本发明大体上涉及集成计算元件(“ice”)结构且更具体来说，涉及具有组合地重建样本的光谱的光谱功能的ice结构。
背景技术：
近年来，已开发光学计算技术用于石油和天然气行业的应用。一种这样的技术涉及确定井下流体的光学密度(即吸光度)-其可向操作员通知井下流体的各种特性。然而，记录400到1100nm光谱区中的井下流体的高分辨率光谱是非常困难的，这主要是由于两个原因：首先，苛刻、高温、高压的井下条件阻止井下使用能够提供高分辨率光谱的复杂的基于光栅或傅立叶变换的仪器。其次，由于可见光及短近红外光谱区中的石油的光学密度高(高度不透明)，故需要高功率光源及灵敏的探测器来解析光谱，这增加了井下功率要求并使该工具不那么坚固及稳健。
迄今为止，为解决此等问题，石油和天然气行业依靠使用窄带光学滤波器，这是因为它们在井下环境中具有弹性然而，这些窄带滤波器仅可记录非常低分辨率的光谱(即，跨光谱的四个或更少的光学通道)。此类低分辨率数据光谱无法提供对井下环境进行高精度测量所需的大量数据。
附图说明
图1说明可根据本发明的实施例制造的说明性ice结构；
图2说明根据本发明的说明性实施例的ice结构设计系统的框图；
图3是根据本发明的某些说明性方法的用于设计ice结构的方法的流程图；
图4是绘制沿着0到650nm的带宽的各种训练光谱的透射率的曲线图；
图5是绘制根据本发明的某些说明性方法的用以设计ice结构的三个pca加载矢量a、b及c的曲线图；
图6是示出了样本的原始透射光谱图案与使用本文描述的ice结构重建的透射光谱图案的归一化比较的曲线图；
图7说明根据本发明的某些说明性实施例的用于询问样本的光学计算设备的框图；
图8a及8b分别说明随钻测井应用及有线应用中使用的光学计算设备；
图9是根据本发明的某些说明性方法的光学计算方法的流程图。
图10是根据本发明的某些其他说明性方法的替代光学计算方法的流程图。
具体实施方式
下文描述本发明的说明性实施例及相关方法，因为它们可用于ice设计、制造和使用的方法中。为了清楚起见，本说明书中并未描述实际实施方案或方法的所有特征。应当明白的是，在任何此类实际实施例的发展中，必须做出许多实施方案所特有的决定以实现开发者的具体目的，诸如符合系统相关和业务相关约束，其在不同的实施方案之间将是不同的。另外，应当明白的是，此开发工作可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本发明的本领域普通技术人员而言，它们将是常规工作。考虑以下描述和附图，本发明的各种实施例和相关方法的进一步的方面和优点将变得显而易见。
本发明的说明性实施例涉及用于具有预定义透射光谱图案的宽带ice结构的设计技术。然后在光学计算设备中使用两个或更多个所设计的ice结构以组合地重建样本的光谱图案。为总结一般化设计方法，获得一个或多个样本的光学训练光谱。然后导出对应于所述训练光谱的主成分分析(“pca”)加载矢量。此后，选择具有与pca加载矢量匹配的光谱图案的两个或更多个ice结构。然后可制造所选择的ice结构且将其集成到可用于多种应用的光学计算设备。在操作期间，使用两个或更多个ice结构来重建样本的高分辨率光谱数据，然后可将其输出为光学密度数据或样本组成数据。
如先前所述，可在光学计算设备中利用本文描述的说明性ice结构。光学计算设备是被配置为接收来自物质或物质样本的电磁辐射的输入并且产生来自处理元件的电磁辐射的输出的设备。处理元件例如可为ice结构。基本上，与常规电子处理器的硬接线电路相反，光学计算设备利用光学元件执行计算。当电磁辐射与物质相互作用时，关于物质的唯一的物理和化学信息被编码在从样本反射、透射穿过样本或自样本辐射的电磁辐射中。此信息通常被称为物质的光谱“指纹”。因此，通过使用ice结构，光学计算设备能够提取物质内的多个特性或分析物的光谱指纹的信息，并将该信息转换成关于样本的整体性质的可检测的输出。
