Способ визуализации и сравнения изображений или массивов данных физических величин

СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И СРАВНЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ИЛИ МАССИВОВ ДАННЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Ковачик Лучано, Де Томази Витторио (IT) Способ визуализации и сравнения двух изображений или массивов данных физических величин либо относящейся к ним информации, записанных с помощью соответствующего оборудования,включающий этапы определения того, какая из двух величин будет представлена изменением цвета, а какая - изменением яркости, определения системы цветового отображения на основе трех цветовых координат, в которой одна координата представляет яркость, а две другие координаты представляют соответствующие характеристики цвета, выполнения соответствующего преобразования значений отображаемых физических величин, так что значения этих величин, которые должны быть визуализированы, преобразуют из первоначальных координат в выбранные цветовые координаты, преобразования значений визуализируемых величин из системы выбранных координат в цветовые координаты, типичные для выбранной системы визуализации, и визуализации изображения/массива, содержащего комбинацию указанных двух величин. 014842 Данное изобретение относится к способу визуализации и сравнения изображений или массивов данных физических величин либо относящейся к ним информации, которые записаны при помощи соответствующего оборудования. Способ может применяться для отображения разного рода величин, в частности его можно успешно использовать для изучения движения текучих сред в углеводородном месторождении, используя технологию, называемую "4D", которая включает проведение и обработку двух или большего количества сейсмических съемок, записанных с разницей в несколько лет. Первую сейсмическую съемку называют "базовой", а последующие съемки называют "контрольными". Движение текучих сред в месторождении вызывает изменения его акустического импеданса; при благоприятных условиях изменение можно выявить путем сравнения акустических импедансов, полученных при разных сейсмических съемках. Таким образом, в принципе, можно оптимизировать освоение углеводородных месторождений, используя технологию 4D, путем обнаружения, например, невыработанных участков, непроницаемых преград и т.п. Однако технология 4D сложна в применении, поскольку ее эффективность ограничена рядом факторов: шумом, повторяемостью съемок, механическими характеристиками коллекторных пород и т.д. Более того, даже если условия выполнения 4D-съемок являются благоприятными, совокупная интерпретация 4D-параметров является сложной, поскольку по сравнению с обычной сейсмической трехмерной съемкой интерпретатор должен работать с большим объемом данных: помимо первичных съемок одновременно должны изучаться последующие контрольные съемки и/или их отличия от базовой съемки. В настоящее время визуализацию сейсмических данных выполняют двумя способами: "колебательным" представлением, при котором магнитуда сейсмического сигнала представлена в виде графика, и"растровым" представлением, при котором магнитуда сейсмического сигнала представлена градацией серого или другого цвета (R. Sheriff: Энциклопедический словарь прикладной геофизики, Общество геофизической разведки, ISBN 1-56080-118-2). Эти два способа представления можно комбинировать с целью одновременного отображения двух сейсмических сигналов либо сейсмического сигнала и связанной с ним величины (скорость, импеданс и т.д.). Как было упомянуто ранее, технология 4D требует одновременной визуализации акустических импедансов базовой и контрольной съемки, поскольку интерпретатор должен иметь возможность определить как первоначальные импедансы, так и их изменения во времени. До настоящего времени способ,используемый для визуализации 4D-данных, основывался на одновременном отображении данных импеданса; однако были отмечены трудности при интерпретации, поскольку рабочее угловое поле зрения человеческого глаза ограничено и не всегда легко выполнять сравнение двух расположенных рядом зашумленных изображений. Эти два набора данных могли бы быть визуализированы одновременно посредством комбинированного колебательно-растрового отображения, но опыты показали, что результирующее изображение является практически непригодным для использования. В целях облегчения интерпретации 4D-данных был найден новый способ с появлением инновационного оборудования визуализации. Действие прибора основано на оригинальной идее одновременной визуализации данных базовой съемки совместно с данными контрольной съемки, соединяя их в единое изображение. Таким образом,облегчается задача интерпретатора, поскольку уменьшается объем данных, которые должны быть визуализированы одновременно, а также потому, что одновременное наблюдение базовой и контрольной съемок позволяет быстро обнаруживать детали, которые было бы трудно выявить при изучении двух съемок по отдельности. Кроме того, после соответствующей адаптации эту же технологию можно применять не только в области 4D-сейсмологии, но и когда нужно изучить различие между сейсмическими съемками, чтобы оценить, например, различие между двумя сейсмическими разрезами выработок, между "ближними" и"дальними" трассами при AVO-анализе и т.