岩芯图像色彩校正与剖面构建方法及系统与流程

本发明涉及岩芯图像色彩校正与剖面构建方法及系统，属于图像处理。

背景技术：

1、岩芯图像色彩校正与剖面构建是指利用先进的计算机视觉与图像处理技术，对采集的岩芯序列图像进行光照消除、色彩还原及畸变校正，并将其精准拼接与融合，从而生成高保真、连续且可视化的二维或三维数字岩芯剖面的过程；该方法不仅能够克服野外拍摄环境及岩芯表面物理特性导致的色彩失真与几何错位，实现岩芯地质信息的永久数字化存储与无损共享，更能通过标准化的数字剖面辅助地质专家精准识别岩性层理、构造裂隙及矿物成分，从而显著提升油气勘探、矿产资源开发及地质科学研究的效率与准确性。

2、传统岩芯图像色彩校正与剖面构建通常采用人工拍摄或单一光源线阵扫描，通过直方图均衡化的色卡匹配进行色彩校正，并利用sift、surf等基于纹理特征的算法进行图像拼接，这种方式易受岩芯表面非朗伯体反射、光照不均及阴影干扰，导致色彩校正后仍存在“假色”现象，且在面对均质砂岩等纹理单一区域时，传统特征匹配算法常因缺乏足够特征点而失效，造成拼接错位或地层断裂，从而导致对岩芯数字剖面的色彩校正与剖面精准度不佳。

技术实现思路

1、本发明提供岩芯图像色彩校正与剖面构建方法及系统，其主要目的在于提高对岩芯图像色彩校正与剖面的精准度。

2、为实现上述目的，本发明提供的岩芯图像色彩校正与剖面构建方法，包括：

3、获取岩芯同一剖面在多种不同可控光照下的可见光序列图像，提取所述可见光序列图像剥离了光照几何阴影与高光的本征反射率特征图；

4、利用所述可见光序列图像的纹理分布情况，结合所述本征反射率特征图，提取所述岩芯的反射率-几何一致性特征点，以构建所述岩芯的鲁棒特征点集；

5、构建所述可见光序列图像的联合能量函数，结合所述本征反射率特征图和所述鲁棒特征点集，同步求解所述可见光序列图像的色彩校正参数矩阵与几何配准变换矩阵，以生成色彩与几何双重归一化的中间图像序列；

6、在所述中间图像序列的重叠区域内，依据所述本征反射率特征图计算自适应缝合线；

7、利用所述自适应缝合线对中间图像序列分解后的高频分量和低频分量进行反射率置信度加权融合，重构所述岩芯的岩芯数字剖面图像。

8、可选地，提取所述可见光序列图像剥离了光照几何阴影与高光的本征反射率特征图，包括：

9、对所述可见光序列图像中的各帧图像进行亚像素级配准，得到配准可见光序列图像；

10、计算所述配准可见光序列图像岩芯表面各像素点的初始法线向量和初始反射率；

11、利用所述初始反射率与所述配准可见光序列图像各帧图像灰度值的一致性偏差，计算所述岩芯表面各像素点在不同光照条件下的重投影误差，根据所述重投影误差，确定所述配准可见光序列图像岩芯表面各像素点的自适应权重；

12、结合所述自适应权重，构建加权优化目标函数，对所述初始法线向量和初始反射率进行迭代修正，直至收敛，从而输出最终剥离了光照几何阴影与高光的所述本征反射率特征图。

13、可选地，根据所述重投影误差，确定所述配准可见光序列图像岩芯表面各像素点的自适应权重，包括：

14、定义所述配准可见光序列图像的鲁棒控制参数；

15、结合所述重投影误差和所述鲁棒控制参数，利用下述公式计算所述配准可见光序列图像岩芯表面各像素点的自适应权重，包括：

16、

17、其中，表示配准可见光序列图像第个像素点在第个光源观测下的自适应权重，表示配准可见光序列图像第个像素点在所述可见光序列图像中的实际观测灰度，表示配准可见光序列图像第个像素点的初始反射率，表示第个光源的单位入射光向量，表示配准可见光序列图像第个像素点的初始法线向量，表示鲁棒控制参数，表示配准可见光序列图像第个像素点在第个光源观测下的重投影误差，表示指数函数。

