Ct scan và ứng dụng trong phân tích mẫu lõi để tính toán độ rỗng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN LÂM QUỐC CƯỜNG

CT SCAN VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MẪU LÕI
ĐỂ TÍNH TỐN ĐỘ RỖNG

Chun ngành : Kỹ Thuật Khoan Khai Thác Và Cơng Nghệ Dầu Khí
Mã số: 60 53 50

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2015


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Mai Cao Lân
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Trần Đức Lân
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Hữu Chinh
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TSKH. Trần Xuân Đào – Chủ tịch
2. TS. Đỗ Quang Khánh – Thư Ký
3. TS. Trần Đức Lân – Phản biện 1
4. TS. Nguyễn Hữu Chinh – Phản biện 2
5. TS. Hoàng Quốc Khánh - Ủy viên

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Lâm Quốc Cường ..............................MSHV: 12370781 ...........
Ngày, tháng, năm sinh: 27/09/1986 ...........................................Nơi sinh: TPHCM ...........
Chuyên ngành: Kỹ thuật Khoan Khai Thác và CN Dầu Khí .....Mã số : 60 53 50............
I. TÊN ĐỀ TÀI: CT SCAN VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MẪU LÕI ĐỂ TÍNH
TỐN ĐỘ RỖNG ...........................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ....................................................................................
- Nghiên cứu ứng dụng của phương pháp CT Scan trong phân tích mẫu lõi tại Việt Nam,
mở ra một hướng đi mới trong việc nâng cao chất lượng trong việc đánh giá khả năng chứa
của vỉa dầu khí. ...................................................................................................................
- Nghiên cứu phương pháp xử lý hình ảnh để tính tốn độ rỗng của mẫu lõi đường kính lớn
và đưa ra những cơng thức thực nghiệm để tính cho tồn bộ hiệp mẫu. ............................
.............................................................................................................................................
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) .................................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) ..................
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): .......................................
.............................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA….………
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế khơng có sự thành cơng nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ
dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt
đầu học tập tại trường đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý
thầy, gia đình và bạn bè. Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy ở khoa
Địa chất – Dầu Khí đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến
thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường.. Nếu khơng có những
lời hướng dẫn, dạy bảo của các thầy thì em nghĩ cuốn luận văn này của em rất khó có thể
hồn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn các thầy đặc biệt là thầy Mai
Cao Lân là người trực tiếp hướng dẫn em. Bước đầu đi vào thực tế của luận văn còn hạn
chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, khơng tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em
rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy và các bạn học cùng
lớp để kiến thức này có thể phát huy nhiều hơn và ngày càng chuyên sâu hơn.
Trong quá trình thực hiện luận văn, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo tốt
nghiệp, khó tránh khỏi sai sót, rất mong các thầy bỏ qua. Đồng thời do trình độ lý luận
cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo khơng thể tránh khỏi những
thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp thầy để em học thêm được nhiều kinh
nghiệm.

Em xin chân thành cảm ơn!


ABTRACT
In recent years, applications tomography (CT) has been applied in the analysis of core
samples and developing. CT Scan is applied in the direction of core samples,
distinguishing samples inside core structure can be seen simultaneously heterogeneity of
the system ... a great help in selecting representative samples to separate plug area. With
the benefits that brings CT Scan, CT Scan application has been used for years in the
world and is seen as a mandatory step to be done when core analysis but for Vietnam, this
approach also quite new. Therefore, the author wants to introduce this method in part to
introduce a new method useful for core analysis to the oil and gas contractors in Vietnam,
partly to emphasize the importance of the method. Besides, the authors carried out a
study from the tomography image is high resolution. From the analysis of images
extracted from the tomography results, one can calculate the physical parameters of the
rock strata such as porosity, permeability, adhesion wet ... In this study, the porosity of
core samples were determined from the scans with single scan mode through many
different techniques as identified by technical hollow space or image segmentation
techniques and then digitized images are statistics and analysis Willow. Results
calculated porosity through CT Scan images will be compared with results of core
analysis standard (routine core analysis) is done on the principle of Helium gas expansion
to ensure the quality of the argument Willow. A total of 31 large-diameter core samples
(full diameter) taken from the wells of the Cuu Long and Nam Con Son and the Red
River was made tomography and image analysis. The subjects were divided into several
groups form different stones such as limestone, sandstone, fractured basement. These
samples have porosity of 11% - 40.9%, permeability from 0.002 mD - 1373 mD. From
the results of research and statistical data based on values set in grayscale grayscale value
of about 0 to 255, the authors came up with a standard gray-scale values (grayscale point)
of each group are looking for various stones and thereby establish the correlation formula
of experimental rock group to determine porosity for the entire half sample. This

