Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Каротажные данные и их предварительная обработка перед интерпретацией ГИС 11
1.1. Введение 11
1.2. Представление данных в цифровой форме 16
1.3. Математическая модель каротажной кривой 19
1.4. Редактирование данных ГИС 21
1.5. Технологическая схема формирования базы данных материалов ГИС 25
1.6. Схема автоматизированной обработки и интерпретации данных ГИС 27
1.7. Хранение каротажной информации. Формат LAS 29
1.7.1. Общее описание формата 29
1.7.2. Секции Las-файла 30
1.7.3. Мнемоники Las-файла 31
1.8. Программное обеспечение для оцифровки каротажных диаграмм 33
1.8.1. СИАЛ-ГИС 33
1.8.2. ScanCrv 36
1.8.3. Карпаты 39
1.8.4. Геопоиск 43
1.8.5. ScanDigit 45
1.9. Современные устройства протяжного сканирования 48
1.8.1. Mustek Paragon PageExpress 48
1.9.1. NeuraScanner 49
1.9.2. NeuraScanner “Turbo” 52
Глава 2. Математические критерии оценки точности сканирования каротажных диаграмм при оцифровке 54
2.1. Идентификация формы каротажного сигнала при формировании скан-образов 54
2.1.1. Определение функциональной зависимости каротажной диаграммы геофизического сигнала
2.1.2. Определение колебаний носителя, перпендикулярных в плоскости его движения, с нанесенной на него каротажной диаграммой, методом среднеинтегральной фильтрации 61
2.2. Определение поперечных колебаний бумажного носителя при сканировании каротажных диаграмм 67
2.3. Оптимальная оценка поперечных колебаний бумажной ленты с нанесенной на нее аналоговой каротажной диаграммы 74
2.3.1. Оптимальная оценка поперечных колебаний бумажного носителя при движении по непрерывной реализации исследуемого процесса 74
2.3.2. Оптимальная оценка поперечных колебаний бумажного носителя при движении при дискретизации исследуемого процесса 79
2.4. Оптимизация идентификации формы каротажной кривой при сканировании 87
2.5. Полученные результаты и выводы 95
Глава 3. Образование случайных погрешностей при оцифровке каротажных кривых и получении скан образов: статистический анализ 97
3.1. Введение 97
3.2. Рулонный сканер: устройство и принципы работы 98
3.3. Образование помех сканирования каротажных диаграмм при оцифровке: математический анализ 102
3.4. Исследование спектра случайных помех 105
3.5. Одномерное распределение: анализ 108
3.6. Полученные результаты и выводы 121
Глава 4. Создание информационно-измерительной и управляющей системы для анализа и устранения ошибок сканирования при оцифровке каротажных диаграмм 123
4.1. Введение 123
4.2. Общая структура ИИС 123
4.3. Описание и принципы работы линейных вибродвигателей 125
4.4. Способы и устройства для определения и устранения ошибок, возникающих в процессе сканирования 129
4.4.1. Измерение угла перекоса бумажного носителя при движении по отклонению его края от нормали 129
4.4.2. Методика измерения коэффициента продольных растяжений бумажной ленты 134
4.5. Алгоритмы обработки скан образов каротажных кривых 135
4.5.1. Математическое описание процесса поворота сканированного изображения 135
4.5.2. Математическая модель масштабирования скан-образа 138
4.5.3. Описание алгоритмов коррекции скан образа 140
4.5.4. Результаты работы программного комплекса 145
4.6. Полученные результаты и выводы 146
Заключение 148
Литература 1
- Технологическая схема формирования базы данных материалов ГИС
- Определение колебаний носителя, перпендикулярных в плоскости его движения, с нанесенной на него каротажной диаграммой, методом среднеинтегральной фильтрации
- Образование помех сканирования каротажных диаграмм при оцифровке: математический анализ
- Измерение угла перекоса бумажного носителя при движении по отклонению его края от нормали
Введение к работе
Актуальность темы. При автоматизированной обработке данных геофизических исследований скважин (ГИС) используется качественная исходная информация. До изобретения цифровых регистраторов каротажной информации качество оцифровки данных ГИС, в первую очередь, зависело от ввода информации с архивных бумажных лент в ЭВМ. На современном этапе данные геофизических исследований скважин сканируются, т.е. в процессе сканирования создается цифровая копия, которая затем загружается в персональный компьютер и обрабатывается. Процесс сканирования осуществляют рулонные (протяжные) сканеры. На рынке современной техники представлено огромное количество разнообразных моделей рулонных сканирующих устройств, которые разнятся функциональностью, качеством, быстродействием, оптическим разрешением, максимально возможной шириной бумажной ленты и другими важными характеристиками. Даже при таком изобилии сканирующих устройств невозможно найти совершенный рулонный сканер. При оцифровке данных ГИС с помощью подобных сканеров часто возникают проблемы, которые невозможно устранить заменой одного сканера на другой.
