成像測(cè)井中超聲圖像退化原因研究和復(fù)原方法探究

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1、成像測(cè)井中超聲圖像退化原因研究和復(fù)原方法探究　　【摘要】通過(guò)對(duì)超聲成像測(cè)井中因井壁聲斑的非理想性所引造成圖像退化因素的詳細(xì)分析；并基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)井資料的比對(duì)深入研究換能器的傳輸特性并尋求最佳點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)；從而設(shè)計(jì)出退化圖像的最佳復(fù)原算法，為進(jìn)一步提高采樣圖像的清晰度與分辨率提供了有效方案?！娟P(guān)鍵詞】超聲成像退化圖像復(fù)原研究【中圖分類號(hào)】P631.84【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A1.引言超聲成像測(cè)井方法以其特有的全井眼覆蓋、圖像直觀、操作方便、適用范圍廣等諸多優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井中得到了廣泛應(yīng)用；其不僅可

2、在裸眼井中清晰反映出井眼的孔洞、層理、識(shí)別裂縫、幾何形狀等，還可在套管井中檢測(cè)套管損壞程度、射孔質(zhì)量及評(píng)價(jià)固井質(zhì)量等等。但同時(shí)也存在成像分辨率不足、受泥漿與井眼影響大等缺點(diǎn)[1]。5在實(shí)施成像測(cè)井過(guò)程中，由于各種退化因素的影響導(dǎo)致成像的分辨率下降，從而直接影響到工程人員對(duì)井壁特征的分析評(píng)價(jià)。因此，如何提高成像質(zhì)量就顯得十分迫切與重要；對(duì)于超聲成像測(cè)井系統(tǒng)而言，造成圖像退化的主要原因是來(lái)自于超聲波投射至井壁成像的非理想性；若采用信號(hào)處理方式來(lái)改善超聲成像的分辨率與質(zhì)量，就必須深入研究超聲換能器的傳

3、輸特性，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與測(cè)井資料中精確估計(jì)出換能器的最佳點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)[2]，并在此基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)退化圖像的最優(yōu)恢復(fù)算法，以進(jìn)一步提高采樣圖像的清晰度與分辨率。2.超聲圖像退化原因分析與復(fù)原算法研究2.1超聲成像測(cè)井中圖像退化的數(shù)學(xué)建模與退化原因分析該圖展現(xiàn)了超聲成像測(cè)井儀（UBI/USI/UCI）采用的幾種不同類型換能器的頻率大小與其在探測(cè)面上所形成聲斑面積大小。由圖可見(jiàn)：對(duì)于使用頻率為2M的高頻超聲聚焦換能器UCI而言，其聲斑直徑只有0.4cm；而對(duì)于0.265cm/點(diǎn)的掃描分辨率而言，該換能器的

4、點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)可視為沖激響應(yīng)，其對(duì)圖像的退化影響可忽略不計(jì)；而對(duì)于使用頻率為500K的聚焦換能器UBI而言，其聲斑直徑約為0.5cm，其對(duì)圖像的退化影響也可不予考慮；但對(duì)于使用頻率為500K左右的平面超聲換能器USI而言，其聲斑直徑達(dá)到了3cm，其對(duì)圖像的退化作用則表現(xiàn)的相當(dāng)明顯[6]。基于上述分析：當(dāng)聲斑直徑8倍于旋轉(zhuǎn)掃描分辨率時(shí)，采取進(jìn)一步提高掃描分辨率的方式對(duì)于改善圖像清晰度的意義不大。2.2換能器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)超聲圖像的退化影響分析5假設(shè)換能器所發(fā)出的超聲波束為理想沖擊響應(yīng)：如圖3（Ⅰ）所示：A