calculation will help a lot for the calculation on a system passages can not get core
samples. At the same time this will be a new direction that the author wants to pursue to
develop and expand for the calculation of saturation, permeability and other indicators in
the analysis of core samples.


Tóm Tắt Luận Văn
Trong những năm gần đây, ứng dụng chụp cắt lớp (CT scan) đã được áp dụng trong phân tích
mẫu lõi và ngày càng phát triển. CT Scan được ứng dụng trong việc định hướng mẫu core,
phân biệt cấu trúc bên trong mẫu core đồng thời có thể thấy được tính bất đồng nhất của
thành hệ... giúp ích rất nhiều trong việc lựa chọn mẫu plug đại diện để phân tích. Với những
lợi ích mà CT Scan mang lại, việc ứng dụng CT Scan đã được thế giới sử dụng từ lâu và
được xem như là một bước bắt buộc cần phải làm khi phân tích mẫu lõi nhưng đối với Việt
Nam thì phương pháp này cịn khá mới mẻ. Chính vì thế tác giả mong muốn giới thiệu
phương pháp này một phần để giới thiệu một phương pháp mới giúp ích cho việc phân tích
mẫu lõi đến các nhà thầu dầu khí tại Việt Nam, một phần nhấn mạnh tầm quan trọng của
phương pháp. Bên cạnh đó, tác giả thực hiện một nghiên cứu từ những hình ảnh cắt lớp độ
phân giải cao này. Từ những phân tích hình ảnh trích xuất từ kết quả chụp cắt lớp, người ta
có thể tính tốn được các thơng số vật lý của đất đá vỉa như độ rỗng, độ thấm, độ dính
ướt…Trong nghiên cứu này, độ rỗng của mẫu lõi được xác định từ ảnh chụp cắt lớp với chế
độ quét đơn thông qua nhiều kỹ thuật khác nhau như xác định không gian rỗng bằng kỹ thuật
phân vùng ảnh hay kỹ thuật số hóa ảnh và sau đó được thống kê và phân tích số liệu. Kết quả
tính tốn độ rỗng thơng qua hình ảnh CT Scan sẽ được đem so sánh với kết quả phân tích
mẫu lõi tiêu chuẩn ( routine core analysis) được thực hiện theo nguyên tắc giãn nở khí
Helium để đảm bảo tính chất biện luận của số liệu. Tổng số 31 mẫu lõi đường kính lớn (full
diameter) lấy từ các giếng khoan thuộc bể Cửu Long, Nam Côn Sơn và Sông Hồng đã được
thực hiện chụp cắt lớp và phân tích hình ảnh. Các đối tượng mẫu được chia làm nhiều nhóm
đá khác nhau như đá vơi, đá cát kết, đá móng nứt nẻ. Các mẫu này có độ rỗng từ 11% - 40.9
%, độ thấm từ 0.002 mD - 1373 mD. Từ kết quả nghiên cứu và thống kê số liệu dựa trên tập
hợp các giá trị trên thang độ xám grayscale với khoảng giá trị từ 0 đến 255, tác giả đã đưa ra

giá trị độ xám chuẩn (grayscale point) cần tìm của mỗi nhóm đá khác nhau và từ đó lập các
cơng thức tương quan thực nghiệm của từng nhóm đá nhằm xác định độ rỗng cho toàn bộ
hiệp mẫu. Việc tính tốn này sẽ giúp ích rất nhiều cho những tính tốn trên những đoạn thành
hệ khơng lấy được mẫu core. Đồng thời đây sẽ là một hướng đi mới mà tác giả muốn theo
đuổi để phát triển và mở rộng cho việc tính tốn độ bão hịa, độ thấm và các chỉ tiêu khác
trong phân tích mẫu lõi.