К наиболее серьезным проблемам, которые могут повлиять на данные геофизических исследований скважин, относятся: некачественная бумага, смещение бумажных носителей, износ деталей и механизмов устройства сканера, отвечающего за подачу лент. Для исключения искажений данных геофизических исследований скважин необходимо разработать меры по контролю процесса сканирования данных ГИС, связанных с качеством сканирования, анализом и выявлением систематических и случайных помех.
Для изучения случайных помех, которые могут повлиять на качество данные геофизических исследований скважин, в работе использованы методы теории вероятностей и случайных функций. Методы и подходы, проверенные на практике и обоснованные в работе, позволят стать основой для разработки последующих механизмов предотвращения помех при автоматизированной обработке данных ГИС.
Совершенствование технологии оцифровки каротажных диаграмм с твердого носителя и устранение влияния помех при их регистрации и считывании для формирования скан образов в цифровой форме является по-прежнему актуальной проблемой.
Область исследования. Диссертационная работа выполнена в соответствии с пунктами 5. «Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации» и 9. «Разработка проблемно-ориентированных систем управления, принятия решений и оптимизации технических объектов» паспорта специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в науке и технике).
Объектом исследования является технологии компьютерного моделирования и оцифровки каротажных диаграмм на основе информационно-измерительной и управляющей системы.
Предметом исследования являются математические и программно-инструментальные средства оценки точности оцифровки при сканировании каротажных диаграмм.
Цель работы заключается в проведении комплексных исследований, на-
правленных на создание информационно-измерительной и управляющей системы (ИИУС) для оцифровки каротажных кривых с бумажного носителя, разработку методики статистического анализа случайных помех при сканировании кривых, которые представимы в виде суперпозиции общего числа неслучайных незатухающих периодичностей и стационарного случайного процесса, а также разработку технических средств устранения погрешностей транспортирования бумажного носителя и алгоритмов коррекции скан-образов.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- построение информационно-измерительной и управляющей системы
для преобразования каротажной кривой из аналоговой в цифровую форму;
аппроксимация каротажной кривой по дискретным значениям ее ординат, полученным с помощью сканирующих по бумажному носителю оптических датчиков;
проведение спектрально-корреляционного анализа скан образов каротажной кривой для определения статистических характеристик помех, - возникающих при формировании скан образов;
разработка принципов и технических средств измерения поперечных перемещений, угла перекоса и продольного растяжения сканируемого бумажного носителя.
разработка методики и технических средств для устранения перекоса при продольном движении бумажного носителя;
- разработка алгоритмов коррекции для устранения погрешностей при
оцифровке каротажных кривых.
Методы исследования. При построении ИИУС использованы методы структурной декомпозиции для обеспечения эффективной настройки узлов и блоков, а также для их сопровождения и адаптации к определенным экземплярам оборудования и особенностям каротажных данных. Структура созданной системы основана на теоретическом базисе построения информационных и микропроцессорных вычислительных систем.