参考图1，说明可通过利用本文描述的说明性设计工艺制造的说明性ice结构100。ice结构100可包含多个交替层102及104，例如分别是硅(si)和石英(sio2)。虽然受益于本发明的本领域普通技术人员将理解，这些层分别由其折射率是高和低的材料组成，但层材料的其他非限制实例包含铌、锗及氧化锗、mgf，sio以及其他高折射率和低折射率材料。层102、104可策略性地沉积在光学基板106上。在一些实施例中，光学基板106是bk-7光学玻璃。在其它实施例中，光学基板106可为其他类型的光学基板，例如石英、蓝宝石、硅、锗、硒化锌、硫化锌或各种塑料，例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯pmma)、聚氯乙烯(pvc)、钻石、陶瓷等，如本领域已知。在相对端处(例如，与光学基板106相对)，ice结构100可包含通常暴露于设备或装置周围的环境空气的层108。层102、104的数量以及每层102、104的厚度可使用常规的光谱仪从样本物质的特性的光谱分析获取的光谱属性确定。
样本的给定特性的感兴趣的光谱通常包含任何数量的不同波长。应该理解的是，图1中的说明性ice结构100实际上并不表示给定样本的任何特定特性，而只是为了说明目的而提供。因此，如图1中所示，层102、104的数量及其相对厚度与给定样本的任何特定特性无关。层102、104及其相对厚度也不一定按比例绘制，因此不应被认为是限制本发明。此外，受益于本发明的本领域技术人员将容易地认识到，构成每个层102、104的材料可取决于应用、材料的成本和/或材料对样本物质的适用性而变化。例如，层102、104可由(但不限于)硅、石英、锗、水、其组合或其他感兴趣的材料制成。此外，那些相同的技术人员将认识到，层102的物理厚度本质上是说明性的，且因此可以根据需要改变。
多个层102、104展现不同的折射率。通过适当地选择层102、104的材料以及其相对厚度和间隔，说明性ice结构100可以被配置成选择性地通过/反射/折射不同波长的光(即，电磁辐射)的预定部分，其在本文也称为ice结构的光谱图案。如本文描述，ice结构的层数量和层厚度被设计成使得其具有组合地重建样本的光谱图案的透射光谱图案，因此提供可用于确定样本光谱密度(吸光度、透射率等)或组成的高分辨率数据。因此，对于ice设计工艺来说，层数量、层厚度及间距的选择是至关重要的。
鉴于上述情况，图2展示根据本发明的说明性实施例的ice设计系统的框图。如本文将描述，ice设计系统200提供用于ice设计及分析的平台以促进快速且有效地选择具有所需光谱图案的两个或更多个ice结构。本文描述的ice设计系统200的说明性实施例利用样本训练光谱的pca分解作为设计具有匹配pca加载矢量的光谱图案的ice结构的基础。在所选择的ice结构已被设计、制造并集成到光学计算设备中之后，可使用由每个ice结构的对应检测器的响应而加权的ice结构光谱输出的线性组合来重建未知样本的光谱图案。因此，如本文所述，本发明使用简单且坚固的光学设计来提供流体样本的高分辨率测量。
参考图2，ice设计系统200包含至少一个处理器202、非暂时性计算机可读存储装置204、收发器/网络通信模块205、可选的i/o设备206以及可选的显示器208(例如，用户界面)，其等全部通过系统总线209互连。在一个实施例中，网络通信模块205是网络接口卡(nic)并使用以太网协议进行通信。在其他实施例中，网络通信模块105可是另一类型的通信接口，例如光纤接口，并且可以使用多种不同的通信协议进行通信。根据本文描述的说明性实施例可由处理器202执行的用于实施存储在ice设计模块210内的软件指令的软件指令可存储在存储装置204或某个其他计算机可读介质中。
