一种全景遥视成像和钻孔轨迹测量的同时实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工程检测领域，具体的为探测钻孔的虚拟岩芯和对钻孔进行轨迹测量 方法。
【背景技术】
[0002] 全景成像技术是钻孔成像中的基础技术，目前市面上的钻孔成像仪都采用该技 术，对被探测钻孔进行全景成像，生成钻孔的三维虚拟岩芯柱状图和其平面展开图，适用于 无法取得实际岩芯的破碎带地层。
[0003] 钻孔轨迹测量是定向井钻进的常用技术，由于地层各向异性和造斜工具能力等因 素的影响，实际钻孔轨迹往往不能沿设计的轨迹前进。为了准确地钻达目标点，必须随时了 解井斜角和方位角随井身的变化情况，使得司钻人员能够及时、准确的掌握钻孔孔斜情况， 实时控制钻孔轨迹，保证所钻孔的轨迹按照预定轨迹进行。
[0004] 公知，现有技术并没有钻孔成像技术和钻孔轨迹测量技术结合的方法。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供了一种全景遥视成像和钻孔轨迹测量的同时实现 方法。
[0006] -种全景遥视成像和钻孔轨迹测量的同时实现方法，其特征在于，包括如下步 骤：
[0007] 步骤1，对探头采集到图像进行实时的透视矫正计算，实时生成全景图像；
[0008] 步骤2,将经过步骤1处理的全景图像进行展开；
[0009] 步骤3,对通过步骤2获得的连续两帧图像进行拼接处理；
[0010] 步骤4,对拼接成的钻孔平面展开图进行图像修正；
[0011] 步骤5,在步骤1进行的同时，从传感器获得深度信息和方位信息；
[0012] 步骤6,利用步骤5得到的深度信息和方位信息建立钻孔轨迹上某测点邻近的曲 线结构模型：
[0013] 将井深作为自变量，将方位坐标作为随井深变化的因变量建立钻孔轨迹上某测点 邻近的曲线结构模型，其向量形式为：
[0014] r(D) =Ni+Ej+Hk(1)
[0015] 式中，D为井深；N为北坐标；E为东坐标；Η为垂深；i为N轴上的单位坐标向量；J 为E轴上的单位坐标向量；k为Η轴上的单位坐标向量；
[0016] 假设钻孔轨迹是一条连续光滑的空间曲线，应用三次样条插值函数计算出各测点 处的井斜变化率及其倒数、方位变化率及其导数，进而计算出各测点处钻孔曲率Κ和钻孔 挠率τ;
[0017] 在钻孔轨迹r=r(D)上取一点Ρ，记为r(Dp)，在其附近再取一点Q，记为 r(Dp+ △D)，对钻孔轨迹函数在P点进行泰勒展开，变换后得到下列表达：
[0018]
[0019] 其中，Λr为Q点相对于P点的钻孔轨迹增量，ΔD为井深的增量，kp为P点处钻 孔曲率，τp为P点处钻孔烧率；tp、np、bp分别是P点处切线向量、主法线向量、副法线向量。
[0020] 分别沿P点处切线向量tp，主法线向量np，副法线向量bp方向建立新三维坐标系 U-η-ζ)，Ρ为坐标原点，则根据式（2)所指向邻近点Q在P- (ξ，η，ζ)坐标系下的 坐标可表示为
[0021]
[0022] 其中ξpnQ、ζQ是Q点在坐标系（ξ，η，ζ)下的坐标；
[0023] 步骤7,对步骤6建立的钻孔轨迹上测点Ρ邻近的曲线结构模型进行矢量分析，计 算钻孔轨迹上测点Ρ附近的另一测点Q对测点Ρ的坐标增量，从而获取另一测点Q的坐标 信息；
[0024] 在钻孔轨迹计算时，需要得到在整体坐标系(HCH下的坐标增量，其中，0为坐标 原点，Ν为北坐标，Ε为东坐标，Η为垂深，可对式（3)进行坐标转换，将构造坐标转换成矩阵 Τ；
[0025]
[0026] 其中nN、bN、、是Ρ点处切线向量tρ，主法线向量ηρ，副法线向量bp在Ν轴即南北 方向上的投影；
[0027] nE、bE、心是P点处切线向量tp，主法线向量np，副法线向量bp在E轴即东西方向上 的投影；
[0028] nH、bH、tH是P点处切线向量tp，主法线向量np，副法线向量bp在Η轴即垂深方向上 的投影；