Программное компоненты ИИУС реализованы на языке программирования высокого уровня С++. В основе разработки математической модели оценки точности оцифровки и создания методики статистического анализа процесса получения скан-образов каротажных диаграмм лежат методы теорий вероятности и случайных функций, а обработка полученных каротажных кривых и их параметрическая оценка осуществлены с помощью быстрого преобразования Фурье.
Экспериментальная часть исследований основана на применении методов анализа погрешностей, возникающих при движении бумажного носителя за счет наличия угла перекоса, поперечных перемещений и продольной деформации.
Достоверность и обоснованность результатов и выводов, полученных в диссертационной работе, подтверждены результатами практического применения ИИУС и созданного программного обеспечения.
Полученные математические модели, алгоритмы и методики основаны на теории статистического анализа временных рядов, теории вероятности и случайных функций. Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением эффективных измерительных средств, обширным экспериментальным материалом, методами статистической обработки данных и высокой воспроизводимостью результатов.
На защиту выносятся результаты по созданию информационно-измерительной и управляющей системы для определения, анализа и устранения
ошибок оцифровки, возникающих при сканировании каротажных диаграмм, направленной на повышение качества вводимой каротажной информации при оцифровке данных геофизических исследований скважин, в том числе:
методика идентификации формы кривых каротажных диаграмм при получении скан образов.
методика определения поперечных колебаний движущегося носителя методом среднеинтегральной фильтрации при рассмотрении процесса сканирования как детерминированного и стационарного в широком смысле случайного процесса.
оптимальная оценка поперечных колебаний ленточного бумажного носителя при постоянной реализации случайного процесса
статистический анализ возникновения случайных погрешностей с исследованием спектральной плотности и ковариационной функции по дискрети-зированной реализации процесса.
математические модели контроля перекосов движущегося бумажного носителя и коррекции цифровых образов каротажных диаграмм
структура и алгоритм работы информационно-измерительной и управляющей системы, включающей устройство определения перекосов в процессе сканирования и программные компоненты для обработки оцифрованных каротажных кривых.
- разработка основополагающих принципов создания компьютеризиро
ванной ИИУС, построения аппаратных и программных компонентов системы,
предназначенных для обработки оцифрованных каротажных кривых.
Научная новизна полученных в работе результатов определяется впервые проведенным комплексом исследований, направленных на создание новых научно обоснованных аналитических и технических решений, положенных в основу разработки ИИУС для повышения качества оцифровки каротажных данных, а именно:
построена математическая модель для оценки точности сканирования при оцифровке каротажных диаграмм, включающая выражения и зависимости для оптимальной оценки формы каротажных кривых;
представлена методика выделения поперечных перемещений бумажного носителя с каротажными кривыми во время сканирования с помощью серии узких датчиков, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга;
решена задача оптимальной оценки поперечного перемещения движущейся бумаги с записанной на ней каротажной кривой по непрерывной и дискретной реализациям случайного процесса, представленного как суммы значений поперечного смещения и случайной ошибки;
разработана методика для статистического анализа случайных помех, образующихся при сканировании каротажных диаграмм с помощью сканеров, которая позволяет определять характеристики, необходимые для анализа потерь качества;
разработаны технические устройства и программное обеспечение, интегрированные с рулонными сканерами, предназначенные для диагностики и выявления программных ошибок и сбоев при анализе точности процесса сканирования.
Практическая ценность. Результаты диссертационной работы были применены для создания ИИУС для определения, анализа и устранения ошибок при оцифровке каротажных диаграмм. Разработанное программное решение позволяет повысить качество и эффективность процесса оцифровки каротажных данных ГИС. Программное обеспечение имеет универсальную структуру и при необхо-
димости может быть легко модифицировано под определенные требования или расширено новым функционалом, включающим методы для решения различных комплексов задач и процедуры обработки данных.