尽管在图2中未明确展示，但将认识到，ice设计系统200可以经由一个或多个适当的网络连接而连接到一个或多个公共(例如，因特网)和/或专用网络。还将认识到，包括ice设计优化模块210的软件指令也可以经由有线或无线方法从cd-rom或其他适当的存储介质加载到存储装置204中。
此外，本发明的方法和实施例可以用各种计算机系统配置来实践，包含手持设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子设备、小型计算机、大型计算机等。任何数量的计算机系统和计算机网络都可用于本发明。本发明的方法和实施例可以在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可位于包含存储器存储设备的本地和远程计算机存储介质中。因此，本发明可以在计算机系统或其他处理系统中结合各种硬件，软件或其组合来实现。
参考图3，现将描述本发明的说明性方法300。如先前所述，利用ice设计方法300的说明性实施例来设计其透射光谱图案与预定义光谱图案匹配的一组ice结构，例如pca加载矢量。在操作期间，使用至少两个ice结构来组合地重建未知样本的高分辨率光谱数据，由此利用高分辨率光谱数据来确定例如样本的光学密度或组成。
在框302处，通过使用实验室光谱仪系统，ice设计系统200获得一个或多个样本的高分辨率训练光谱，所述一个或多个样本与待由所制造的ice结构测量的样本相似。图4是绘制沿着450到1100nm的带宽的各种训练光谱的透射率的曲线图。如本文所定义，样本的训练光谱是使用光谱仪在流体样本上获取的光谱数据，其将被用于光谱重建。可使用实验室高分辨率仪器，例如uv-vis(极紫外-可见)光谱仪或nir(近红外)光谱仪获得在框300获得的样本训练光谱。尽管在图4中仅展示可见光谱，但还可以在红外光谱区(即，约1100到5000nm)中获得训练光谱。如本文所使用，“高分辨率”是指具有1nm或更好的光谱分辨率的光谱。
在框304处，使用训练光谱，然后ice设计系统200导出描述训练光谱的两个或更多个光谱图案。在此说明性方法中，光谱图案是使用pca导出的pca加载矢量。为了计算此类值，ice设计系统200使用以下方程式对训练谱进行pca分析，以便获得所有光谱的主成分分数和加载矢量：
x＝s·t+e方程式(1)，
其中x是训练光谱数据矩阵，s是pca分数，t是pca加载矢量，且e是通过pca分解在训练光谱中的每个光谱的残差。s和t同时获得，由此获得pca加载矢量(t)。
图5是绘制使用方程式1计算的最佳三个pca加载矢量a、b及c。x轴是纳米波长，y轴是透射率％。在此实例中选择前三个加载矢量，这是因为三个加载矢量是捕获训练光谱数据的最大变化的前三个主成分。然而，在替代方法中，可取决于ice结构的数量(以及因此，井下传感器中可用的分辨率水平/光学通道的数量)来选择多于或少于三个pca加载矢量。
而且，在图5的实例中，设计四个ice结构，这是因为需要一个额外的ice结构来模拟pca加载矢量b的负部分。在这种情况下，一个ice结构将被用来模拟pca加载矢量b的正部分，另一个ice结构将被用来模拟pca加载矢量b的负部分。由于所有ice光谱图案都是正的，所以第二个ice结构实际上模拟负部分的翻转图案(即翻转以使负图案变为正图案)。
然而，一旦在框304处计算pca加载矢量，随后便在框306处使用它们来选择/设计其光谱图案与pca加载矢量匹配的两个或更多个ice结构。由于在图5中选择四个pca加载矢量(包含矢量b的翻转负分量)，在框306处选择四个ice结构。在此，ice设计系统200选择具有与pca加载矢量的光谱图案匹配的透射光谱图案的四个ice结构设计，并且可以根据需要输出设计结果。
在某些方法中，光谱匹配过程包括以下各项：首先，提供许多随机设计作为种子设计。关键设计参数包含薄膜层的数量和每层的厚度。通过优化层数和每层的厚度，设计的光谱图案与目标图案(pca加载)之间的差异将被最小化。然后，优化设计是选取为制造的设计。光谱图案不需要精确匹配，因为图案的小偏差不会影响光谱重建结果。