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả luận văn có lời cam đoan danh dự về cơng trình khoa học của mình, cụ thể:
Tôi tên : NGUYỄN LÂM QUỐC CƯỜNG
Sinh ngày 27 tháng 09 năm 1986
Quê quán: TPHCM
Hiện công tác tại: Viện Dầu Khí Việt Nam
Là học viên cao học khóa 2012 trường Đại học Bách Khoa TPHCM
Mã số học viên: 12370781
Tôi cam đoan: Luận văn tốt nghiệp : “CT SCAN VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN
TÍCH MẪU LÕI ĐỂ TÍNH TỐN ĐỘ RỖNG” là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi,
các kết quả nghiên cứu có tính độc lập riêng, khơng sao chép bất kỳ tài liệu nào và chưa
công bố nội dung này ở bất kỳ đâu. Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực,
nguồn trích dẫn có chú thích rõ ràng, minh bạch, có tính kế thừa, phát triển từ các tài liệu,
tạp chí, các cơng trình nghiên cứu đã được cơng bố, các website.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về lời cam đoan danh dự của tôi.
TP. HCM, tháng 12 năm 2014
Tác giả


MỤC LỤC

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................1
I.1. Tổng quan về xử lý ảnh......................................................................................... 1
I.1.1. Xử lý ảnh, các vấn đề cơ bản ..........................................................................1
I.1.2. Thu nhận và biểu diễn ảnh ..............................................................................6
I.2. Các kỹ thuật nâng cao chất lượng hình ảnh ........................................................... 7
I.2.1. Các kỹ thuật không phụ thuộc không gian ...................................................... 7
I.2.2. Các kỹ thuật phụ thuộc không gian ............................................................... 15
I.3. Biên và phương pháp phát hiện biên ................................................................... 19
I.3.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 19
I.3.2. Các phương pháp phát hiện biên ................................................................... 20
I.3.3. Phát hiện biên gián tiếp ................................................................................ 25
CHƯƠNG 2: CT SCAN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH ĐỘ RỖNG BẰNG HÌNH
ẢNH CT SCAN .......................................................................................................... 29
II.1. CT Scan và ứng dụng trong phân tích mẫu lõi ................................................... 29
II.1.1. Định nghĩa .................................................................................................. 29
II.1.1. Ứng dụng của CT Scan trong phân tích mẫu lõi .......................................... 30
II.2. Phương pháp tính tốn độ rỗng thơng qua ảnh phân giải cao CT Scan ............... 35


II.2.1. Phương pháp lựa chọn ................................................................................. 35
II.2.1. Phương pháp tính tốn................................................................................. 36
CHƯƠNG 3: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ..................................... 48
II.1. Tiến hành thí nghiệm ......................................................................................... 49
II.2. Quy trình thực hiện ............................................................................................ 52
II.3. Kết quả .............................................................................................................. 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 67
DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................................. 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 70


DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Q trình xử lý ảnh ....................................................................... Trang 1
Hình 1.2: Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh ............................. Trang 2
Hình 1.3: Ảnh thu nhận và ảnh mong muốn .................................................. Trang 10
Hình 1.4: Ma trận 8-láng giềng kề nhau ....................................................... Trang 26
Hình 1.5: Ví dụ về chu tuyến của đối tượng ảnh. ........................................... Trang 27
Hình 1.6: Chu tuyến trong và chu tuyến ngồi .............................................. Trang 20
Hình 2.1: Máy CT Scanner ........................................................................... Trang 29
Hình 2.2: Cấu trúc bên trong máy CT Scanner ............................................. Trang 30
Hình 2.3: Ống mẫu thực tế ............................................................................ Trang 31
Hình 2.4: Mặt cắt đứng của mậu CT Scan .................................................... Trang 32
Hình 2.5: Mơ hình CT-Scan 3-D của 1m core ............................................... Trang 34
Hình 2.6: Ảnh CT các loại đất đá: Cacbonat-Cát kết-Granit ........................ Trang 35
Hình 2.7: Ảnh CT bị ảnh hưởng độ sáng của vật chất trong ống nhơm ........ Trang 36
Hình 2.8: Sự chênh lệch sáng tối của ảnh trên củng một loại đất đá ............. Trang 37
Hình 2.9: So sánh các phương pháp phát hiện biên của mẫu cát kết ............. Trang 38
Hình 2.10: So sánh các phương pháp phát hiện biên của mẫu cacbonat ....... Trang 39
Hình 2.11: So sánh các phương pháp phát hiện biên của mẫu granit ............ Trang 40
Hình 2.12: Ảnh thể hiện cách thức phân vùng ảnh ........................................ Trang 42
Hình 2.13: Ảnh trước và sau khi phân vùng .................................................. Trang 43