Реализация работы в производственных условиях. Результаты диссертации использованы при проведении хоздоговорных научно-производственных работ по оцифровке данных ГИС, полученных с объекта Арланского месторождения, совместно с ОАО «Белкамнефть».
Автор принял непосредственное участие в разработке, внедрении и сопровождении ИИУС и ее программных компонентов для обработки оцифрованных каротажных кривых, а также в обработке каротажной информации с более чем четырехсот скважин.
Результаты работы могут найти практическое применение в организациях, непосредственно осуществляющих полный цикл оцифровки и интерпретации данных ГИС, или занимающихся геофизическими исследованиями месторождений.
Апробация работы. Результаты этапов диссертационной работы докладывались на 36-й междунар. конф. «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Крым, Ялта-Гурзуф 2009), VI международной научно-практической конференции «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук» (Москва, 2011), XI международной конференции молодых ученых «Информационные технологии в науке, социологии и бизнесе» (Крым, Ялта-Гурзуф, 2013), XI международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки» (Москва, 2013). 6-й международной конференции «European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches (Stuttgart, Germany, 2013).
Публикации. Результаты работы отражены в 12 научных публикациях: 3 статьи в изданиях, рекомендованных для публикаций ВАК РФ, 9 статей в международных научно-технических конференциях и журналах.
Структура и объем работы. Текст диссертации состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 161 странице. В работу включены 47 рисунков, 3 таблицы, а также список литературы из 129 наименований.
Технологическая схема формирования базы данных материалов ГИС
На диаграмме бурения записывается диаметр ствола для соответствующих глубин и глубина установки обсадных колон. Эти данные должны быть ясно отражены в шапке каротажной диаграммы. Широко практикуется регистрация глубины обсадной колоны по каротажу. Каротажная глубина никогда и ни в коем случае не должна быть умышленно искажена. В случае если каротаж не пишется в зоне наличия обсадной колоны с целью определения глубины его нахождения, то специально отведенная для этого ячейка на шапке должна оставаться пустой. Помимо всего вышеуказанного в шапке должна быть отражена информация об общей глубине бурения, дате и времени каротажа после циркуляции, максимально зарегистрированная температура на забое.
В шапку также должна быть внесена информация о таких данных, как поднятие над уровнем земли, буровой площадки, моря, высоты над средним уровнем моря, роторным столом или другая подобная точка отсчета глубины. Очень важно, чтобы эти данные были точны, т.к. каротажная диаграмма представляет собой официальный документ. Все эти данные обычно располагаются и в хвостовой части диаграммы. Полевой инженер несет основную ответственность за полную и точную информацию, отраженную в шапке. Его имя также должно быть занесено в шапку.
В секции примечание записываются все необычные обстоятельства, наблюдаемые во время каротажа; причины, по которым плохо проведенный каротаж не был повторен, почему кривая СП не была записана и т.д. Другими словами это место на шапке, где полевой инженер объясняет все возникшие при каротаже проблемы. Например, свойства бурового раствора неблагоприятно влияют на замеры зондов. Если это так, то это должно быть указано в секции примечание. Немаловажно иметь в шапке информацию о количестве зондов, их серийном номере и добавочных компонентах. Данная информация часто полезна при изучении вопросов, возникающих во время интерпретации и расследовании проблем, возникших при работе зондов. Большинство нефтяных и геофизических компаний сталкивается с проблемой перевода аналоговых данных ГИС в цифровую форму и необходимостью перевода накопленных материалов на машинные носители. Огромные аналоговые фонды на предприятиях с течением времени ветшают и затрудняют поиск необходимой информации. Кроме того, на аналоговых материалах часто нанесена дополнительная информация (в виде пояснительных надписей), которая не поддается вводу в ЭВМ.