因为主成分彼此正交，所以由每个主成分捕获的方差量减少。因此，pca提供准确描述光谱数据的最少成分。在物理上，从ice设计的角度来看，测量样本所需的ice结构更少，并且准确重建其光谱图案。然而，一旦已设计ice结构，便可将所选择的ice结构制造且集成到光学计算设备中。如先前所述，通过使用各种沉积技术沉积薄膜材料，可以实现宽带ice结构的制造。一旦被制造，然后便可将ice结构集成到光学计算设备中。
在光学计算设备的操作期间，可以使用以下方程式利用由每个ice结构的检测器响应而加权的两个或更多个ice结构的光谱图案的线性组合来获得未知样本的重建光谱图案：
其中
图7说明根据本发明的某些说明性实施例的用于询问样本的光学计算设备700的框图。电磁辐射源708可以被配置成发射或以其他方式产生电磁辐射710。如本领域所理解，电磁辐射源708可以是能够发射或产生电磁辐射的任何设备。例如，电磁辐射源708可以是灯泡、发光设备、激光、黑体、光子晶体或x射线源等。在一个实施例中，电磁辐射710可以被配置为与样本706(例如流动通过井筒或地层的一部分的井筒流体)光学地相互作用并且产生样本相互作用的光712。样本706可以是任何流体(液体或气体)、固体物质或材料，诸如(例如)井下工具组件、管件、岩层、浆料、砂、泥浆、钻屑、混凝土、其他固体表面等。然而，在其他实施例中，样本706是由多种流体特性组成的多相井筒流体(包括例如石油、气体、水、固体)，所述流体特性诸如(例如)元素腐蚀性副产物、由样本材料损失产生的元素、c1-c4和更高级的烃、此类元素的分组和盐水。
样本706可以通过例如含有样本706的流管或样本池提供给光学计算设备700，由此将其引入到电磁辐射710。而图7展示电磁辐射710通过或入射在样本706上以产生样本相互作用的光712,77)，但是本文还预期诸如在半透明、不透明或固体的样本706的情况下将电磁辐射710反射离开样本706(即，反射模式)，并且同样产生样本相互作用的光712。
在使用电磁辐射710照明之后，含有感兴趣的分析物(例如，样本的特性)的样本706产生电磁辐射(例如，样本相互作用的光712)的输出。如先前所述，样本相互作用的光712还含有反映样本的特性(例如密度或組合物)的光谱图案。最终，机载设备700上或远离其的处理电路分析此光谱信息以确定样本特性。尽管未具体展示，但是可以在光学计算设备700中采用一个或多个光谱元件，以便限制系统的光学波长和/或带宽，从而消除不重要的波长区域中存在的不需要的电磁辐射。此类光谱元件可位于沿光学系统的任何地方，但通常直接用在提供初始电磁辐射的光源之后。
光学计算设备700可包含具有至少两个ice结构704的可移动组合件702。在此实例中，展示三个ice结构704a、704b及704c。如说明，至少在一个实施例中，可移动组合件702可被特征化为旋转圆盘703，例如斩波轮，其中ice结构704a、704b、704c被径向布置以随其旋转。图7还说明了可移动组合件702的对应正视图，其将在下面更详细地描述。然而，在其他实施例中，可移动组合件702可被特征化为被配置为将至少一个检测器与光学相互作用的光和/或两个或更多个ice结构704a、704b、704c依次对准的任何类型的可移动组合件。每个ice结构704a、704b、704c可是本文所设计的任何结构，并且被配置为组合地重建样本706的光谱图案。尽管描述三个ice结构704a、704b、704c，但是可以根据需要沿着可移动组合件702采用两个或更多个ice结构。