5、點(diǎn)的回波聲幅僅為在該段（S1弧線標(biāo)注）旋轉(zhuǎn)掃描期間井壁各點(diǎn)的回波聲幅對(duì)時(shí)間的積分；B點(diǎn)對(duì)應(yīng)弧段的井壁信息對(duì)A點(diǎn)回波聲幅無(wú)影響[7]；若超聲波束為一具有一定直徑的聲斑：如圖3（II）所示；則A點(diǎn)的回波聲幅為S2弧線標(biāo)注弧段井壁各點(diǎn)回波聲幅對(duì)時(shí)間的積分，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)弧段的井壁信息則對(duì)A點(diǎn)的回波聲幅則產(chǎn)生了平滑作用。在上述井徑直徑、每圈掃描點(diǎn)數(shù)與旋轉(zhuǎn)掃描速度一定的情況下；每點(diǎn)的寬度約為0.265cm，每點(diǎn)的掃描時(shí)間約為0.39ms；對(duì)于聲斑直徑為0.4cm的超聲波束而言，旋轉(zhuǎn)掃描所帶來(lái)的相鄰井壁超聲回波的

6、平滑干擾是客觀存在的；考慮到波束能量主要集中于聲斑中心區(qū)域可不予考慮。但當(dāng)聲斑直徑過(guò)大時(shí)，相鄰區(qū)域的井壁信息對(duì)圖像的平滑作用就比較突出?；谏鲜龇治觯瑩Q能器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像退化的影響歸結(jié)于在水平方向上擴(kuò)展了點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)：即擴(kuò)大了水平方向的聲斑寬度約一個(gè)掃描間隔；因此，對(duì)于平面超聲換能器而言，由于聲斑直徑約3cm左右，遠(yuǎn)大于掃描點(diǎn)寬度0.265cm，故造成圖像退化的主要原因是換能器點(diǎn)擴(kuò)展5函數(shù)的擴(kuò)展效應(yīng)導(dǎo)致井壁上所形成的聲斑面積過(guò)大[8]；而旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等所造成圖像退化的因素影響較之要小。因此，在實(shí)際成像

7、復(fù)原處理中，應(yīng)著重解決換能器點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的退化復(fù)原問(wèn)題。2.3超聲成像測(cè)井中退化圖像復(fù)原的難點(diǎn)分析綜上所述，針對(duì)超聲成像測(cè)井中的退化圖像復(fù)原操作：若能較好地估計(jì)出換能器的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，即使通過(guò)經(jīng)典圖像復(fù)原算法也能夠使得退化圖像得到進(jìn)一步改善；而對(duì)于超聲換能器而言，可通過(guò)在一個(gè)具有點(diǎn)、線特征的模型井中進(jìn)行刻度并通過(guò)信號(hào)處理方式獲取其點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，基于該函數(shù)對(duì)獲取的成像測(cè)井資料進(jìn)行圖像復(fù)原處理亦可達(dá)到較好的效果。3.結(jié)語(yǔ)實(shí)現(xiàn)超聲成像測(cè)井的定量化分析，超聲換能器傳輸特性隨井下環(huán)境變化的校正、設(shè)計(jì)性能更佳的換

8、能器、改進(jìn)儀器發(fā)射接收方式；點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)對(duì)成像分辨率的影響校正等正是亟待深入研究的課題；隨著技術(shù)的進(jìn)步超聲成像測(cè)井資料將會(huì)發(fā)揮更大的作用。參考文獻(xiàn)[1]李長(zhǎng)文強(qiáng)毓明提高超聲成像測(cè)井圖像質(zhì)量的途徑石油儀器2009-0551-54[2]余春昊強(qiáng)毓明基于灰度分布特征的超聲掃描圖像恢復(fù)技術(shù)江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)2003-0652-56[3]余厚全涂繼輝超聲成像測(cè)井井徑的橢圓擬合及偏心時(shí)間圖像的校正測(cè)井技術(shù)2011-10418-4225[4]強(qiáng)毓明李長(zhǎng)文高分辨率超聲成像測(cè)井方法研究測(cè)井技術(shù)2010-0458-59