Современный уровень развития вычислительной техники и офисного оборудования позволяет решать эти задачи на базе использования цветных протягивающих сканеров и средств хранения информации на лазерных оптических дисках. Для решения этих задач подходят протягивающие сканеры, способные обеспечить цветное сканирование в режиме 24 бита на 1 пиксел (более 16 миллионов цветов). При этом в полученном образе будет практически без потерь воспроизведен оригинал бумажного носителя. Основными достоинствами хранения аналоговых данных в виде образов являются: 1) возможность практически мгновенного доступа к ним по сети ЭВМ; 2) возможность многократного воспроизведения оригинала на струнных или лазерных принтерах и плоттерах; 3) малое занимаемое место (на CD диске размещаются данные по нескольким скважинам); 4) возможность быстрой оцифровки необходимых материалов; 5) минимальная вероятность порчи данных в процессе хранения. Стоит сделать примерные расчеты стоимости процесса перевода данных ГИС на машинные носители.
Преобразование каротажных диаграмм необходимо для обработки диаграмм старого фонда, а также в случаях, когда на скважине запись данных каротажа в цифровой форме не производилась.
Правильность преобразования каротажных кривых контролируют путем проверки точности привязки цифровых данных к глубине, установления соответствия цифрового кода измеряемой величине и наличия служебных отметок: меток глубины, характерных точек, признаков контрольной и измеряемой информации и др. Этот контроль лучше всего осуществляют путем вывода введенных в компьютер и отредактированных кривых на графопостроитель и сравнения их с исходными кривыми. Помимо этого на отдельных этапах обработки с помощью специальных программ контролируют качество каротажных кривых с целью выявления и исправления некоторых систематических погрешностей.
Определение колебаний носителя, перпендикулярных в плоскости его движения, с нанесенной на него каротажной диаграммой, методом среднеинтегральной фильтрации
В настоящее время известно несколько широко распространенных форматов хранения данных, как в России, так и за рубежом. Одним из них (может быть даже самым популярным) является формат LAS. Аббревиатура LAS является сокращением от Log ASCII Standard (ASCII – American Standard Code for Information Interchange).Формат Las был разработан под руководством специального комитета Канадского общества каротажников (Canadian Well Logging Society s Floppy Disk Committee) [95].
Изначально формат LAS создавался для переноса данных с использованием гибких магнитных дисков (1.44 и др.). Хотя в настоящее время использование подобных носителей информации уже не столь актуально, формат не утратил своей популярности. Более того, со времен его разработки в первоначальный вариант несколько раз вносились дополнения. Сегодня файл формата LAS можно записать в трех версиях: 1.2, 2.0 и 3.0.
Общее описание формата Формат Las разрабатывался с той целью, чтобы данные, хранящиеся в файле были одинаково легко понятны рядовым пользователям и, в то же время с тем, чтобы программистам не составляло значительных затрат написание программ, способных читать и записывать информацию, следуя представленным правилам.
Во-первых, файлы формата Las – это всегда текстовые файлы, которые можно легко открыть и просмотреть с помощью любого текстового редактора.
Для удобства распознавания файла LAS среди всех остальных файлов, он должен иметь соответствующее расширение - “.LAS”. Файл должен иметь размер, не превышающий емкость стандартного накопителя на гибких магнитных дисках. В противном случае он должен быть разбит на несколько частей.
Las-файл состоит из нескольких разделов (секций). Порядок их размещения никак не регламентируется, за исключением того, что секция данных должна быть последней секцией в файле. Как правило, первым разделом записывается раздел “VERSION”, несущий в себе информацию об используемой версии формата. В секции “WELL INFORMATION” заключена информация о скважине, ее имени, положении и т.п. Раздел “CURVE INFORMATION” перечисляет имена каротажных кривых, записанных в данном файле. Секции “PARAMETER” и “OTHER” не являются обязательными и не всегда присутствуют в файле. Первая из них описывает различные параметры, относящиеся к скважине (такие, как сопротивление и вязкость бурового раствора). Вторая применяется для записи комментариев. Последней секцией файла обязательно должна быть секция “ASCII LOG DATA”. Здесь записываются колонки данных, отделенных друг от друга пробелами.