在某些例示性实施例中，旋转圆盘703可以按所需频率旋转。在操作中，旋转圆盘703可以旋转，使得ice结构704a、704b、704c可各自暴露于样本相互作用的光712或者以其他方式与样本相互作用的光712光学地相互作用达明显短暂的时间段。在与样本相互作用的光712光学地相互作用时，ice结构704a被配置成产生光学相互作用的光706a，ice结构704b被配置成产生第二光学相互作用的光706b，且光学元件726b被配置成产生第三光学相互作用的光706c，其中光学相互作用的光706a、706b、706c中的每一个具有与pca加载矢量匹配的光谱图案，如本文所述。然后，检测器716接收每个光束706a到706c，且由此分别产生第一、第二和第三输出信号(输出信号728包括第一、第二和第三信号)。因此，通信地耦接到检测器716的信号处理器(未展示)对所有三个输出信号进行加权及组合，以便重建样本706的光谱图案。然后，信号处理器可以利用重建的光谱图案来确定各种样本特性，包含例如样本的光学密度或流体组成。
受益于本发明的本领域普通技术人员认识到，上述光学计算设备本质上是说明性的，并且存在可以利用的各种其他光学配置。这些光学配置不仅包含本文描述的反射、吸收或透射方法，而且涉及散射(例如raleigh&raman)以及发射(例如荧光，x射线激发等)。另外，光学计算设备可以包括并行处理配置，由此样本相互作用的光被分成多个光束。然后，多个光束可以同时穿过两个或更多个对应的ice结构，由此组合每个ice结构的透射光谱图案以重建样本的光谱图案。并行处理配置在需要极低功率或无需移动部件的应用中特别有用。
本文描述的光学计算设备的说明性实施例和相关联的方法可以用于各种环境。此类环境可以包括例如井下或完井应用。其他环境可包含例如与地面和海底监测、卫星或无人机监测、管道监测、甚至传感器通过体腔如消化道相关的环境。在那些环境中，计算设备和温度传感器被用于检测/监测环境内的各种样本特征。
图8a说明随钻测井(“lwd”)应用中利用的光学计算设备。图8a说明配备有井架804的钻井平台802，井架804支撑用于升高和降低钻柱808的升降机806。升降机806悬挂顶部驱动器810，顶部驱动器810适于旋转钻柱808并通过井头812降低钻柱808。钻头814连接到钻柱808的下端。当钻头814旋转时，其产生穿过地层818的各个层的井筒816。泵820使钻井流体循环805通过供应管822而到顶部驱动器810，向下通过钻柱808的内部，通过钻头814中的孔口而经由钻柱808周围的环空返回到地面，并进入到保持凹坑824中。钻井流体将钻屑从钻孔输送到凹坑824中，并帮助维持井筒816的完整性。钻井流体810可以使用各种材料，包括(但不限于)基于盐水的导电泥浆。
储层询问系统826(例如，光学计算设备)被集成到钻头814附近的井底组合件中。在此说明性实施例中，储层询问系统826是lwd工具；然而，在其他说明性实施例中，储层询问系统826可以用在缆线或管道输送的测井应用中。然而，当钻头814使井筒816延伸通过地层818时，储层询问系统826收集与如本文所述的样本特性有关的数据。在某些实施例中，储层询问系统826可以采取钻铤的形式，即，提供重量和刚性以帮助钻井过程的厚壁管。可包含遥测接头828以将图像和测量数据/信号传送到地面接收器830并从地面接收命令。在一些实施例中，遥测接头828不与地面通信，而是在恢复测井组合件时存储用于稍后取回的数据。
仍然参考图8a，储层询问系统826包括系统控制中心(未展示)以及必要的处理/存储/通信电路，其用于获取样本特性和/或温度测量信号。在某些实施例中，一旦获取测量信号，系统控制中心校准测量信号，并且通过遥测接头828将数据传达回到井口和/或其他组合件组件。在替代实施例中，系统控制中心可位于远离储层询问系统826的远程位置，例如地面或在不同钻孔中，并相应地执行处理。
