用于可视化和比较物理量的数据图或数据体的方法

摘要

用于可视化和比较由合适装置记录的物理量或与此相关的信息的两个数据图或数据体的方法，包括以下步骤：定义两个量中的哪一个被表示为颜色变量，以及哪一个表示为亮度变量；定义一个基于三个颜色坐标的色度表示系统，其中一个坐标代表亮度，另两个坐标代表适当的颜色属性；应用一个合适的变换到要被表示的物理量的值，以便要被可视化的所述物理量的值从原始坐标被变换到预选的色度坐标；将要被可视化的量值从预选坐标系转换到代表预选的可视化系统的色度坐标；可视化包含两个量的组合的图/体。

说明书

本发明涉及一种用于可视化和比较由合适的装置记录的物理量或 与此相关的信息的数据图或数据体(volumes)的方法。

所述方法能够用于表示多种类型的物理量：特别是通过被称为 “4D”的技术，它能成功地用于研究在碳氢化合物沉积物中的流体运 动，所述“4D”技术包括获取和处理两个或更多个彼此相距数年时间记 录的地震测量。

第一个地震测量被称为“基础”，而其后的测量被称为“监视”。

沉积物中的流体运动导致沉积物中声阻抗的改变；如果条件合适， 能够通过对比从各种地震测量中估计出的声阻抗来识别出这种变化。

原理上，通过识别例如非生产区域、阻渗层等等，使用4D技术 有可能因此优化碳氢化合物沉积物的开采。

但是并不能很容易地应用4D技术，因为大量的因素限制了它的 有效性：噪声、测量的可重复性、储油岩的机械特性等等。

此外，即使4D测量的获取条件是合适的，4D数据的联合解释也 不容易，因为解释器必须处理关于代表3D地震测量的大量数据：事 实上，除了初步测量之外，后来的监视测量和/或它们相对于基础测量 的区别必须同时被检查。

地震数据的可视化当前通过两种表示技术来完成：“摆动”表示， 其中地震信号的幅度被表示为图形；和“栅格”表示，其中地震信号的 幅度被表示为灰色或彩色的阴影(R.Sheriff：Encyclopaedic Dictionary of Applied Geophysics，SEG，ISBN 1-56080-118-2)。能够组 合这两种表示方法，以便同时表示两个地震信号，或者一个地震信号 和一个与它相关的量(速度、阻抗等等)。

如前所述，4D方法需要同时可视化基础和监视测量的声阻抗，因 为解释器必须宜于估计初始阻抗和它们随时间的变化。迄今为止，用 于4D数据可视化的方法是基于阻抗数据的同时表示的；但是可以看 出这种解释是不容易的，因为人类的有效视距具有一个有限的角度区 域，并且对比两个互相靠近的有干扰图像并不总是容易的。尽管通过 摆动/栅格组合的表示，两个数据能够被同时可视化，但是试验表明得 到的图像是没有实际用处的。

为了易于翻译4D数据，随着新式可视化设备的生产找到了一个 新的方法。

仪器是基于这样的原始思想的，即同时可视化基础测量数据和监 视测量数据，将它们组合到单个图像中。由于需要同时可视化的数据 量减少，并且也因为基础和监视测量的同时显示允许迅速识别通过分 别检查两次测量难于识别的细节，这样解释器的工作就变得更为容易。

在必须检查地震测量之间的差异时，为了估计例如两次地震详细 序列(elaboration sequence)的差异、AVO分析中“近”迹线和“远”迹 线的差异等等，或者更一般地，每当必须检查两个普通的物理或地球 物理量的差异的时候，同样的技术在适当改变之后，也能应用在4D 地震领域之外。

用于4D声阻抗图像表示的可视化和对比方法必须有各种基本要 求：

·它必须给出一个与通常用于声阻抗的可视化的标准一致的图形 表示：在一般实践中，事实上是通过一种颜色(通常是红色)识别低 阻抗区以及通过一种对比颜色(通常是蓝色)识别高阻抗区；

·它必须允许在单个图像中可视化两次测量，以便允许同时观测初 始阻抗和它随时间的变化。

对人类视觉的功能的研究允许具有指定需求的可视化技术被发 现。事实上，人的视觉感知器官具有尤其这些特征(W.K.Pratt：Digital Image Processing，J.Wiley & sons，New York 1991，ISBN 0-471-85766-1；M.Delbrück：Mind from Matter？An Essay on Evolutionary Epistemology，Blackwell Scientific Publications，Palo Alto，1986)：

·存在两种类型的感光器：锥状体(对颜色敏感)和杆状体(对亮 度敏感)。存在三种不同类型对不同的颜色具有最大的敏感度的锥状 体。

·设黑色的亮度I＝0、白色的亮度I＝1，该类型的亮度变化ΔI/I＝常 量，当亮度I大约在[0.25-0.75]范围内时人类视力系统对亮度变化的响 应被均匀地感知，在这范围之外，该系统的响应变为强烈的非线性。

所提出的方法利用了将声阻抗的百分比变化编码为亮度变化(保 持色调和饱和度不变)以及将基础测量的阻抗值编码为色调和饱和度 的变化(保持亮度不变)的思想。这通过使用一个合适的色度坐标系 统来实现，然后将该合适的色度坐标系统转换为图形可视化系统使用 的色度坐标(一般是RGB)。

