一種基于灰度差分的稠油微觀界面檢測方法技術

本發明專利技術公開了一種稠油微觀界面檢測方法，針對放置有稠油的試管內各界面的光譜特征，采用基于灰度差分的界面檢測方法，獨立提取出稠油?空氣界面、稠油?水界面。方法在增強油水試管內各界面信息的基礎上，按圖像行號為索引一維信號化油水試管圖像，根據信號的差分極值確定界面位置，實現油?空氣、油?水界面提取。該方法能有效克服圖像噪聲的影響，且計算速度快，有效提高了油水界面檢測精度，對生產石油生產過程具有重要指導意義。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及石油開采
，尤其涉及一種恒溫槽試管內稠油水微觀界面的檢測方法。
技術介紹
目前，隨著石油儲量的減少，稠油資源的開采地位越來越重要。采出的稠油中含有水分，需要進行稠油破乳，檢測油水分離界面，以測量破乳劑破乳性能及稠油的含水率。傳統的油水界面位置由人工讀取，偏差很大。稠油粘結性強，難以長期實施接觸式檢測；圖像檢測采用非接觸式采集方式，界面自動獲取，結果可靠。將稠油放置在玻璃試管中，加入破乳劑，逐漸生成油水乳化層界面。由工業攝像機進行視頻采集，傳送至控制主機，自動提取界面生成過程。油水分離后，試管內從上至下依次形成空氣層、油層和水層。稠油粘度很大，嚴重粘結試管壁，稠油-空氣界面模糊不清；中間乳化層厚度不一，與水層、油層沒有明顯的分界面，稠油-水界面不規則，試管內多界面讀取難度較大?，F有技術方案中界面檢測方法，一種是基于微分算子的提取方法，如一階微分算子(Sobel、Robert、prewitt等)，二階微分算子(拉普拉斯方法)等。另一種是形態學檢測方法，如開運算、閉運算、腐蝕、膨脹等方法。再者，也有融合微分算子與形態學梯度的檢測方法。稠油粘結試管導致界面噪聲嚴重，采用微分算子處理稠油分離過程圖像時，油-空氣界面、油-水界面常常被噪聲信息掩蓋；采用形態學檢測方法時，由于水是透明的，玻璃試管也是透明的，試管與水的油水信息差異小，遠遠小于稠油與試管的差異，水層信息檢測不完全，導致部分界面丟失；而采用融合微分算子與形態學梯度的方法，能有效檢測試管內的油-水界面，但對于界面信息模糊的油-空氣界面，其檢測效果較差。同時，上述方法對光照敏感，算法魯棒性較差，難以準確提取試管中的多界面位置。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種恒溫槽試管內稠油微觀界面檢測方法，能夠有效提高油-水、油-空氣界面的檢測精度，對石油生產過程具有重要意義。一種基于灰度差分的稠油微觀界面檢測方法，所述方法包括：針對恒溫槽中油水試管圖像，分割得到油水試管，增強試管內油-水、油-空氣界面信息，采用灰度差分的方式實現圖像的一維信號化，最后根據一維信號的差分信息極值判定兩個界面位置，即稠油-水界面位置、稠油-空氣層界面位置；由上述本專利技術提供的技術方案可以看出，該方法根據攝像頭采集的包含試管區域的圖像中油與空氣、水的光譜特性，采用圖像增強、灰度差分等操作，有效提高油水界面檢測的精度，對生產石油過程具有指導意義。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。圖1為本專利技術實施例所提供的含油試管分割與增強方法流程示意圖；圖2為本專利技術實施例所提供的試管中油-水界面、油-空氣界面提取方法流程示意圖；具體實施方式下面結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術的保護范圍。本專利技術實施例依據恒溫槽中含油試管內各界面的光譜特征，采用相應的檢測方法，獨立提取出兩個界面：稠油-水界面與稠油-空氣層界面。下面將結合附圖對本專利技術實施例作進一步地詳細描述：采用閾值分割、邊緣增強以及圖像增強等方法實現油水試管圖像的分割與增強，如圖1所示為本專利技術實施例所提供的含油試管分割與增強方法流程示意圖，該方法具體包括：步驟11：采集所述恒溫槽試管區域圖像，統計所述圖像的灰度直方圖信息，并采用均值平滑方式，平滑直方圖為雙峰直方圖；在該步驟中，轉化所述圖像為灰度圖F，灰度范圍為[0,L-1]，其灰度直方圖為離散函數h(k)＝nk，其中k表示灰度值，nk是圖像中灰度為k的像素個數。圖像F的大小為M*N，M和N分別表示圖像的行和列的維數。歸一化直方圖，其直方圖由公式給出。