Hình 2.14: Ví dụ biểu đồ thống kê pixel theo thang độ xám ........................... Trang 45
Hình 3.1: Lưu đồ quy trình thực hiện ............................................................ Trang 49
Hình 3.2: Ảnh CT 1 lát cắt của mẫu FD19 .................................................... Trang 53
Hình 3.3: Ảnh sau khi phân vùng của lát cắt mẫu FD19 ............................... Trang 53

Hình 3.4:1 phần kết quả số hóa ảnh CT của mẫu FD19 ................................ Trang 54
Hình 3.5: Biểu đồ thống kê mức độ xám của lát cắt mẫu FD19 ..................... Trang 54
Hình 3.6: Biểu đồ tương quan độ rỗng từ CT Scan và phân tích mẫu lõi tiêu chuẩn
của mẫu cát kết ............................................................................................. Trang 63
Hình 3.7: Biểu đồ tương quan độ rỗng từ CT Scan và phân tích mẫu lõi tiêu chuẩn
của mẫu đá vôi .............................................................................................. Trang 65


DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng ước tính độ rỗng trung bình của mẫu ...............................Trang 46
Bảng 3.1: Các mẫu dùng cho thí nghiệm cắt lớp .......................................Trang 50
Bảng 3.2: Độ rỗng trung bình theo CT của các mẫu cát kết tại giá trị xám chuẩn X
=41 ...........................................................................................................Trang 56
Bảng 3.3: Độ rỗng của các mẫu cát kết tính tốn theo các giá trị độ xám .Trang 56
Bảng 3.4: Độ rỗng trung bình theo CT của các mẫu đá vôi tại giá trị xám chuẩn X
=70 ...........................................................................................................Trang 58
Bảng 3.5: Độ rỗng của các mẫu đá vơi tính tốn theo các giá trị độ xám..Trang 58
Bảng 3.6: Độ rỗng trung bình theo CT của các mẫu đá granit tại giá trị xám chuẩn
X =40 ........................................................................................................Trang 60
Bảng 3.7: Độ rỗng của các mẫu granit tính toán theo các giá trị độ xám ..Trang 60
Bảng 3.8:Kết quả độ rỗng trung bình của cát kết từ kết quả CT Scan theo điểm xám
chuẩn X=41 ..............................................................................................Trang 58
Bảng 3.9: Kết quả độ rỗng trung bình của đá vơi từ kết quả CT Scan theo điểm xám
chuẩn X=70 ..............................................................................................Trang 60
Bảng 3.10: Kết quả độ rỗng trung bình của đá granit từ kết quả CT Scan theo điểm
xám chuẩn X=40 .......................................................................................Trang 63