п., или в более общем случае всякий раз, когда необходимо изучить различие между двумя типичными физическими или геофизическими величинами. Способ визуализации и сравнения, предназначенный для представления изображений 4Dакустического импеданса, должен удовлетворять нескольким основным требованиям: он должен давать графическое отображение, совместимое со стандартами, обычно используемыми для визуализации акустического импеданса: как правило, для выделения зон низкого импеданса используют один цвет (обычно красный), а для зон высокого импеданса - другой, контрастирующий цвет(обычно голубой); он должен обеспечивать визуализацию двух съемок в одном изображении, чтобы обеспечить возможность одновременного наблюдения первоначального импеданса и его изменения во времени. Изучение функционирования человеческого зрения позволило найти технологию визуализации, отвечающую вышеописанным требованиям. Аппарат зрительного восприятия человека фактически имеет,среди прочего, следующие особенности (W.K. Pratt: Digital Image Processing, J. Wileysons, New York-1 014842 1991, ISBN 0-471-85766-1; M. Delbruk: Mind from Matter An Essay on Evolutionary Epistemology, Blackwell Scientific Publications, Palo Alto, 1986): существует два типа фоторецепторов: колбочки (чувствительные к цветам) и палочки (чувствительные к яркости), имеется три разных типа колбочек с максимальной чувствительностью к разным цветам; реакция зрительной системы человека на изменения яркости такова, что, полагая яркость I=0 для черного цвета и яркость I=1 для белого, изменения яркости типа I/I=const воспринимаются равномерно,если яркость I находится в диапазоне примерно [0,25-0,75], а за пределами этого диапазона реакция системы становится строго нелинейной. Предложенный способ основан на принципе кодирования относительных изменений акустического импеданса в процентах в изменения яркости (при постоянных тоне и насыщенности цвета), а значений импеданса базовой съемки - в изменения тона и насыщенности цвета (при постоянной яркости). Это стало возможным благодаря использованию соответствующей системы цветовых координат,которые затем преобразуются в такие цветовые координаты (обычно цветовая модель RGB), которые используются в системах графической визуализации. Способ визуализации и сравнения изображений или массивов данных физических величин либо относящейся к ним информации, которые записаны при помощи соответствующего оборудования, являющийся предметом данного изобретения, включает этапы определения того, какая из двух величин будет представлена изменением цвета, а какая - изменением яркости; определения системы цветового отображения на основе трех цветовых координат, в которой одна координата представляет яркость, а две другие координаты представляют соответствующие характеристики цвета; выполнения соответствующего преобразования значений отображаемых физических величин, так что значения этих величин, которые должны быть визуализированы, преобразуют из первоначальных координат в выбранные цветовые координаты; преобразования значений визуализируемых величин из системы выбранных координат в цветовые координаты, типичные для выбранной системы визуализации; визуализации изображения/массива, содержащего комбинацию указанных двух величин. Как правило, преобразование включает линейные и нелинейные операции, также нацеленные на улучшение отображения величин (фильтрация, применение пороговых величин и т.д.), компенсацию собственных ограничений технологии, используемой для представления изображения, и компенсацию ограничений зрительного аппарата человека. Кроме того, способ кодификации позволяет применять обычно используемые операторы обработки изображений, такие как пороги ограничения, гамма-коррекцию, подавление шумов и т.п., по отдельности к двум составляющим изображения (разность и базовый импеданс). При этом можно по усмотрению выделять детали изучаемых сейсмических данных. Результаты, полученные путем применения на практике описанной в данном документе методики визуализации, показывают, что одновременное кодирование 4D-съемок в единое изображение позволяет пользователю легко выявлять интересующие области съемки, поскольку зоны с разными характеристиками отображаются разными градациями цвета: таким образом, очень просто отличить зоны, которые требуют глубокого анализа, от зон, связанных с ложными сигналами (вызванными шумами, литологическими эффектами и т.д.). Более того, объединение двух съемок в единое изображение позволяет поместить его в среду виртуальной реальности, тем самым облегчая толкование сейсмических данных. Данный способ визуализации и сравнения можно выгодно применять для одновременной визуализации других данных, представляющих интерес для сейсмической разведки, например амплитуды и фазы сейсмического сигнала; амплитуд "ближнего" и "дальнего" удаления при измерении амплитуды отражения в зависимости от удаления (AVO-съемка); сравнение двух сейсмических сигналов, обработанных разными способами. Можно утверждать, что в целом способ визуализации согласно изобретению можно использовать для визуализации и сравнения любой физической величины, в частности геофизической величины. Ожидаемые экономические преимущества от использования данной технологии главным образом связаны с уменьшением рабочего времени, необходимого для качественного анализа данных сейсмического мониторинга (TLS). В количественном выражении это может составлять уменьшение на 50% времени, необходимого для