本發(fā)明專利技術提出一種基于過渡區(qū)與相疊合的位場異常邊緣增強方法，該方法用于位場(重力場和磁場)異常確定地質體邊緣位置的研究中。本方法通過改進的共生矩陣計算、過渡區(qū)異常范圍確定、閾值化對比度的計算、相疊合信息的提取、閾值化對比度與相疊合信息的融合處理和重磁數(shù)據(jù)處理結果判斷等步驟來實現(xiàn)了地下異常體的邊緣位置的判斷。本發(fā)明專利技術首次將閾值化對比度與相疊合信息融合；通過增強過渡區(qū)從而確保邊緣位置，同時能利用相疊合信息對微弱異常的敏感性。本方法能凸顯邊緣異常，揭示細微差異，具有準確性高、分辨力強的優(yōu)點。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于地球物理勘探
，涉及一種基于過渡區(qū)與相疊合的位場(重力場和磁場)異常的邊緣增強方法，可用于確定對應地質體的邊緣位置，從而可以有效地對地下地質體進行精細描述。
技術介紹
應用地球物理資料進行地下地質體邊緣的精確定位，是地質-地球物理解釋中的一項重要工作，它不僅可以刻劃巖性的變化，還可以提供有關構造體系、變形樣式等豐富的地下地質信息。在研究地質目標體的橫向不均勻性特別是地質目標體的邊緣位置時，地球 物理勘探方法中的重力位場和磁力位場具有獨特的優(yōu)勢。重力勘探是利用重力儀在野外觀測地下物質密度差異引起的重力異常，以查明地下的地質構造和巖性異常體。磁法勘探則是利用磁力儀在野外觀測地下物體磁性差異引起的磁力異常，以查明地下的地質構造和磁性異常體。地質目標體邊緣通常是指斷裂構造線、不同地質體的邊界線等，實際上是具有一定密度或磁性差異地質體的分界線。由于研究地區(qū)往往構造演化復雜，許多重要的位場異常(或稱重磁異常)邊緣信息已被淹沒在多次構造疊加場信號中。例如，當巖體或斷裂的規(guī)模比較小，埋藏很深(隱伏)時，其邊緣可能不具有明顯的重力、磁力異常特征。因此，需要發(fā)展有效的弱異常增強與識別(檢測)技術，以便獲取準確的邊緣信息。這是位場研究中的一個重要課題。在地質體的邊緣位置及其附近，重力、磁力異常變化率較大，這是所有邊緣識別和增強方法的基礎。目前利用重、磁位場識別地質體邊緣的方法主要可分為數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)值計算和其他三大類。或者可以劃分為這樣四類基于水平導數(shù)和垂直導數(shù)及其組合的方法，基于梯度的方法，基于局部相位的方法，其他方法。這些方法的共性是通過對重磁數(shù)據(jù)進行變換處理，在變換域中突出異常梯度帶、線性特征、異常扭曲等，能以半自動的方式且僅需要少數(shù)假定就可能獲取邊緣信息。然而，這些方法或多或少地存在一些問題，例如傳統(tǒng)的梯度類方法易受干擾的影響，使得計算的邊緣混亂，而且由于疊加異常的影響異常較弱時很難識別場源邊界；由于傾斜邊緣、不規(guī)則邊緣的存在，以及不同埋深、數(shù)據(jù)精度、網(wǎng)格間距等因素的影響，異常體的邊緣反映到重磁異常上有時表現(xiàn)為“模糊化”的邊緣。邊緣的“模糊化”再加上水平導數(shù)、垂向導數(shù)及梯度方法自身的局限性，會造成這些常規(guī)處理方法常常不能準確地確定邊緣。在《CanadianJournal of Remote Sensing》2009 年發(fā)表的《The utility ofpotential field enhancements forremote predictive mapping))一文中，Pilkington 和Keating比較了 12種不同的位場異常邊緣檢測方法，他們認為沒有一種方法能夠準確地定位所有類型異常源的所有邊緣。在圖像處理領域中，國內外一些學者認為因圖像質量、分辨率等因素，數(shù)字圖像中的目標體與背景之間存在著“過渡區(qū)”，具有一定寬度，目標體的邊緣位于過渡區(qū)之內；過渡區(qū)的存在導致梯度類、導數(shù)類方法往往不能準確地定位邊緣。在地球物理位場領域，異常邊緣的“模糊化”是否也意味著過渡區(qū)的存在？關于這一問題目前尚未見到公開發(fā)表的認識，位場過渡區(qū)的研究尚未開展。因位場本身是疊加效應的特點，加上目標埋深、數(shù)據(jù)精度、網(wǎng)格間距等因素的影響，異常邊緣有時會表現(xiàn)為弱異常，或者與其它異常特征差異不明顯。這時常規(guī)的梯度類、導數(shù)類方法不能有效地增強或檢測出邊緣。在《Journal ofComputer Vision Research》1999年發(fā)表的《Image features from phase congruency》中，提出圖像中的階狀邊緣、線條等特征對應于傅里葉分量最大相位處，據(jù)此得出認識利用相疊合能提取圖像特征，并且效果明顯優(yōu)于梯度類方法。位場異常邊緣是否也具有類似的相疊合特征？相疊合信息能否應用于位場異常邊緣的增強處理中？