[0029] 整体坐标系0-ΝΕΗ下的坐标增量
[0030] [ΔΝΔΕΔΗ]Τ=Τ· [ξqζ] τ· (5)
[0031] 其中ΛΝ、ΔΕ、ΔΗ是测点Q相对于测点Ρ的在Ν轴即南北方向上、Ε轴即东西方 向上、Η轴即垂深方向上的增量，[ξηζ]是分别沿Ρ点处切线向量tp，主法线向量ηρ， 副法线向量bp方向建立新三维坐标系；
[0032]重复步骤6和步骤7即可获得全部测点在南北（N)、东西（E)、垂深⑶三个方向 上的坐标信息，即建立了钻孔三维轨迹函数模型；
[0033] 步骤8,计算全景图片数据与轨迹数据的变换误差矩阵Μ ;
[0034] 步骤9,若步骤8的变换误差矩阵Μ的特征值大于误差允许特征值，对当前点的构 造坐标矩阵Τ进行迭代平差，直至特征值小于其允许特征值；并用平差后的矩阵Τ'替换步 骤7获得的矩阵Τ，从而对钻孔轨迹函数模型进行修正。
[0035] 优选的，所述的步骤2包括如下步骤：
[0036] 步骤2. 1，将具有景深的原始环带转变成为无景深的环带；
[0037] 步骤2. 2,将无景深环带展开成矩形的360°全景图像。
[0038] 优选的，所述的步骤3包括如下步骤：
[0039] 步骤3. 1，采用SURF算子，提取连续两帧图像各自的灰度特征；
[0040] 步骤3. 2,采用特征关系建立算法和错误关系去除算法，确定两张全景图片的对应 关系；
[0041] 步骤3. 3,通过对应关系，计算变换矩阵S;
[0042；
[0043] 其中，nn、bn、tn是图像中心点处切线向量t，主法线向量n，副法线向量b在N轴即 南北方向上的投影；
[0044] 1、％是图像中心点处切线向量t，主法线向量n，副法线向量b在E轴即东西 方向上的投影；
[0045] nh、bh、th是图像中心点处切线向量t，主法线向量n，副法线向量b在Η轴即垂深 方向上的投影。
[0046] 优选的，所述的步骤4采用线性插值算法，根据待定像素点周围的全部颜色信息， 采用计算线性插值的手段调整该像素点的颜色，获得平滑、无空缺的图像。
[0047] 优选的，所述的步骤8包括如下步骤：
[0048] 步骤8. 1，基于步骤3获得的变换矩阵S，可导出特征矩阵Ζ=叫niej;记两帧 图像中心位置深度差为A匕，由该两帧图像的特征矩阵Z的线性差值可得两帧图像的相差 矩阵Δζ = [Ah!Δη!AeJ;
[0049] 以上为全景成像过程中涉及的参数，其中，h为图像中心的垂深，ni为图像中心的 北坐标标度，ei为图像中心的东坐标标度，Ah为两帧图像中心的相对垂深增量，Δηi为两 帧图像中心的相对北坐标标度增量，Aei为两帧图像中心的相对东坐标标度增量；
[0050] 步骤8. 2,记由步骤7获得的坐标增量矩阵为ΔΓ=[ΔΗΔΝAE] = [Ah2Δη2 Ae2];
[0051] 以上是钻孔轨迹函数模型分析涉及的参数，其中△h2为钻孔轨迹上两点间的相对 垂深增量，Δη2为钻孔轨迹上两点间的相对北坐标标度增量，Ae2S钻孔轨迹上两点间的 相对东坐标标度增量；
[0052] 步骤8. 3,计算全景图片数据与轨迹数据的变换误差矩阵Μ;即有
[0053] M=[AhΔηAeΔΜ]
[0054] 其中Δh，Δη，Δe是相差矩阵Δ ζ和坐标增量矩阵Δr前三个元素的线性差值， 记ΔΜ= 0. 5Δh+0. 25Δn+0. 25Δe是矩阵Μ的加权误差，则ΔΜ为之前连续a个误差矩阵 Μ加权误差的累加值。
[0055] 优选的，所述的步骤8. 3中所述的a在60~120之间。
[0056] 优选的，所述的步骤9中误差允许特征值在10 3米以内。
[0057] 本发明具有以下优点：在对钻孔进行实际探测时可以对钻孔位置参数中的高程和 水平坐标进行测量，包括孔径、孔深等信息，特别是在探测实际钻孔中出现的某些不符合预 定钻井轨迹的部位，比如说钻孔的变径部位以及钻孔方向偏