图8b说明本发明的替代实施例，其中光学计算设备被部署在缆线应用中。在钻井过程期间的各个时间，可从钻孔移除钻柱808，如图8b所示。一旦钻柱808已被移除，便可使用缆线测井探空仪834进行测井操作，即，通过电缆841悬挂的具有用于将电力输送到探空仪的导体和从探空仪到地面的遥测(形成储层询问系统的部分)的探头。缆线探空仪834可包括光学计算设备，如本文所述。缆线测井探空仪834可具有垫和/或对中弹簧以在工具被拉到井口时将工具维持在钻孔的轴线附近。测井探空仪834可包含各种其他传感器，包含用于测量地层电阻率的工具。测井设施843从测井探空仪834收集样本特性测量，并且包含用于处理和存储由传感器采集到的测量的计算机系统845。
鉴于上述情况，图9是根据本发明的某些说明性方法的光学计算方法900的流程图。在框902处，将具有本文所设计的两个或更多个ice结构的光学计算设备部署到井筒中。在框904处，激活光学计算设备以询问井下光谱。在框906处，光学计算设备使用两个或更多个ice结构的组合光谱图案重建样本的光谱图案。在框908处，然后由处理电路利用那些重建的光谱图案来确定一个或多个样本特性，诸如(举例而言)样本的光学密度或组成。
图10是根据本发明的某些其他说明性方法的光学计算方法1000的另一个流程图。在此，在框1002处，使用本文部署的任何部署方法将具有两个或更多个ice结构的光学计算设备再次部署到井筒中。在框1004处，然后，光学计算设备重建井下样本的原位高分辨率光谱数据。在此，与仅能够获得低分辨率数据的现有技术设备不同，本文所描述的说明性实施例提供具有1nm或更好的光谱分辨率的高分辨率光谱数据。
当样本相互作用的光与两个或更多个ice结构光学地相互作用时，产生反映pca加载矢量的两个或更多个光学相互作用的光，如图5所示。然后，由检测器检测光学相互作用的光，并将输出信号传达到处理电路，在处理电路中组合输出信号以重建样本的光谱图案，如图6所示。从图6可以看出，由于重建光谱是从高分辨率加载矢量重建，所以重建光谱是高分辨率，可用于确定如本文所述的各种样本特性。
图6还可以用于更全面地说明“高分辨率”光谱数据的定义。在图6中，展示用于一种流体的重建光谱，其中x轴是其以纳米为单位的波长。所述光谱跨450nm至1100nm(651个波长点)的波长区域含有651个数据点(透射值)。在这种情况下，光谱分辨率是1纳米(即，每1nm光谱空间存在一个数据点)。如果在同一区域中存在超过651个数据点，则光谱分辨率优于1nm(这意味着在一个纳米内存在多个透射值)。例如，如果在651nm光谱区内存在1301个数据点，则我们将光谱分辨率定义为0.5nm，其是比1nm光谱分辨率更好的光谱分辨率，以此类推。
与图6相反，然而，常规井下工具仅提供低分辨率光谱数据-其与高分辨率光谱数据完全不同。例如，如图6所示，光谱(高分辨率)是一条非常平滑的曲线。相比之下，由于同一光谱区内的数据点的数量有限，所以低分辨率光谱通常非常粗糙。分辨率从根本上意味着分辨能力，即同一光谱区内的大量数据点具有高于具有少量数据点的光谱更的分辨能力。
因此，本文描述的说明性方法和实施例将允许使用井下光学设备记录高分辨率可见和近红外光谱。此类光谱数据将允许确定复杂的组成及物理性质，诸如(举例而言)沥青质和颜色。另外，可以获得400到1100nm的任何光谱波长下的光学密度数据，且将所述光学密度数据与其他工具数据进行比较。而且，所获得的密度数据将允许确定储层连通性信息。
本文所述的实施例进一步涉及以下段落的任何一者或多者：
1.一种设计集成计算元件(“ice”)结构的方法，所述方法包括获得一个或多个样本的光学训练光谱；导出描述所述训练光谱的两个或更多个主成分分析(“pca”)加载矢量；及选择具有与所述pca加载矢量大致上匹配的光谱图案的两个或更多个ice结构。
2.根据条款1所定义的方法，其中获得所述光学训练光谱包括使用光谱仪获得高分辨率光谱。
3.根据条款1或2所定义的方法，其中获得所述光学训练光谱包括在可见或红外光谱区的至少一个中获得所述光学训练光谱。