MỞ ĐẦU

Trên thế giới, phần lớn sản lượng dầu hiện tại được khai thác từ các mỏ sắp cạn kiệt, mức
độ bổ sung trữ lượng từ các mỏ mới cũng đang trên đà giảm mạnh. Cơng cuộc tìm kiếm
rồi đánh giá và cuối cùng là khai thác cần phải được xem xét kỹ lưỡng để quy trình của
việc phát triển một mỏ mới cần phải ngày càng chính xác và tối ưu hóa. Để đáp ứng cho
nhu cầu đó thì các nhà khoa học đã áp dụng nhiều kỹ thuật mới, tiên tiến hơn vào việc
tìm kiếm, thăm dị cũng như thẩm định, đánh giá vỉa chứa dầu khí. Nhiều nghiên cứu đã
được tìm ra, nhiều phương pháp mới đã được ứng dụng và một trong số đó là ứng dụng
phân tích hình ảnh thơng qua hình ảnh chụp cắt lớp phân giải cao CT Scan.
Công nghệ thông tin ngày càng phát triển, phần cứng máy tính và các thiết bị liên quan
đã có những tiến bộ vượt bậc về tốc độ tính tốn, dung lượng chứa, khả năng xử lý chính
vì vậy các cơng việc liên quan tới xử lý hình ảnh đã khơng cịn là trở ngại nữa. Khái niệm
ảnh số đã trở nên thông dụng với hầu hết mọi người trong xã hội và việc thu nhận ảnh số
bằng các thiết bị chuyên dụng cùng với việc đưa vào máy tình xử lý đã trở nên dễ dàng
hơn. Một trong những thiết bị chun dụng đó chính là máy CT ( computerizedtomography) Scanner – thiết bị đã trở nên quá quen thuộc trong ngành y tế. Việc phát
triển và sử dụng máy CT Scanner vào trong ngành dầu khí nói chung là một hướng đi mới
nhưng vơ cùng hiệu quả và giúp ích rất nhiều trong việc tìm kiếm thăm dị hay đánh giá
chất lượng vỉa chứa của chúng ta.
Công nghệ này đã được ứng dụng trên thế giới cũng được một thời gian nhưng đối với
Việt Nam thì nó cịn rất mới mẻ. Với mong muốn là một trong những cơ sở cũng như là
đơn vị mang tính chất nghiên cứu chuyên sâu, Viện dầu khí Việt Nam – Trung tâm phân
tích thí nghiệm mong muốn là những người đi tiên phong trong lĩnh vực này. Tác giả là
người có cơ hội làm việc trực tiếp với máy móc cũng như phần mềm xử lý nên tác giả


mong muốn được tìm hiểu cũng như nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này. Hiện nay rất
nhiều nhà thầu đặc biệt là các nhà thầu lớn như ExxonMobil, Premier Oil, Idemitsu,
Petronas, JVPC, Cuu Long JOC…đã đòi hỏi phát triển dịch vụ này vì tầm quan trọng của
nó trong việc đánh giá chất lượng vỉa nói chung và phân tích mẫu lõi nói riêng. Qua đây
tác giả mong muốn được giới thiệu cũng như đưa ra những nghiên cứu của mình về lĩnh
vực này nhằm mục đích phát triển tiềm năng phân tích của dịch vụ này cũng như phát

triển sâu hơn, xa hơn ứng dụng đầy tiềm năng này trong tương lai, góp phần nhỏ của mình
vào cơng cuộc phát triển ngành dầu khí nước nhà. Đó chính là lý do tác giả đã lựa chọn
đề tài này cho luận văn thạc sĩ của mình.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
-

Ứng dụng phương pháp CT Scan trong phân tích mẫu lõi và tổng hợp những lợi
ích mà CT Scan mang lại để làm nổi bật lên tầm quan trọng của phương pháp.

-

Ứng dụng phương pháp xử lí và phân tích hình ảnh để tìm ra phương pháp tính
tốn độ rỗng của mẫu lõi đồng thời cho thấy được tiềm năng ứng dụng phương
pháp này trong việc phân tích mẫu lõi chuyên sâu như tính tốn độ thấm, độ bão
hịa…

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
-

Đối tượng mẫu được lựa chọn nghiên cứu là các mẫu core tươi nguyên được đem
từ giàn khoan về để đảm bảo tính chất ban đầu trong vỉa.

-

Phạm vi mẫu được lấy là từ nhiều giếng của nhiều mỏ khác nhau để đảm bảo tính
đa dạng cũng như tính chính xác của phương pháp nghiên cứu.


Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

a. Ý nghĩa khoa học:
-

Nghiên cứu ứng dụng của phương pháp CT Scan trong phân tích mẫu lõi tại Việt
Nam, mở ra một hướng đi mới trong việc nâng cao chất lượng trong việc đánh giá
khả năng chứa của vỉa dầu khí như độ rỗng, độ thấm, độ bão hòa…

-

Nghiên cứu phương pháp xử lý hình ảnh để phát triển khả năng ứng dụng chun
sâu của phương pháp CT Scan, tìm ra các thơng số đặc tính của vỉa như độ rỗng,
độ thấm nhằm phục vụ trong việc đánh giá vỉa chứa đồng thời là đưa ra thêm
phương pháp đối chứng với những phương pháp truyền thống.

b. Ý nghĩa thực tiễn:
-

Ứng dụng phương pháp CT Scan trong phân tích mẫu lõi là mở ra một xu hướng
dịch vụ mới, góp phần mang lại lợi ích cho cơ quan nói riêng và ngành dầu khí nói
chung.