本发明的目标，用于可视化和对比由合适装置记录的物理量或与 此相关的信息的两个数据图或数据体的方法，包括以下步骤：

-定义两个量中的哪一个将表示为颜色变量，以及哪一个将表示为 亮度变量；

-定义基于三个颜色坐标的色度表示系统，其中一个坐标代表亮 度，且另两个坐标代表适当的颜色属性；

-施加合适的变换到要被表示的所述物理量的值，以便要被可视化 的所述物理量的值从原始坐标被变换到预选的色度坐标；

-将要被可视化的量的值从预选坐标系转换到代表预选的可视化 系统的所述色度坐标；

-可视化包含两个量的组合的所述图/体。

变换一般包括线性和非线性操作，也针对改善量的表示(过滤、 阈值应用等等)、补偿用于图像表示的技术的内在限制、以及补偿人类 视觉器官的限制。

编码方法也允许图像处理常用的算子被分别应用于两个图像组件 (差异和基本阻抗)，所述算子例如极限阈值、伽玛校正、降噪等等。 这样就能够随意强调受到检查的地震数据细节。

通过应用这里描述的可视化技术到一个实际的例子而获得的结果 表明，在单个图像内4D测量的同时编码允许用户容易地识别测量中 感兴趣的区域，因为具有不同属性的区域以不同的颜色显示：因此从 那些与错误信号(由噪声、岩石影响等导致)相关的区域中识别需要 深度分析的区域是十分简单的。此外，将两次测量编组为单个图像允 许将图像融入虚拟现实环境中，这样改善了对地震数据的理解。

这种可视化和对比方法能有利地用于震勘测中其他关注的数据的 同时可视化。例如：

·地震信号的幅度和相位

·一个AVO测量中的“近偏移”和“远偏移”幅度

·两个受到不同描述的地震信号之间的对比。

一般可以确定的是，根据本发明的可视化方法能够用于任何物理 量的可视化和对比，特别是地球物理量。

使用这个技术可望实现的经济优点主要是需要用于定性分析时移 地震数据(TLS)的工作时间的缩减。TLS数据和相关支持结果(地 震属性图)的判读所需的时间能够实现50％的缩减。

除了确实的经济优点之外，这个技术允许解释器有更好的TLS数 据判读：假定这个技术也应用在其他地震数据(AVO图、幅度/相位 属性等等)上能够产生类似的益处是合理的。

提供一个具体实施例以用于对本发明更好的说明，其中为详细描 述本技术而描述进一步的技术细节。

实例

形成一个单个图中的4D测量的两个3D地震图的转换在接下来的 方法中实现。

让我们假定B＝B(x，y，z)和M＝M(x，y，z)是形成4D测量的3D基础和 监视测量的声阻抗。

为了表达一个图像的色彩，我们将采用一个色度坐标系，其允许 亮度从色度中独立出来，例如，称为YC_BC_R的系统(ITU-601)。因为 图像可视化系统(计算机监视器、打印机等等)通常使用RGB色度 坐标，以下变换

Y＝0.299R+0.587G+0.114B

C_B＝-0.168736R-0.331264G+0.5B+0.5        (1)

C_R＝0.5R-0.418688G-0.081312B+0.5

允许YC_BC_R坐标彼此相关联以及和通常用于图形外围单元上的可视 化的RGB坐标相互关联。

与(1)相似的变换也存在于其他坐标系，因此不强制选择YC_BC_R系。

两个3D基础和监视测量相互组合以形成百分比差异：

$D=D(x,y,z)=\frac{M(x,y,z)-B(x,y,z)}{B(x,y,z)}---\left(2\right)$

[D_m D_M]是包括所有由D假定的值在内的区域。变化区域特别地 被包括在-0.1/0.1之间。

D表示在4D的一次和另一次测量之间阻抗的百分比变化：记住 之前描述的人类视觉系统的特点，明显的是如果D被编码为图像的亮 度且如果区域[D_m D_M]与亮度区域相关，其中眼睛的反应是均匀的， 那么在4D的声阻抗中的变化将正确地被用户感知。把没有亮度(黑 色)设为值0以及把最大亮度(白色)设为值1，通过变换区域[D_m D_M] 到区域[0.250.75]而获得最佳编码。

这很容易通过建立下式获得：

Y＝0.5((D-D_min)/(D_maz-D_min))+0.25    (3)

(可以调整极限0.25和0.75以便更好地使变换适应用户视觉器官 的可能的差异)。

可以方便地处理D和/或Y值，例如通过在由D假定的最小和最 大值上引入阈值或者应用“伽玛校正”算子(Pratt，[2])到以下类型的 公式建立的Y值，：

Y_(Y)＝Y^Y                             (4)

以便增强/减轻4D测量的各种特征。此外，如有必要，(非)线性过滤 器能被应用到Y值以便削弱噪声等。

目前为止创建的图像包括4D测量的声阻抗变化的黑色和白色表 达：我们现在必须叠加基础测量的图像，而不用改变图像亮度。色度 坐标YIQ的使用允许容易地实现上述目标：事实上可以充分地在坐标 C_B、C_R中编码基础测量的阻抗信息，而不改变Y值。必须选择关联 B(x，y，z)与C_B和C_R值的函数，以便遵守声阻抗常用的表达标准。这能 够通过一对以下类型的函数容易地完成：

C_B＝f(B)

C_R＝g(B)

在我们的例子中，我们选择(但是其他解决方法显然是可能的)：

C_B＝(B-B_min)/(B_max-B_min)

C_R＝1-C_B

其中B_min和B_max是由B(x，y，z)分别假定的最小和最大值。在这个 例子中，如同前一个例子中那样，显然应用前/后图像处理的算子也是 有用的。

在这一点上，一个图像在YC_RC_B中编码获得，一旦变换到RGB 空间，就能够被可视化在传统类型的图形外围单元(监视器、打印机 等)上。