采用均值平滑方式，平滑直方圖為雙峰直方圖，雙峰峰值所對應灰度值表示為T1、T2，峰谷所對應灰度值表示為T。平滑的一種方式可表示為：重復公式(2)，直到滿足T1<T<T2。步驟12：取雙峰直方圖中雙峰之間的局部最小值T為閾值，閾值分割恒溫槽油水試管灰度圖像F，得到油水試管的二值圖像Fb。閾值分割公式為：步驟13：求包含圖像Fb中試管輪廓的最小外接矩形，分割得到油水試管。在該步驟中，若最小外接矩形出現傾斜，則依據傾斜角度，仿射變換整個圖像，擺正試管。最小外接矩形豎邊所在列對應于油水試管邊界的位置。根據油水試管的邊界位置，從恒溫槽油水試管的灰度圖F中截取油水試管，記為G。步驟14：針對圖像G，采用直方圖均衡化方法增強油水界面信息。在該步驟中，計圖像G中各灰度值的像素個數，根據灰度值出現的頻率，繪制圖像G的灰度直方圖。圖像G中各灰度值記為k，其所對應的像素個數記為nk，灰度值k出現的頻率由下式給出：其中M與N分別表示圖像G行和列的維數。根據統計出的灰度直方圖，采用灰度累積分布函數，變換圖像G的原灰度值，記為Sk。變換公式為：將Sk歸一化到相近的灰度值，繪制均衡化后的直方圖。將每個像素歸一化后的灰度值賦給這個像素，畫出均衡化后的圖像H，該圖像即為增強后的油水試管圖像。采用基于灰度差分的方法實現油水試管內油-空氣界面與油-水界面的提取。增強油水試管圖像后，整個試管呈現三段式結構，從上至下分別為空氣層、油層、水層，各部分呈現較規律的聚集現象，各層灰度值接近，而交界處灰度值會急劇變化，界面兩側灰度值差異明顯。試管正立時，油-空氣界面與油水界面垂直于試管壁。利用油水試管圖像的分層特性，將求取二維試管圖像的多界面信息問題轉化為求取一維信號的差分問題。油水試管圖像中油-空氣界面、油-水界面在一維差分信號中表現為信號急劇變化位置，通過差分運算獲取信號劇烈變化的位置即可獲得界面的準確位置。如圖2所示為本專利技術實施例所提供的試管內油-水、油-空氣界面提取方法流程示意圖，該方法具體包括：步驟21：圖像一維信號化針對增強后的油水試管圖像H，以行號為索引，計算圖像H的行灰度均值s(y)。計算公式如下：步驟22：均值信號濾波采用一維雙邊濾波方法，平滑一維均值信號s(y)的噪聲，增強所求界面位置信號間差異；在該步驟中，一維雙邊濾波的輸出信號值依賴于鄰域信號值的加權組合，濾波后信號記為sbl(y)，計算公式如下：式中，Py表示以(y)為中心信號點的尺度為(2k+1)大小的鄰域，w(j)為加權系數。對鄰域內的每一個信號點sbl(j)，加權系數w(j)由兩部分因子的乘積組成，即空間鄰近度因子wd(j)與信號值相似度因子wr(j)：其中方差σd控制空間鄰域度權重，方差σr控制信號值相似度權重。因此，w(j)＝wd(j)wr(j)(10)步驟23：差分求行均值信號sbl(y)的一階差分d(y)，計算公式如下：步驟24：界面定位獲取差分值d(y)的兩個極值，并定位該極值對應行號，則該行號即為試管內油-空氣、油-空氣界面位置。在該步驟中，差分值d(y)的兩個極值，依次為極小值與極大值，其所對應的行號分別對應為油水試管圖像的油-空氣界面和油-水界面。具體而言，油-空氣界面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于灰度差分的稠油微觀界面檢測方法，其特征在于，所述方法包括：利用放置有稠油的試管中各物質(水、稠油及空氣)的光譜特性，在油水試管圖像邊界增強基礎上，圖像一維信號化，并獲取該一維信號的差分信息，根據差分信息的極值判定試管內稠油?空氣和稠油?水界面位置。

【技術特征摘要】
1.一種基于灰度差分的稠油微觀界面檢測方法，其特征在于，所述方法包括：利用放置有稠油的試管中各物質(水、稠油及空氣)的光譜特性，在油水試管圖像邊界增強基礎上，圖像一維信號化，并獲取該一維信號的差分信息，根據差分信息的極值判定試管內稠油-空氣和稠油-水界面位置。2.根據權利要求1所述稠油微觀界面的檢測方法，其特征在于，計算油水試管圖像的行灰度均值，實現油水試管圖像的一維信號化，具體包括：針對增強后的油水試管圖像，以圖像的行號為索引，計算圖像行像素的灰度均值，將油水試管圖像轉化為以行號為坐標...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張國英，周代宏，郭宇，張濟智，張蔚，孟航，
申請(專利權)人：中國礦業大學北京，
類型：發明
國別省市：北京;11