интерпретации TLS-данных и соответствующих вспомогательных данных (карт сейсмических характеристик). В дополнение к бесспорным экономическим преимуществам данная технология позволяет лучше интерпретировать TLS-данные: резонно предположить, что ее применение также и для других сейсмических данных (AVO-карты, амплитудно-фазовые характеристики и тому подобное) может обеспечить те же преимущества. Для лучшей иллюстрации данного изобретения приведен пример варианта выполнения, в котором-2 014842 для подробного описания технологии изложены дополнительные технические подробности. Пример. Преобразование двух трехмерных сейсмических изображений, образующих 4D-съемку в едином изображении, выполняют следующим образом. Предположим, что В=В(х, у, z) и М=М(х, у, z) являются акустическими импедансами базовой и контрольной трехмерных съемок, которые образуют 4D-съемку. Для воспроизведения цветов изображения выберем систему цветовых координат, которая позволяет выделить яркость из градации цвета, такую как, например, система, называемая YCBCR (ITU-601). Поскольку системы визуализации изображений (компьютерный монитор, принтеры и т.д.) обычно используют цветовые координаты RGB, преобразование позволяет связать друг с другом координаты YCBCR и с координатами RGB, обычно используемыми для визуализации в графическом периферийном устройстве. Преобразования, подобные (1), действительны и для других систем координат, таким образом, выбор системы YCBCR не является обязательным. Две трехмерные съемки, базовую и контрольную, комбинируют друг с другом для получения относительной разности[Dm DM] представляет собой диапазон всех значений D. Обычно диапазон изменения находится между -0,1 и 0,1. Величина D представляет относительное изменение импеданса между одной и другой 4Dсъемками: принимая во внимание ранее описанные особенности зрительной системы человека, очевидно,что, если D кодировано как яркость изображения, а диапазон [Dm DM] соответствует диапазону яркости, в котором реакция глаза равномерна, пользователь точно воспримет изменения 4D акустического импеданса. Принимая за ноль отсутствие яркости (черный цвет), а за 1 - максимальную яркость (белый цвет),оптимальную кодификацию получают, преобразуя диапазон [Dm DM] в диапазон [0,25 0,75]. Это легко получить, установив Для того чтобы преобразование лучше соответствовало возможным различиям зрительного аппарата пользователей, предельные значения возможно установить равными 0,25 и 0,75. Значения D и/или Y удобно обрабатывать путем введения, например, пороговых величин для минимальных и максимальных значений D либо применения оператора гамма-коррекции (Pratt, [2]) к установленным значениям Y, как, например с целью усиления/ослабления различных характеристик 4D-съемки. Более того, в случае необходимости можно применять (не)линейные фильтры для значений Y с целью ослабления шумов и т.п. Изображение, полученное на этот момент описания, содержит черно-белое отображение изменений акустического импеданса 4D-съемки. Теперь нужно наложить изображение базовой съемки, не изменяя его яркости. Использование цветовых координат YIQ позволяет легко сделать это: фактически достаточно закодировать информацию об импедансе базовой съемки в координатах CB, CR без изменения значения Y. Функцию, которая связывает B(x, y, z) со значениями CB и CR, нужно выбрать таким образом, чтобы она соответствовала обычному используемому стандарту отображения акустического импеданса. Это можно легко осуществить посредством пары функций типаCB = f(B),CR = g(B). В нашем случае мы выбрали (но, разумеется, возможны и другие решения):CB = (B - Bmin)/(Bmax - Bmin),CR = 1 - CB,где Bmin и Bmax представляют собой соответственно минимальное и максимальное значениеB(x, y, z). В данном случае также очевидно полезным будет применение операторов предварительной/последующей обработки изображения, как в предыдущем случае. На этом этапе получают изображение, кодированное в координатах YCBCR, которое при преобразовании в RGB можно визуализировать на обычном графическом периферийном устройстве (монитор,принтер и т.п.).-3 014842 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ одновременной визуализации и сравнения двух изображений или массивов данных физических величин либо относящейся к ним информации, записанных с помощью соответствующего оборудования, включающий этапы определения того, какая из двух величин будет представлена изменением цвета, а какая изменением яркости,определения системы цветового отображения на основе трех цветовых координат, в которой одна координата представляет яркость, а две другие координаты представляют соответствующие характеристики цвета,выполнения соответствующего преобразования значений отображаемых физических величин, так что значения этих величин, которые должны быть визуализированы, преобразуют из первоначальных координат в выбранные цветовые координаты,преобразования значений визуализируемых величин из системы выбранных координат в цветовые координаты, типичные для выбранной системы визуализации, и визуализации изображения/массива, содержащего комбинацию указанных двух величин. 2. Способ по п.1, в котором физические величины являются сейсмическими параметрами. 3. Способ по п.2, в котором сейсмические параметры представляют собой акустический импеданс,упругий импеданс, магнитуду, мгновенную частоту, фазу или скорость сейсмических волн.