Как уже указывалось выше, каждый Las-файл состоит из нескольких разделов. Каждый раздел должен начинаться с использованием специального символа - тильды ( ). После него должна следовать буква латинского алфавита, означающая название данного раздела. После тильды может быть записана не одна буква, а целое словосочетание (например: Version Information Section), однако смысловую нагрузку несет именно первая буква и наличие других символов в строке не обязательно, их используют только лишь для удобства чтения.
Все секции подразделяют на обязательные и необязательные. Обязательными называют секции, которые всегда должны присутствовать в файле, поскольку в них записывается важная информация. Необязательные секции, напротив, можно не включать в состав файла – они используются для записи дополнительной информации.
В файлах LAS версий 1.2 и 2.0 используются следующие секции: V – информация о версии и режиме отображения данных в секции данных W – информация о скважине C – информация о каротажных кривых P – информация о различных параметрах и константах O – хранит любую другую информацию, не вошедшую в предыдущие секции (как правило, различного рода комментарии)
Мнемоники в Las-файлах используются для описания различных параметров. По сути, они представляют собой строки информации, записанные по определенным правилам. Информация всех секций, за исключением секций данных и комментариев, представлена совокупностью мнемоник. Все мнемоники секции подразделяются на обязательные и необязательные. Присутствие обязательных мнемоник каждой секции строго регламентируется стандартом формата, и их отсутствие является его нарушением. В общем виде мнемоника записывается в следующем виде: MNEM.UNITS DATA :DESCRIPTION OF MNEMONIC Здесь MNEM – имя мнемоники. Имя мнемоники может быть любой длины (состоять из любого количества символов), но оно не должно содержать внутри знаков пробела, точки или двоеточия. Однако наличие пробела разрешено в начале имени (до первой буквы), а также в конце имени мнемоники до точки. Пробелы используются для выравнивания имен по количеству символов.
UNITS – единицы измерения описываемого мнемоникой параметра (если к параметру применимо понятие единицы измерения). Если единица измерения имеет место, она должна располагаться сразу за именем мнемоники, отделенная от него точкой. Так же, как и имя мнемоники, единица измерения может иметь любую длину, но не должна содержать символы пробела и двоеточия.
DATA – значение или данные, относящиеся к мнемонике. Эти данные могут быть любой длины, а также могут содержать знаки пробела и точки (но не двоеточия), если это необходимо. Впереди значения должен быть записан по крайней мере один пробел, чтобы отделить его от имени мнемоники и единицы измерения. Справа от значения должен стоять знак двоеточия для того, чтобы отделить его от описания (наличие пробелов справа необязательно).
Образование помех сканирования каротажных диаграмм при оцифровке: математический анализ
При автоматизированной обработке данных геофизических исследований скважин (ГИС) используется качественная исходная информация [76, 109]. До изобретения цифровых регистраторов каротажной информации качество оцифровки данных ГИС, в первую очередь, зависело от ввода информации с архивных бумажных лент в ЭВМ. На современном этапе данные геофизических исследований скважин сканируются, т.е. в процессе сканирования создается цифровая копия, которая затем загружается в персональный компьютер и обрабатывается. Процесс сканирования осуществляют рулонные (протяжные) сканеры. На рынке современной техники представлено огромное количество разнообразных моделей рулонных сканирующих устройств, которые разнятся функциональностью, качеством, быстродействием, оптическим разрешением, максимально возможной шириной бумажной ленты и другими важными характеристиками. Даже при таком изобилии сканирующих устройств невозможно найти совершенный рулонный сканер! При оцифровке данных ГИС с помощью подобных сканеров часто возникают проблемы, которые невозможно устранить заменой одного сканера на другой.
