本發(fā)明涉及超聲波成像領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種基于圖像處理的超聲波成像方法。

背景技術(shù)：

1、超聲波成像技術(shù)，也稱為聲波地球物理勘探技術(shù)，是一種先進(jìn)的地下探測方法，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、石油和天然氣行業(yè)。這項(xiàng)技術(shù)利用聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度差異，通過發(fā)射特定頻率的超聲波波束進(jìn)入地下，這些聲波在遇到不同密度和彈性的巖層時會產(chǎn)生反射、折射或散射。超聲波成像技術(shù)具有高分辨率、操作簡便、成本效益高和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代地質(zhì)勘探不可或缺的工具。此外，隨著計算技術(shù)和信號處理算法的不斷進(jìn)步，超聲波成像的精度和效率得到了顯著提升，使得勘探人員能夠更快速、更準(zhǔn)確地評估地下資源的潛力。

2、現(xiàn)有公開號為cn107126260a的中國專利申請文件公開了一種超聲波成像方法、系統(tǒng)及超聲成像設(shè)備，該方法通過發(fā)射不同角度的超聲信號，根據(jù)不同回波信號得到相應(yīng)的圖像，根據(jù)不同圖像之間的差分或偏轉(zhuǎn)進(jìn)行計算，從而確定最終的超聲圖像。

3、但是，上述方法僅涉及了對不同角度的圖像進(jìn)行計算融合，并沒有考慮到采集到的回波信號的質(zhì)量問題，因?yàn)閷Σ煌橘|(zhì)發(fā)射超聲波時，會由于物理屬性對回波信號的強(qiáng)度造成影響，從而導(dǎo)致超聲波成像結(jié)果不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決超聲波成像結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，本發(fā)明提出一種基于圖像處理的超聲波成像方法。

2、本發(fā)明公開一種基于圖像處理的超聲波成像方法，包括：預(yù)設(shè)超聲波發(fā)射的頻率范圍，將頻率范圍中任意一個頻率作為目標(biāo)頻率；獲取目標(biāo)頻率的回波，根據(jù)回波計算目標(biāo)頻率的聲阻抗，計算每層地層的地層差異性，遍歷預(yù)設(shè)地層總數(shù)，構(gòu)建目標(biāo)頻率的地層差異性序列，并計算地層差異性序列的均值；將頻率范圍中擁有均值最大值的頻率作為最優(yōu)頻率，并根據(jù)最優(yōu)頻率的地層差異性序列中的極值點(diǎn)將當(dāng)前位置的地層分為巖石區(qū)域和油氣區(qū)域；遍歷獲得探測區(qū)域內(nèi)每個位置的回波，基于伽馬矯正將探測區(qū)域的回波轉(zhuǎn)換為灰度圖，將灰度圖中屬于巖石區(qū)域的像素點(diǎn)灰度值均值與屬于油氣區(qū)域的像素點(diǎn)灰度值均值的差值絕對值作為區(qū)分度；迭代更新伽馬矯正中的調(diào)節(jié)參數(shù)，當(dāng)區(qū)分度最大時，獲得最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)，完成超聲波成像。

3、通過選擇最優(yōu)頻率并計算地層差異性，可以準(zhǔn)確地劃分出不同地層的位置和性質(zhì)，提高了地質(zhì)勘探的精度和可靠性。其次，基于伽馬矯正的灰度圖像處理技術(shù)，有效地將回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視化的圖像，進(jìn)一步直觀展示出巖石和油氣區(qū)域的分布情況。通過迭代更新伽馬矯正參數(shù)，優(yōu)化了成像質(zhì)量，最大化了巖石區(qū)域與油氣區(qū)域的灰度值差異，從而提升了成像的清晰度和解析度。

4、優(yōu)選的，所述頻率范圍包括：獲得超聲波在任意頻率發(fā)射時的回波時間間隔，計算超聲波在任意頻率發(fā)射時回波的衰減程度；將衰減程度與歸一化后的回波時間間隔求和的結(jié)果作為超聲波在任意頻率發(fā)射時的回波強(qiáng)度；將回波強(qiáng)度大于預(yù)設(shè)強(qiáng)度閾值的頻率作為頻率范圍。

5、將衰減程度與歸一化時間間隔相結(jié)合，以此識別出回波強(qiáng)度超過預(yù)設(shè)閾值的頻率，從而智能篩選出有效的頻率范圍。不僅提高了超聲波檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性，還增強(qiáng)了對地層特性的識別能力。

6、優(yōu)選的，所述衰減程度滿足關(guān)系式：

7、，其中，表示超聲波在頻率發(fā)射時回波的衰減程度，表示衰減系數(shù)，表示超聲波在頻率發(fā)射時的回波時間間隔，表示超聲波在頻率發(fā)射時在介質(zhì)中的傳播速度，表示歸一化函數(shù),表示指數(shù)函數(shù)。

8、通過指數(shù)衰減的方式描述了超聲波在介質(zhì)中隨時間和傳播距離增加而衰減的特性，有助于更準(zhǔn)確地評估和預(yù)測超聲波在不同頻率下的傳播和衰減行為，幫助地質(zhì)勘探人員更好地理解地下結(jié)構(gòu)，提高勘探效率和資源開發(fā)成功率。