4.根据条款1至3中任一项所定义的方法，其进一步包括制造所述选择的ice结构。
5.根据条款1至4中任一项所定义的方法，其进一步包括将所述被制造的ice结构集成到光学计算设备中。
6.一种光学计算设备，其包括使用根据条款1至5所述的任一方法制造的多个集成计算元件(“ice”)结构。
7.一种光学计算方法，其包括将光学计算设备部署到井筒中；及使用所述光学计算设备获得井下样本的原位高分辨率光谱数据。
8.根据条款7所定义的光学计算方法，其中获得所述高分辨率光谱数据包括使电磁辐射与样本光学地相互作用以产生样本相互作用的光；使所述样本相互作用的光与两个或更多个集成计算元件(“ice”)结构光学地相互作用以产生具有与预定义主成分分析(“pca”)加载矢量大致上匹配的光谱图案的两个或更多个光学相互作用的光；及使所述光学相互作用的光与两个或更多个检测器光学地相互作用以由此产生用以组合地重建所述样本的光谱图案的两个或更多个信号，其中所述重建的光谱图案包括所述高分辨率光谱数据。
9.根据条款7或8所定义的光学计算方法，其中使用由与每个集成计算元件(“ice”)结构相关联的检测器响应而加权的ice结构的高分辨率光谱数据的线性组合来实现获得所述样本的所述高分辨率光谱数据。
10.根据条款7至9中任一项所定义的光学计算方法，其中获得所述样本的所述高分辨率光谱数据包括使用具有与主成分分析(“pca”)加载矢量大致上匹配的光谱图案的两个或更多个集成计算元件(“ice”)结构。
11.根据条款7至10中任一项所定义的光学计算方法，其中利用所述高分辨率光谱数据来确定所述样本的光学密度。
12.根据条款7至11中任一项所定义的光学计算方法，其中利用所述高分辨率光谱数据来确定所述样本的组成。
13.根据条款7至12中任一项所定义的光学计算方法，其中使用缆线或者钻进组合件部署所述光学计算设备。
14.一种光学计算方法，其包括将光学计算设备部署到井筒中，所述光学计算设备包括两个或更多个集成计算元件(“ice”)结构；询问样本；及利用所述ice结构来组合地重建所述样本的光谱图案，其中可利用所述光谱图案中的数据来确定样本特性。
15.根据条款14所定义的光学计算方法，其中利用所述数据来确定所述样本的光学密度。
16.根据条款14或15所定义的光学计算方法，其中利用所述数据来确定所述样本的组成。
17.根据条款14至16中任一项所定义的光学计算方法，其中使用缆线或者钻进组合件部署所述光学计算设备。
18.一种光学计算设备，其包括：电磁辐射，其与样本光学地相互作用以产生样本相互作用的光；多个集成计算元件(“ice”)结构，其与所述样本相互作用的光光学地相互作用以产生光学相互作用的光，其中所述ice结构包括与主成分分析(“pca”)加载矢量大致上匹配的光谱图案；及多个检测器，其被定位成与所述光学相互作用的光光学地相互作用且由此产生组合地重建所述样本的光谱图案的信号。
19.根据条款18所定义的光学计算设备，其中所述样本的所述重建光谱图案是在可见或者红外光谱区的至少一个中。
20.根据条款18或19所定义的光学计算设备，其进一步包括信号处理器，所述信号处理器通信地耦接到所述检测器以产生所述样本的所述光谱图案。
21.根据条款18至20中任一项所定义的光学计算设备，其中所述光学计算设备形成缆线或者钻进组合件的部分。
此外，本文描述的说明性方法可以由包括处理电路或计算机程序产品的系统来实现，所述处理电路或计算机程序产品包括指令，所述指令在由至少一个处理器执行时致使所述处理器执行本文所述的任何方法。
尽管已展示和描述各种实施例及方法，但是本发明不限于此类实施例及方法，并且将被理解为包括对于本领域技术人员显而易见的所有修改和变化。因此，应该理解的是，本发明不旨在限于所公开的特定形式。相反，意图是覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。