К наиболее серьезным проблемам, которые могут повлиять на данные геофизических исследований скважин, относятся: некачественная бумага, смещение бумажных носителей, износ деталей и механизмов устройства сканера, отвечающего за подачу лент.
Для исключения искажений данных геофизических исследований скважин необходимо разработать меры по контролю процесса сканирования данных ГИС, связанных с качеством сканирования, анализом и выявлением систематических и случайных помех.
Для изучения случайных помех, которые могут повлиять на качество данные геофизических исследований скважин, в работе использованы методы теории вероятностей и случайных функций. Методы и подходы, проверенные на практике и обоснованные в работе, позволят стать основой для разработки последующих механизмов предотвращения помех при автоматизированной обработке данных ГИС.
На первой стадии оцифровки данных геофизических исследований скважин применяются рулонные или протяжные сканеры. Принципы работы подобных сканирующих устройств общеизвестны [86, 100]. Рассмотрим общий принцип работы рулонного сканера, который изображен в виде схемы на рис. 3.1.
Бумажная лента с нанесенными каротажными кривыми (документ с данными геофизических исследований) приводится в действие с помощью протяжного механизма, рядом с которым установлены лампа подсветки и система зеркал. Документ, который подается на сканер, проходит через два валика протяжного механизма. При каждой подаче бумажной ленты с данными свет от лампы отражается от документа и с помощью зеркал проецируется на матрицу. Следует напомнить, что матрица состоит из чувствительных датчиков, фиксирующих напряженность отраженного света за счет преобразования в электрический импульс. Чаще всего эти элементы известны как CCD (с англ. – Couple-Charged Device) или в русском переводе ПЗС (прибор с зарядовой связью). Далее полученный сигнал преобразовывается в цифровой, проходит обработку и передается в ЭВМ. Переданный документ с данными исследований находится в компьютере и может быть использован для дальнейших исследований.
Итак, при каждой подачи бумажной ленты (документа с данными ГИС) сканер фиксирует одну горизонтальную полоску документа, поделенную на некоторое количество пикселов на линейке прибора с зарядовой связью. В результате получается изображение, которое представлено в виде полосок,
С помощью аппаратного интерфейса данные, полученные через сканер, передаются в компьютер. Наиболее общеустановленным интерфейсом для передачи цифровых данных является SCSI (Shugart Associates System Interface) интерфейс. Преимущество SCSI-интерфейса в том, что он обеспечивает аппаратную совместимость всех периферийных устройств.
На сегодняшний день наиболее распространенными сканерами являются модели, которые не требуют снятия крышки системного блока для установки платы, а сразу подключаются к параллельному порту компьютера. Это идет речь об интерфейсе USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). С его появлением большинство новых моделей сканеров используют данный интерфейс [25].
Важными характеристиками современных рулонных сканеров, предназначенных для оцифровки данных ГИС, являются оптическое разрешение, поддерживаемая глубина цвета точек изображения, интервал оптических плотностей.
Оптическое разрешение сканера используется для определения разрешающей способности при считывании информации на плоский носитель. Разрешение характеризуется количеством точек, которые приходятся один на дюйм носителя, DPI (dots per inch). К примеру, обозначение 600300 DPI говорит о том, что разрешающая способность устройства равняется 600 точек в горизонтальном и 300 точек в вертикальном направлении в квадратной области размером 1 дюйм. То есть, чем выше оптическое разрешение сканера, тем детальнее будет информация, считанная с носителя и изображение будет более четким и может подвергаться масштабированию без существенной потери качества.
Оптическое разрешение сканера распознается ПЗС матрицей вдоль горизонтального направления. При продвижении бумажной ленты (документ с данными ГИС) двигатель подающего механизма сканера позволяет делать определенное число точек на дюйм, то есть определяет оптическое разрешение по вертикальной оси. Чтобы увидеть реальное оптическое разрешение сканера необходимо при его работе принимать меньшее значение.