9、優(yōu)選的，所述地層差異性滿足關(guān)系式：

10、，其中，表示第層地層的地層差異性，表示第層地層的聲阻抗，表示第層地層的聲阻抗。

11、優(yōu)選的，所述地層差異性還滿足關(guān)系式：

12、，其中，表示第層地層的地層差異性，表示第層地層的聲阻抗，表示第層地層的聲阻抗，表示最大值。

13、優(yōu)選的，獲取所述灰度圖包括：對探測區(qū)域構(gòu)建坐標(biāo)系，將超聲波設(shè)置為最優(yōu)頻率，獲取探測區(qū)域中每個位置的回波；通過伽馬矯正將每個位置的回波轉(zhuǎn)換為像素值，滿足關(guān)系式：

14、，其中，表示坐標(biāo)為的像素點(diǎn)的像素值，表示坐標(biāo)為的像素點(diǎn)的回波，表示調(diào)節(jié)參數(shù)。

15、遍歷探測區(qū)域中每個位置的像素點(diǎn)，獲得灰度圖。

16、利用伽馬矯正技術(shù)將回波信號轉(zhuǎn)換為像素值，其中調(diào)節(jié)參數(shù)用于增強(qiáng)或調(diào)整像素的對比度。通過遍歷每個像素點(diǎn)，形成灰度圖，灰度圖能夠更清晰地展示探測區(qū)域內(nèi)不同介質(zhì)的聲學(xué)特性差異。這種方法不僅提高了圖像的可視化質(zhì)量，還增強(qiáng)了地層介質(zhì)識別的準(zhǔn)確性。

17、優(yōu)選的，獲取所述最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)包括：將探測區(qū)域中任意一個像素點(diǎn)作為目標(biāo)像素點(diǎn)，預(yù)設(shè)初始調(diào)節(jié)參數(shù)，獲得初始灰度圖，計算初始區(qū)分度；選擇一個大于初始調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)節(jié)參數(shù)作為迭代參數(shù)，計算迭代區(qū)分度；響應(yīng)于初始區(qū)分度大于迭代區(qū)分度，選擇小于初始調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)節(jié)參數(shù)作為迭代參數(shù)；響應(yīng)于初始區(qū)分度小于迭代區(qū)分度，繼續(xù)選擇大于迭代參數(shù)的調(diào)節(jié)參數(shù)；當(dāng)區(qū)分度最大時，獲得最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)。

18、通過調(diào)節(jié)參數(shù)優(yōu)化像素點(diǎn)的灰度圖像，以提高目標(biāo)像素點(diǎn)的區(qū)分度。通過迭代比較不同調(diào)節(jié)參數(shù)下的區(qū)分度，最終確定最優(yōu)參數(shù)，能夠有效地增強(qiáng)目標(biāo)在圖像中的清晰度和辨識度。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、1、通過確定的頻率范圍，對每個頻率下的回波信號進(jìn)行分析，構(gòu)建探測區(qū)域內(nèi)的地層差異性序列，地層差異性序列揭示了巖石和油氣區(qū)域的分布特征。利用伽馬矯正技術(shù)，結(jié)合最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)，將復(fù)雜的回波信號轉(zhuǎn)化為直觀的像素值，生成的超聲波圖像在清晰度和對比度上都達(dá)到了新的高度，極大地促進(jìn)了對地下資源的精確識別和評估。

21、2、優(yōu)化了勘探策略，使得勘探活動更加有的放矢，并且通過減少不確定性和避免無效鉆探，顯著降低了資源開發(fā)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境風(fēng)險。

22、3、通過更精確的資源定位和評估，提高了資源開發(fā)的效率和經(jīng)濟(jì)回報，同時確保了資源開發(fā)的可持續(xù)性，為實(shí)現(xiàn)長期環(huán)境保護(hù)目標(biāo)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

技術(shù)特征：

1.一種基于圖像處理的超聲波成像方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理的超聲波成像方法，其特征在于，所述頻率范圍包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于圖像處理的超聲波成像方法，其特征在于，所述衰減程度滿足關(guān)系式：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理的超聲波成像方法，其特征在于，所述地層差異性滿足關(guān)系式：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理的超聲波成像方法，其特征在于，所述地層差異性還滿足關(guān)系式：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理的超聲波成像方法，其特征在于，獲取所述灰度圖包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理的超聲波成像方法，其特征在于，獲取所述最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及超聲波成像領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種基于圖像處理的超聲波成像方法。所述方法包括：預(yù)設(shè)超聲波發(fā)射的頻率范圍；獲取目標(biāo)頻率的回波，根據(jù)回波計算目標(biāo)頻率的聲阻抗，計算每層地層的地層差異性；根據(jù)最優(yōu)頻率的地層差異性序列中的極值點(diǎn)將當(dāng)前位置的地層分為巖石區(qū)域和油氣區(qū)域；基于伽馬矯正將探測區(qū)域的回波轉(zhuǎn)換為灰度圖，計算灰度圖的區(qū)分度；迭代更新伽馬矯正中的調(diào)節(jié)參數(shù)，當(dāng)區(qū)分度最大時，獲得最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)，完成超聲波成像。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠增加超聲波成像的準(zhǔn)確性，優(yōu)化勘探策略，降低開發(fā)風(fēng)險。

技術(shù)研發(fā)人員：李康,姚秋華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安摩科興業(yè)石油工程技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9