CN103198465A - 一种ct扫描图像旋转误差校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种CT扫描图像旋转误差校正方法，包括以下步骤：选取不同驱替时刻位于相同扫描位置的两张CT扫描图像；选取合适的阈值，将图像进行二值化，选取图像中特定的岩石基质作为后续校正方法的参照物；将得到的二值图像由直角坐标图像转换为极坐标图像；统计极坐标图像中每个岩石基质所占像素的坐标，计算该岩石基质的质心坐标；对比不同驱替时刻极坐标图像中相同岩石基质质心的平移量，反求两张原始CT扫描图像的相对旋转角度；对原始CT扫描图像进行旋转操作。本发明通过将直角坐标图像转换为极坐标图像，将旋转问题转化为平移问题，降低了图像旋转校正的运算量和复杂度，提高了图像校正的精度。

Description

一种CT扫描图像旋转误差校正方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术，具体的说是一种油田开发领域中CT扫描微观驱替实验过程中不同驱替时刻图像旋转误差的校正方法。

背景技术

在CT扫描微观驱替实验过程中，不同驱替时刻对岩心模型进行扫描时，岩心模型在CT机旋转支架上摆放的角度可能会有所不同，这就导致了两个不同的驱替时刻扫描得到的图像会有一定角度的旋转，图1和图2分别为某次微观驱替实验中注水1倍孔隙体积及2倍孔隙体积结束时刻得到的1号扫描图像，可以看出，两张图像的基本特征大致相同但存在一定角度的旋转，这给CT扫描的后期分割处理造成了极大的困难，因此，反求图像的旋转角度进而对图像进行旋转校正是十分必要的。

目前用于旋转图像的校正方法中，都是在直角坐标系下，通过输入角度搜索范围并逐渐缩小角度间距来获取图像旋转角度的，该类方法计算量大而且计算精度有限，同时，由于CT扫描微观驱替实验过程中不同驱替时刻获取的两张扫描图像由于油水分布的差异并不完全相同，目前尚没有针对该类图像的旋转误差校正方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可以直接反求旋转角度、运行速度快、计算精度高的图像旋转误差校正方法。

本发明包括以下步骤：

（1）选取不同驱替时刻位于相同扫描位置的两张CT扫描图像；

（2）选取合适的阈值，将图像进行二值化，选取岩石基质作为后续校正方法的参照物；

（3）将得到的二值图像由直角坐标图像转换为极坐标图像；

（4）统计极坐标图像中每个岩石基质所占像素的坐标，计算该岩石基质的质心坐标；

（5）对比不同驱替时刻极坐标图像中相同岩石基质质心横坐标的平移量，反求两张原始CT扫描图像的相对旋转角度；

（6）根据前面反求的旋转角度，对原始CT扫描图像进行旋转操作。

所述图像二值化过程中选取的阈值包括t₁、t₂（t₁<t₂），图像中灰度值介于t₁和t₂之间的像素在二值图中赋值为1，其余像素赋值为0。

所述直角坐标图像到极坐标图像的坐标转换公式为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&theta;}=\arctan \left(\frac{y}{x}\right)\\ r=x^2+y^2\end{array}\right.$

其中，(x,y)为直角坐标系坐标，(θ,r)为极坐标系坐标，图像灰度值计算采用最邻近插值算法。

所述岩石基质的质心坐标计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&theta;}}_i/n\\ r^{\&prime;}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}_i/n\end{array}\right.$

其中，n为某一岩石基质区域内的像素点数目，θ_i、r_i为第i个像素点的横坐标和纵坐标。

所述不同驱替时刻极坐标图像中相同岩石基质质心横坐标的平移量计算公式为：

${\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_j=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}& {\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}\&GreaterEqual;0\\ {\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}+2\mathrm{\&pi;}& {\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}<0\end{array}\right.$

$\mathrm{\&Delta;\&theta;}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_j/m$

