迹图，帮助工作人员确定图像兴趣点的详细位置，为分析钻孔内的各种结构构造和矿藏分布提供详细依据。

主权项

一种全景遥视成像和钻孔轨迹测量的同时实现方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对探头采集到图像进行实时的透视矫正计算，实时生成全景图像；步骤2，将经过步骤1处理的全景图像进行展开；步骤3，对通过步骤2获得的连续两帧图像进行拼接处理；步骤4，对拼接成的钻孔平面展开图进行图像修正；步骤5，在步骤1进行的同时，从传感器获得深度信息和方位信息；步骤6，利用步骤5得到的深度信息和方位信息建立钻孔轨迹上某测点邻近的曲线结构模型：将井深作为自变量，将方位坐标作为随井深变化的因变量建立钻孔轨迹上某测点邻近的曲线结构模型，其向量形式为：r(D)＝Ni+Ej+Hk      (1)式中，D为井深；N为北坐标；E为东坐标；H为垂深；i为N轴上的单位坐标向量；J为E轴上的单位坐标向量；k为H轴上的单位坐标向量；假设钻孔轨迹是一条连续光滑的空间曲线，应用三次样条插值函数计算出各测点处的井斜变化率及其倒数、方位变化率及其导数，进而计算出各测点处钻孔曲率K和钻孔挠率τ；在钻孔轨迹r＝r(D)上取一点P，记为r(D_p)，在其附近再取一点Q，记为r(D_p+ΔD)，对钻孔轨迹函数在P点进行泰勒展开，变换后得到下列表达：$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}r=r(D_p+\mathrm{\Δ}D)-r\left(D_p\right)\\ =(\mathrm{\Δ}D-\frac{1}{6}\×{k_p}^2\×{\mathrm{\ΔD}}^3)\×t_p+(\frac{1}{2}\×k_p\×{\mathrm{\ΔD}}^2+\frac{1}{6}\×k_p\×{\mathrm{\ΔD}}^3)\×n_p\\ +\frac{1}{6}\×k_p\×{\mathrm{\τ}}_p\×{\mathrm{\ΔD}}^3\\ \×b_p\end{array}---\left(2\right)$其中，Δr为Q点相对于P点的钻孔轨迹增量，ΔD为井深的增量，k_p为P点处钻孔曲率，τ_p为P点处钻孔挠率；t_p、n_p、b_p分别是P点处切线向量、主法线向量、副法线向量。分别沿P点处切线向量t_p，主法线向量n_p，副法线向量b_p方向建立新三维坐标系(ξ–η–ζ)，P为坐标原点，则根据式(2)所指向邻近点Q在P–(ξ,η,ζ)坐标系下的坐标可表示为$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ξ}}_Q=\frac{1}{2}\×k_p\×{\mathrm{\ΔD}}^2+\frac{1}{6}\×k_p\×{\mathrm{\ΔD}}^3\\ {\mathrm{\η}}_Q=\frac{1}{6}\×k_p\×{\mathrm{\τ}}_p\×{\mathrm{\ΔD}}^3\\ {\mathrm{\ζ}}_Q=\mathrm{\Δ}D-\frac{1}{6}\×{k_p}^2\×{\mathrm{\ΔD}}^3\end{array}\right.---\left(3\right)$其中ξ_Q、η_Q、ζ_Q是Q点在坐标系(ξ,η,ζ)下的坐标；步骤7，对步骤6建立的钻孔轨迹上测点P邻近的曲线结构模型进行矢量分析，计算钻孔轨迹上测点P附近的另一测点Q对测点P的坐标增量，从而获取另一测点Q的坐标信息；在钻孔轨迹计算时，需要得到在整体坐标系O‑NEH下的坐标增量，其中，O为坐标原点，N为北坐标，E为东坐标，H为垂深，可对式(3)进行坐标转换，将构造坐标转换成矩阵T；$T=\left[\begin{array}{ccc}{n}_N& b_N& t_N\\ n_E& b_E& t_E\\ n_H& b_H& t_H\end{array}\right],---\left(4\right)$其中n_N、b_N、t_N是P点处切线向量t_p，主法线向量n_p，副法线向量b_p在N轴即南北方向上的投影；n_E、b_E、t_E是P点处切线向量t_p，主法线向量n_p，副法线向量b_p在E轴即东西方向上的投影；n_H、b_H、t_H是P点处切线向量t_p，主法线向量n_p，副法线向量b_p在H轴即垂深方向上的投影；整体坐标系O‑NEH下的坐标增量[ΔN ΔE ΔH]^T＝T·[ξ η ζ]^T.       (5)其中ΔN、ΔE、ΔH是测点Q相对于测点P的在N轴即南北方向上、E轴即东西方向上、H轴即垂深方向上的增量，[ξ η ζ]是分别沿P点处切线向量t_p，主法线向量n_p，副法线向量b_p方向建立新三维坐标系；重复步骤6和步骤7即可获得全部测点在南北(N)、东西(E)、垂深(H)三个方向上的坐标信息，即建立了钻孔三维轨迹函数模型；步骤8，计算全景图片数据与轨迹数据的变换误差矩阵M；步骤9，若步骤8的变换误差矩阵M的特征值大于误差允许特征值，对当前点的构造坐标矩阵T进行迭代平差，直至特征值小于其允许特征值；并用平差后的矩阵T'替换步骤7获得的矩阵T，从而对钻孔轨迹函数模型进行修正。