18、可选地，利用所述可见光序列图像的纹理分布情况，结合所述本征反射率特征图，提取所述岩芯的反射率-几何一致性特征点，包括：

19、基于所述纹理分布情况和所述本征反射率特征图，生成所述可见光序列图像对应配准可见光序列图像的联合置信度分布图；

20、根据所述联合置信度分布图，标记所述配准可见光序列图像中满足预设纹理强度阈值与反射率稳定性阈值的候选特征点；

21、剔除所述候选特征点在光照变换下灰度响应不稳定的伪特征点，保留具有高重复率与低光照敏感性的候选特征点作为所述反射率-几何一致性特征点。

22、可选地，基于所述纹理分布情况和所述本征反射率特征图，生成所述可见光序列图像对应配准可见光序列图像的联合置信度分布图，包括：

23、根据所述纹理分布情况，计算所述可见光序列图像对应配准可见光序列图像中各帧图像的纹理梯度响应图，以生成所述各帧图像的纹理显著性掩膜；

24、提取所述本征反射率特征图中各像素点的色彩特征向量，以构建反映岩芯表面反射率变化平缓程度的反射率一致性约束图；

25、将所述纹理显著性掩膜与所述反射率一致性约束图进行像素级融合操作，生成所述联合置信度分布图。

26、可选地，构建所述岩芯的鲁棒特征点集，包括：

27、对所述岩芯对应的反射率-几何一致性特征点进行亚像素级位置精细化，得到亚像素特征点；

28、针对每一个所述亚像素特征点，构建具有旋转不变性的多尺度描述区域，以生成所述亚像素特征点的高维特征描述符；

29、通过所述高维特征描述符，对所述亚像素特征点进行匹配，得到匹配结果，并根据所述匹配结果，对所述亚像素特征点进行外点剔除，将保留下的正确匹配点作为最终特征，以构建所述岩芯的鲁棒特征点集。

30、可选地，构建所述可见光序列图像的联合能量函数，包括：

31、构建对应于所述可见光序列图像的鲁棒特征点集的几何结构约束项；

32、构建对应于所述可见光序列图像对应本征反射率特征图的色彩一致性约束项；

33、构建针对所述可见光序列图像的变换场平滑正则项；

34、将所述几何结构约束项、所述色彩一致性约束项与所述变换场平滑正则项进行加权求和，以构建所述可见光序列图像的联合能量函数。

35、可选地，在所述中间图像序列的重叠区域内，依据所述本征反射率特征图计算自适应缝合线，包括：

36、基于所述本征反射率特征图的像素值分布，计算所述重叠区域内每个像素点的置信度值，生成一个与所述本征反射率特征图空间位置对应的置信度分布图；

37、在所述重叠区域内，利用所述置信度分布图，采用动态规划算法，搜索一条总置信度代价最小的路径作为初始缝合线，其中，所述置信度代价由路径上各像素点的置信度值累加得到；

38、对所述初始缝合线进行平滑处理，得到最终的自适应缝合线。

39、可选地，利用所述自适应缝合线对中间图像序列分解后的高频分量和低频分量进行反射率置信度加权融合，重构所述岩芯的岩芯数字剖面图像，包括：

40、基于所述自适应缝合线，分别生成所述低频分量的低频融合权重图和高频分量的高频融合权重图，以对所述中间图像序列中所有帧图像的对应低频分量和高频分量进行加权融合，分别得到融合低频分量和融合高频分量；

41、将所述融合低频分量和融合高频分量进行融合，重构所述岩芯的岩芯数字剖面图像。

42、为了解决上述问题，本发明还提供岩芯图像色彩校正与剖面构建系统，所述系统包括：

43、反射率特征分析模块，用于获取岩芯同一剖面在多种不同可控光照下的可见光序列图像，提取所述可见光序列图像剥离了光照几何阴影与高光的本征反射率特征图；

44、鲁棒特征点确定模块，用于利用所述可见光序列图像的纹理分布情况，结合所述本征反射率特征图，提取所述岩芯的反射率-几何一致性特征点，以构建所述岩芯的鲁棒特征点集；

45、图像矫正配准模块，用于构建所述可见光序列图像的联合能量函数，结合所述本征反射率特征图和所述鲁棒特征点集，同步求解所述可见光序列图像的色彩校正参数矩阵与几何配准变换矩阵，以生成色彩与几何双重归一化的中间图像序列；

46、自适应缝合线分析模块，用于在所述中间图像序列的重叠区域内，依据所述本征反射率特征图计算自适应缝合线；

47、数字剖面图像分析模块，用于利用所述自适应缝合线对中间图像序列分解后的高频分量和低频分量进行反射率置信度加权融合，重构所述岩芯的岩芯数字剖面图像。

48、本发明通过获取岩芯同一剖面在不同可控光照下的可见光序列图像，并提取其本征反射率特征图，有效剥离了光照、几何阴影与高光的影响，从根本上消除了因光照不均和表面起伏导致的图像质量下降问题，确保了后续处理基于稳定、可靠的材质信息，利用可见光序列图像的纹理分布与本征反射率特征图，提取的反射率-几何一致性特征点构建了鲁棒特征点集，显著提升了特征点的稳定性和匹配精度，为后续的精确配准奠定了坚实基础，通过构建联合能量函数，同步求解色彩校正参数矩阵与几何配准变换矩阵，实现了色彩与几何的双重归一化，生成了在色彩和空间上高度一致的中间图像序列，解决了传统方法中色彩和几何配准分离处理导致的累积误差问题，在中间图像序列的重叠区域内，依据本征反射率特征图计算自适应缝合线，并利用其对分解后的高频和低频分量进行反射率置信度加权融合，能够智能地避开阴影、高光等不可靠区域，确保了融合边界的平滑与自然，最终重构出的岩芯数字剖面图像完整、无缝，细节丰富，真实反映了岩芯的内部结构和矿物分布，为地质分析提供了高质量、高可靠性的视觉依据。因此，本发明可提高对岩芯图像色彩校正与剖面的精准度。