其中，m为极坐标图像中岩石基质的数目，θ_j1为第1张极坐标图像中第j个岩石基质的横坐标，θ_j2为第2张极坐标图像中第j个岩石基质的横坐标，Δθ_j为不同驱替时刻极坐标图像中第j个岩石基质的质心横坐标平移量，Δθ为不同驱替时刻两张极坐标图像的相对平移量，即不同驱替时刻两张CT扫描图像的相对旋转角度。

所述直角坐标系下图像的坐标轴旋转公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\&prime;}=x\cos \mathrm{\&alpha;}-y\sin \mathrm{\&alpha;}\\ y^{\&prime;}=x\sin \mathrm{\&alpha;}+y\cos \mathrm{\&alpha;}\end{array}\right.$

其中，(x′,y′)为(x,y)进行旋转变换的结果，图像灰度值计算采用双线性插值算法。

本发明具有以下有益效果及优点：

1．本发明充分利用不同驱替时刻扫描图像中岩石基质结构相同这一特性，选取岩石基质的质心为参考点进行旋转角度的校正，提高了结果的准确度。

2．本发明通过将直角坐标图像转换为极坐标图像，将CT扫描图像的旋转问题转化为平移问题，降低了图像旋转校正的运算量和复杂度。

附图说明

图1为驱替时刻1原始图像。

图2为驱替时刻2原始图像。

图3为图1二值化的结果图像。

图4为图2二值化的结果图像。

图5为图3转换后的极坐标图像。

图6为图4转换后的极坐标图像。

图7为图2旋转校正后的结果图像。

图8为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来详细描述本发明。

本发明进行旋转误差校正的步骤如下：

选取不同驱替时刻位于相同扫描位置的两张CT扫描图像；

选取合适的阈值，将图像进行二值化，选取图像中特定的岩石基质作为后续校正方法的参照物；

将得到的二值图像由直角坐标图像转换为极坐标图像；

统计极坐标图像中每个岩石基质所占像素的坐标，计算该岩石基质的质心坐标；

对比不同驱替时刻极坐标图像中相同岩石基质质心横坐标的平移量，反求两张原始CT扫描图像的相对旋转角度；

根据前面反求的旋转角度，对原始CT扫描图像进行旋转操作。

以下结合附图详细阐述各个步骤。

（1）选取不同驱替时刻位于相同扫描位置的两张CT扫描图像

如图1和图2所示，选取实验中注水1倍孔隙体积及2倍孔隙体积结束时刻得到的1号扫描图像，可以看出，两张图像的基本特征大致相同但存在一定角度的旋转。

（2）选取合适的阈值，将图像进行二值化，选取图像中特定的岩石基质作为后续校正方法的参照物

设定阈值为230及250，将图1和图2转换为二值图，灰度值介于230和250之间的区域在二值图中值为1，其余部分值为0，如图3和图4所示。

（3）将得到的二值图像由直角坐标图像转换为极坐标图像

将直角坐标图像到极坐标图像的坐标转换公式为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&theta;}=\arctan \left(\frac{y}{x}\right)\\ r=x^2+y^2\end{array}\right.$

其中，(x,y)为直角坐标系坐标，(θ,r)为极坐标系坐标，图像灰度值计算采用最邻近插值算法，得到的结果如图5和图6所示。

（4）统计极坐标图像中每个岩石基质所占像素的坐标，计算该岩石基质的质心坐标

岩石基质的质心坐标计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&theta;}}_i/n\\ r^{\&prime;}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}_i/n\end{array}\right.$

其中，n为某一岩石基质区域内的像素点数目，θ_i、r_i为第i个像素点的横坐标和纵坐标，图5和图6中分别求得了3个岩石基质的质心坐标。

（5）对比不同驱替时刻极坐标图像中相同岩石基质质心横坐标的平移量，反求两张原始CT扫描图像的相对旋转角度

不同驱替时刻极坐标图像中相同岩石基质质心横坐标的平移量计算公式为：

${\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_j=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}& {\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}\&GreaterEqual;0\\ {\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}+2\mathrm{\&pi;}& {\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}<0\end{array}\right.$

