非摄影高动态成图在相干增强中的应用

周鹏 李绍鹏 李桂明

摘  要：由于河道砂体横向变化快、非均质性严重等特点，河道预测效果达不到预期。为了提高相干算法预测河道的效果，找到了一种能提取图像的局部相位和振幅值，突出异常特征的算法，即非摄影高动态范围图像色调映射算法。以期能对河道砂体识别和油气储层预测有所借鉴。

关键词：非摄影 动态成图 相干增强 应用

引言

由于第三代相干算法具有横向分辨率高，抗噪能力强的特点，所以近年来第三代相干算法被广泛运用于油气的储层预测中[1]。但由于河道砂体横向变化快、非均质性严重等特点，河道预测效果达不到预期[2，3，4]。为了提高相干算法预测河道的效果[5，6，7]，找到了一种能提取图像的局部相位和振幅值，突出异常特征的算法，即非摄影高动态范围图像色调映射算法[8]。该算法在频率域工作，通过保持特征的局部相位来确保特征的保真度，使其保持在一个大大减小的动态范围内，并通过高通滤波控制算法突出显示特征的尺度。上述两种算法的结合在实际应用中取得了较好的效果。

高动态范围图像

高动态范围图像（High-Dynamic Range，简称HDR），相比普通的图像，可以提供更多的动态范围和图像细节，根据不同曝光时间的LDR（Low-Dynamic Range，低动态范围图像），并利用每个曝光时间相对应最佳细节的LDR图像来合成最终HDR图像。它能够更好地反映出真实环境中的视觉效果。动态图像的灰度值分布很不均匀，只有少数像素点较亮，所以如果直接对图像进行线性的归一化（把灰度最大值映射为255，最小值映射为0）再显示，则图像会一片黑。色调映射（tone mapping）就是为了解决这个问题而生。

色调映射，是在有限动态范围媒介上近似显示高动态范围图像的一项计算机图形学技术。本质上来讲，色调映射要解决的问题是进行大幅度的对比度衰减将场景亮度变换到可以显示的范围，同时要保持图像细节与颜色等对于表现原始场景非常重要的信息。

此方法的基本原理是将图像分解为其局部相位和振幅值。振幅值通过某种函数衰减，然后利用原始相位值和衰减振幅值重建图像。为了获得局部相位和振幅值，需要用到单源滤波器。单源滤波器是由径向带通或高通滤波器与其Riesz变换组合而成。Riesz变换形成了一个與Hilbert变换等价的二维变换。它由两部分组成。如果我们在二维频域中定义两个滤波器u1，u2，则：

向量H=（H1，H2）的空间表示定义了Riesz变换的卷积核。这两个滤波器表示在图像的两个正交方向上的正交相移操作。为了获得局部相位和振幅信息，将图像1与带通或高通滤波器f以及的f两个Riesz变换滤波器h1f和h2f

进行卷积。它提供了三个输出，，和，其中表示卷积。

为了简洁，图1中的，h1f和h2f

均表示卷积后的结果。与带通滤波器的卷积输出对应于垂直坐标，而与Riesz变换滤波器h1f和h2f的卷积对应于两个水平坐标。纵轴可以认为是信号的实分量，而两个水平轴则代表信号在两个正交图像轴方向上的两个复数值、相移形式。

图像在位置（x，y）处的局部振幅为：

局部相位为：

局部方位为：

图像的动态范围缩小是简单地通过将范围缩小函数应用于振幅，然后使用原始相位重建来实现的。可以认为在保持空间方向不变的同时减少矢量在三维空间的长度，然后将其投影回垂直、真实的轴。

振幅范围的减小是使用振幅的对数log（A+1），或者在某些情况下，使用振幅的嵌套对数（log（log（A+1）+1）来实现的。其中，1被添加到幅度值中，以避免小于1的值的信号反转。重建的色调映射图像值T（x，y）由下式给出：

除了振幅范围减小函数的选择外，算法中的主要参数是滤波器f的选择。 高通滤波器能保存图像的细节，重要的是保留信号的所有高频分量，逐渐衰减信号的低频分量。当低频分量被移除时，小尺度特征就会被更广泛的尺度特征所淹没。通过去除信号中大量的低频分量，图像的动态范围进一步缩小。

应用实例

中江沙溪庙组气藏构造复杂、河道窄、厚度薄、物性较差且致密、储层非均质性强；隐蔽河道砂岩储层在地震数据中表现为中等波阻抗、中弱地震反射、连续性差，河道刻画难度大；研究区多期河道纵横交错叠置，不同层位、不同河道的天然气富集规律差异大，为气藏开发评价及建产选区带来极大困难。

使用研究区目的层JS32三维数据体以10ms时窗做远道叠加相干切片计算，并用色调映射算法处理该相干切片，结果如图2所示。

从图2可以看出，图2（b）比图2（a）反映地质体更清晰。图2（b）显示了河道的形状和延伸情况：河道的边界清晰、连续，空间展布和形态特征明确。河道纵横交错，总体呈西南－东北走向。由此可见，将色调映射算法运用到相干增强中取得了良好的效果。

结论

河道引起的地震波形变化是进行河道预测的基础。而相干体技术在处理三维数据体时，对这种地震波形变化很敏感，并能够在相干切片上较为明显地反映这种变化，从而达到预测河道的目的。

将非摄影高动态成图与相干技术结合，避免了因河道砂体横向变化快、非均质性严重等原因导致河道刻画不清晰的问题，可有效进行河道砂体识别和油气储层预测。

参考文献

[1]辛朝坤。薄层河道砂体的地震识别与雕刻[J]。石油工业计算机应用，2012（03）：34-35。

[2]刘杰，杨振团，帅庆伟。河道预测中的地震相干体技术[J]。长江大学学报（自然科学版）理工卷，2010，7（02）：195-197。

[3]旷红伟，高振中。地震相干技术在现河油田沙二段储层预测中的应用[J]。石油天然气学报，2010，32（01）：54-61+11。

[4]王振卿，王宏斌，龚洪林。地震相干技术的发展及在碳酸盐岩裂缝型储层预测中的应用[J]。天然气地球科学，2009，20（06）：977-981。

[5]苑书金。地震相干体技术的研究综述[J]。勘探地球物理进展，2007（01）：7-15+11。

[6]欧阳永林，杨池银。用常规及近、远道叠加剖面识别气层——以鄂尔多斯盆地苏里格庙气田盒8储层为例[J]。天然气地球科学，2003（04）：287-290。

[7]郑公营，曾婷婷。川西地区河道砂体刻画技术研究及应用[J]。当代化工研究，2018（03）：84-85。

[8]谢一凇，方俊永。高动态范围图像色调映射技术的发展与展望[J]。照明工程学报，2011，22（05）：11-17。

（作者单位：贵州能源产业研究院有限公司）