Глубина цвета – также важная составляющая сканера. Около 17 миллионов оттенков цвета различают глаза человека или более 250-ти оттенков серого (фотографическое свойство). Эти данные соответствуют 24-битному воссозданию цвета или 8-битному для изображения в оттенках серого. Процесс образования цифрового сигнала в сканере из электрического сигнала) осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя. Глубина цвета сканера говорит о высокой разрядности АЦП и качестве исполнения CCD. Если в результате действия сканера получаем по каждой составляющей 256 градаций (8 бит), то оттенков получается 8х3=24 бит=16.77 млн.
Измерение угла перекоса бумажного носителя при движении по отклонению его края от нормали
Во время сканирования, помимо перекосов существуют и другие помехи, которые влияют на качество сканированных образов. Нужно учесть продольные деформации бумажной ленты, которые связаны с качеством носителя.
Лучший вид контролировать ввод - это ориентация на калиброванные отметки, которые нанесены на бумажной линии. Когда мы говорим о каротажных диаграммах, этими отметками могут являться и линии координатной сетки, которая нанесена на диаграмме (см. рис. 2).
Примем d за расстояние между 2-мя расположенными рядом на бумажной ленте горизонтальными линиями координатной сетки. Расстояние d измерим в пикселах.
Рассчитаем коэффициент растяжения бумажной ленты К так: d К = , (4.10) ст здесь dftQ - это стандартное расстояние в пикселах между линиями координатной сетки. Величину dftQ определим так: СТ 2.54 здесь г - это расстояние в см между линиями координатной сетки на бумажной ленте. Чтобы компенсировать продольное растяжение и сжатие бумажной ленты во время сканирования нужно скорректировать шаг подачи бумажного носителя, а это означает, что нужно менять вертикальное оптическое разрешение процесса сканирования.
Также поговорим и о другом подходе, чтобы убрать продольные деформации, он будет рассмотрен ниже.
Алгоритмы обработки скан образов каротажных кривых Те алгоритмы, которые описаны в параграфе, направлены на обработку скан-образов каротажных кривых, чтобы устранить помехи. Для программной реализации алгоритмов может быть использован как программный компонент ИИС, так и самостоятельный инструмент для обработки сканированных изображений каротажных диаграмм для устранения ошибок сканирования. Алгоритмы характеризуются программной реализацией, которая прошла опытные испытания [99, 127].
В данном параграфе мы определили критерии для определения помех, математические модели и алгоритмы графической коррекции изображения на сканируемом образе. Еще был рассмотрен фрагмент тестового изображения после коррекции (рис. 4.14).
В форме матрицы преобразование (4.11) запишем та Во время поворота растровых изображений на угол, не кратный п /2, появляются проблемы, которые вызваны дискретным характером изображения. Есть 2 варианта решения задачи поворота изображения [65, 81]:
1. Считываются строки оригинального изображения, рассчитываются значения координат точек для картины полного результата. Отсутствие дырок на результирующем изображении будет только когда используется вещественная арифметика, с возможностью повторного занесение точек.
2. Считываются строки результирующего изображения и далее по координатам следующей точки можно определить координаты пиксела исходного изображения. Такой метод является гарантией отсутствия «дырок», а также исключается повторное занесение пикселов.
Теперь поговорим о выборе параметра п - это длина участка скан-образа, который обрабатывается (на параметр т влияет ширина области сканирования и принятого оптического разрешения). Длине не следует быть чересчур маленькой, так как тогда нужно будет проделать много лишних вычислений. Однако, выбирая большое п, нужно помнить, что велик шанс допустить ошибку, которая вызвана нелинейным характером перекосов. Судя по производственному опыту и расчетам [97], следует выбрать и=10..15% от т. Значит, при ширине сканирования 21 см, разрешении 100 dpi, значения /77=827 пикс., и=83..124 пикс. Отметим, что с целью корректного преобразования исходной матрице S нужно быть больше по размеру, к примеру 2п х т .