$\mathrm{\&Delta;\&theta;}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_j/m$

其中，m为极坐标图像中岩石基质的数目，θ_j1为第1张极坐标图像中第j个岩石基质的横坐标，θ_j2为第2张极坐标图像中第j个岩石基质的横坐标，Δθ_j为不同驱替时刻极坐标图像中第j个岩石基质的质心横坐标平移量，Δθ为不同驱替时刻两张极坐标图像的相对平移量，即不同驱替时刻两张CT扫描图像的相对旋转角度。利用以上公式求得图2相对于图1的旋转角度为-10.1°。

（6）根据前面反求的旋转角度，对原始CT扫描图像进行旋转操作

直角坐标系下图像的坐标轴旋转公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\&prime;}=x\cos \mathrm{\&alpha;}-y\sin \mathrm{\&alpha;}\\ y^{\&prime;}=x\sin \mathrm{\&alpha;}+y\cos \mathrm{\&alpha;}\end{array}\right.$

其中，(x′,y′)为(x,y)进行旋转变换的结果，图像灰度值计算采用双线性插值算法，将图2旋转10.1°，得到最终校正结果如图7所示。

Claims (2)

1.一种CT扫描图像旋转误差校正方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）选取不同驱替时刻位于相同扫描位置的两张CT扫描图像；

（2）选取阈值t₁、t₂，，将图像进行二值化，选取图像中灰度值介于t₁和t₂之间的像素在二值图中赋值为1，其余像素赋值为0，选取岩石基质作为后续校正方法的参照物；

（3）将得到的二值图像由直角坐标图像转换为极坐标图像，转换公式为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&theta;}=\arctan \left(\frac{y}{x}\right)\\ r=\sqrt{x^2+y^2}\end{array}\right.$

其中，(x,y)为直角坐标系坐标，(θ,r)为极坐标系坐标，图像灰度值计算采用最邻近插值算法；

（4）统计极坐标图像中每个岩石基质所占像素的坐标，计算该岩石基质的质心坐标，计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&theta;}}_i/n\\ r^{\&prime;}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}_i/n\end{array}\right.$

其中，n为某一岩石基质区域内的像素点数目，θ_i、r_i为第i个像素点的横坐标和纵坐标；

（5）对比不同驱替时刻极坐标图像中相同岩石基质质心横坐标的平移量，反求两张原始CT扫描图像的相对旋转角度，所述横坐标的平移量计算公式为：

${\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_j=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2},& {\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}\&GreaterEqual;0\\ {\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}+2\mathrm{\&pi;}& {\mathrm{\&theta;}}_{j1}-{\mathrm{\&theta;}}_{j2}<0\end{array}\right.,$

$\mathrm{\&Delta;\&theta;}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_j/m,$

其中，m为极坐标图像中岩石基质的数目，θ_j1为第1张极坐标图像中第j个岩石基质的横坐标，θ_j2为第2张极坐标图像中第j个岩石基质的横坐标，△θ_j为不同驱替时刻极坐标图像中第j个岩石基质的质心横坐标平移量，△θ为不同驱替时刻两张极坐标图像的相对平移量，即不同驱替时刻两张CT扫描图像的相对旋转角度；

（6）根据前面反求的旋转角度，对原始CT扫描图像进行旋转操作，旋转公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\&prime;}=x\cos \mathrm{\&alpha;}-y\sin \mathrm{\&alpha;}\\ y^{\&prime;}=x\sin \mathrm{\&alpha;}+y\cos \mathrm{\&alpha;}\end{array}\right.$

其中，(x′,y′)为(x,y)进行旋转变换的结果，图像灰度值计算采用双线性插值算法。

2.根据权利要求1所述的CT扫描图像旋转误差校正方法，其特征在于，所选取的阈值t₁<t₂。

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