根據(jù)目前國內外公開發(fā)表的文獻及其它媒介，迄今為止尚未開展這類研究。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是為了增強地下地質目標體的位場邊緣異常，針對目前國內外常用方法不適用于“模糊化”邊緣的局限性，提出一種基于過渡區(qū)和相疊合的邊緣增強方法。該方法既基于位場數(shù)據(jù)的特性，能增強過渡區(qū)從而確保邊緣位置，又能利用相疊合信息提高對細微異常差異的探測能力，同時克服相疊合對噪音敏感的不足。本專利技術的目的是通過下述技術方案來實現(xiàn)。基于過渡區(qū)與相疊合的地球物理位場異常邊緣增強方法，由八個關鍵步驟實現(xiàn)(I)在工區(qū)利用重力儀或磁力儀在野外采集重力或磁力資料即重磁數(shù)據(jù)資料。(2)對野外采集的重磁數(shù)據(jù)資料進行各種常規(guī)校正及改正，得到網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A。(3)改進的共生矩陣計算針對位場異常特征，對共生矩陣的計算進行了兩個方面的改進一是僅考慮計算窗口中心點與窗內其它點的共生對(AM，y), Aa(x, y)) ; 二是根據(jù)共生對的間距值d對共生對進行加權處理，以突出最鄰近點的共生概率；那么，網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A改進后的共生矩陣C(i，j，d，Θ)由下式計算m η ____C(i,j，d，0) = ΣΣ Σ j=l 產(chǎn)I其中x，y分別是重磁資料的平面網(wǎng)格點坐標，m是網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A的橫向網(wǎng)格點個數(shù)，η是縱向網(wǎng)格點個數(shù)；i和j是異常值，其數(shù)值范圍介于最小異常值minA與最大異常值maxA之間；(1是共生對(Λ0(χ，γ)和么“乂。))的間距，即窗口中心點A。與窗內其它點Aa之間的網(wǎng)格點數(shù)；Θ是共生對的方向角度，取值為0° ,45° ,90° ,135° ,180° ,225°，270°，315°山是權系數(shù)，與共生對的間距d有關，h= Ι/d;計算窗口的大小依據(jù)重磁數(shù)據(jù)的尺度(網(wǎng)格點個數(shù))而定，重磁數(shù)據(jù)尺度大，計算窗口可取3X3，5X5，或7X7，尺度小，取 3X3。(4)過渡區(qū)異常范圍確定網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣所顯示的過渡區(qū)異常特征，是異常體邊緣位于具有一定寬度(I個或幾個網(wǎng)格間距)、“模糊”的區(qū)域之內(“模糊”在本領域的解釋與圖像處理中一樣)，在共生矩陣空間里，過渡區(qū)是分布于矩陣對角線之外的區(qū)域，即對應的共生對Ajx，y)和Aa (X，y)(異常值分別為i和j)其差值I i_j I彡thr ；閾值咖= SZd*CW))/ZEC，(z·,·/)，其中C，(i，j)代表特殊化的共生矩陣，即對應于權利要求1.，其包括下面步驟 1)在工區(qū)利用重力儀或磁力儀在野外采集重力或磁力資料(即重磁數(shù)據(jù)資料)； 2)對野外采集的重磁數(shù)據(jù)資料進行各種常規(guī)校正及改正，得到網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A; 3)改進的共生矩陣計算針對位場異常特征，對共生矩陣的計算進行了兩個方面的改進一是僅考慮計算窗口中心點與窗內其它點的共生對(Aj^yhAj^y)) ;二是根據(jù)共生對(Ajx, y), Aa(X, y))的間距值d對共生對(Ajx, y), Aa (x, y))進行加權處理，以突出最鄰近點的共生概率；經(jīng)過處理后的網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A改進后的共生矩陣C(i，j，d，Θ)由下式計算 m ηC(i,j,d,0) = H Yi_S(i,A0(x,y))S(j,Aa(x + Ax,y + Ay))*h, ^ j e ·Λ=1 y~^ ε=^Δχ2+Αγ2 其中x，y分別是重磁資料的平面網(wǎng)格點坐標，m是網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A的橫向網(wǎng)格點個數(shù)，η是縱向網(wǎng)格點個數(shù)；i和j是異常值，異常值本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種基于過渡區(qū)與相疊合的位場異常邊緣增強方法，其包括下面步驟：1)在工區(qū)利用重力儀或磁力儀在野外采集重力或磁力資料(即重磁數(shù)據(jù)資料)；2)對野外采集的重磁數(shù)據(jù)資料進行各種常規(guī)校正及改正，得到網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A；3)改進的共生矩陣計算：針對位場異常特征，對共生矩陣的計算進行了兩個方面的改進：一是僅考慮計算窗口中心點與窗內其它點的共生對(Ao(x，y)，Aa(x，y))；二是根據(jù)共生對(Ao(x，y)，Aa(x，y))的間距值d對共生對(Ao(x，y)，Aa(x，y))進行加權處理，以突出最鄰近點的共生概率；經(jīng)過處理后的網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A改進后的共生矩陣C(i，j，d，θ)由下式計算：C(i,j,d,θ)=Σx=1mΣy=1nΣϵ=Δx2+Δy2δ(i,Ao(x,y))δ(j,Aa(x+Δx,y+Δy))*h,i，j∈[minA，maxA]其中：x，y分別是重磁資料的平面網(wǎng)格點坐標，m是網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A的橫向網(wǎng)格點個數(shù)，n是縱向網(wǎng)格點個數(shù)；i和j是異常值，異常值的數(shù)值范圍介于最小異常值minA與最大異常值maxA之間；d是共生對(Ao(x，y)和Aa(x，y))的間距，即窗口中心點A`與窗內其它點Aa之間的網(wǎng)格點數(shù)；θ是共生對的方向角度；h是權系數(shù)；4)過渡區(qū)異常范圍確定：網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣所顯示的過渡區(qū)異常特征，是異常體邊緣位于具有一定寬度(1個或幾個網(wǎng)格間距)、“模糊”的區(qū)域之內，在共生矩陣空間里，過渡區(qū)是分布于矩陣對角線之外的區(qū)域，即對應的共生對Ao(x，y)和Aa(x，y)(異常值分別為i和j)的差值|i？j|≥thr；閾值計算窗口的閾值是局部閾值；5)閾值化對比度的計算：根據(jù)步驟3)得到的共生矩陣和步驟4)確定的閾值，得到改進后的共生矩陣統(tǒng)計量——閾值化對比度Con，Con(A)=Σi=1sΣj=1s(i-j)2C(i,j)=Σi=1sΣj=1sp2C(i,j),|i？j|≥thrC(i，j)同上式中的C(i，j，d，θ)，是網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A的改進共生矩陣；s是網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A的最大異常值；閾值化對比度以沿重磁數(shù)據(jù)網(wǎng)格點逐一移動的窗口內計算，計算結果能突出異常梯度帶、陡變帶、異常分界線等；6)相疊合信息的提取：利用從對數(shù)二維Gabor小波計算得出的二維相疊合信息PC，提高對弱異常或細微差異的探測能力；PC用下列公式計算：其中：o代表方位的編號，e代表小波尺度；Wo(x)是頻率伸展的加權因子；Geo(x)是某個給定小波尺度e的變換幅值；μ是數(shù)值很小的常數(shù)，其用途是避免上式中除數(shù)為零；To是估計的噪音影響因子；φeo(x)是相位角偏差，數(shù)值范圍是[0，π/2]，是平均相位角；7)閾值化對比度與相疊合信息的融合處理：將閾值化對比度Con與相疊合信息PC做基于局部熵度的加權融合處理，得到處理后的數(shù)據(jù)矩陣R，以用于增強異常邊緣；融合處理公式如下：R(x，y)＝w1Con(x，y)+w2PC(x，y)其中：w1與w2是權重值；8)重磁數(shù)據(jù)處理結果判斷：網(wǎng)格重磁數(shù)據(jù)矩陣A經(jīng)過步驟2)、3)、4)、5)、6)、7)的處理后，在結果數(shù)據(jù)矩陣R中的異常梯度帶、線性特征、異常扭曲的特征凸顯為高值且指示為邊緣；除異常梯度帶、線性特征、異常扭曲的特征之外的異常表現(xiàn)為中等值或低值，進而而實現(xiàn)了邊緣的增強顯示；根據(jù)邊緣的增強顯示，結合研究區(qū)地質及其它地球物理資料，判別地下異常體的邊緣位置。FSA00000803757600012.tif,FSA00000803757600014.tif,FSA00000803757600015.tif...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張麗莉，郝天珧，江為為，
申請(專利權)人：中國科學院地質與地球物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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