-

Tìm ra phương pháp tính tốn độ rỗng bằng hình ảnh CT Scan là chứng minh rõ
ràng nhất cho khả năng ứng dụng cao của phương pháp CT Scan trong mảng dịch
vụ mới này.



1

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I.1. Tổng quan về xử lí ảnh:
I.1.1. Xử lý ảnh, các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh
I.1.1.1 Xử lý ảnh là gì? [1]
Con người thu nhận thơng tin qua các giác quan, trong đó thị giác đóng vai trị quan trọng
nhất. Những năm trở lại đây với sự phát triển của phần cứng máy tính, xử lý ảnh và đồ
hoạ đó phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Xử lý ảnh và
đồ hoạ đóng một vai trị quan trọng trong tương tác người máy.
Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho ra kết quả
mong muốn. Kết quả đầu ra của một q trình xử lý ảnh có thể là một ảnh “tốt hơn” hoặc
một kết luận.

Hình 1.1. Q trình xử lý ảnh

Ảnh có thể xem là tập hợp các điểm ảnh và mỗi điểm ảnh được xem như là đặc trưng
cường độ sáng hay một dấu hiệu nào đó tại một vị trí nào đó của đối tượng trong không


2

gian và nó có thể xem như một hàm n biến P(c1, c2,..., cn). Do đó, ảnh trong xử lý ảnh
có thể xem như ảnh đa chiều.
Sơ đồ tổng quát của một hệ thống xử lý ảnh:

Hình 1.2. Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh

I.1.1.2. Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh [4,5]
a. Một số khái niệm cơ bản:
 Ảnh và điểm ảnh:
Điểm ảnh được xem như là dấu hiệu hay cường độ sáng tại 1 toạ độ trong không gian của
đối tượng và ảnh được xem như là 1 tập hợp các điểm ảnh.
 Mức xám, màu
Là số các giá trị có thể có của các điểm ảnh của ảnh
b. Nắn chỉnh biến dạng:
Ảnh thu nhận thường bị biến dạng do các thiết bị quang học và điện tử.


3

Hình 1.3. Ảnh thu nhận và ảnh mong muốn
Để khắc phục người ta sử dụng các phép chiếu, các phép chiếu thường được xây dựng
trên tập các điểm điều khiển.
c. Khử nhiễu:
Có 2 loại nhiễu cơ bản trong q trình thu nhận ảnh
• Nhiễu hệ thống: là nhiễu có quy luật có thể khử bằng các phép biến đổi.
• Nhiễu ngẫu nhiên: vết bẩn không rõ nguyên nhân → khắc phục bằng các phép lọc.
d. Chỉnh mức xám:
Nhằm khắc phục tính khơng đồng đều của hệ thống gây ra. Thơng thường có 2 hướng
tiếp cận:
• Giảm số mức xám: Thực hiện bằng cách nhóm các mức xám gần nhau thành một
bó.Trường hợp chỉ có 2 mức xám thì chính là chuyển về ảnh đen trắng. Ứng dụng: In ảnh
màu ra máy in đen trắng.
• Tăng số mức xám: Thực hiện nội suy ra các mức xám trung gian bằng kỹ thuật nội suy.
Kỹ thuật này nhằm tăng cường độ mịn cho ảnh.

4

e. Trích chọn đặc điểm
Các đặc điểm của đối tượng được trích chọn tuỳ theo mục đích nhận dạng trong q
trình xử lý ảnh. Có thể nêu ra một số đặc điểm của ảnh sau đây:
Đặc điểm không gian: Phân bố mức xám, phân bố xác suất, biên độ,điểm uốn ...
Đặc điểm biến đổi: Các đặc điểm loại này được trích chọn bằng việc thực hiện lọc vùng
(zonal filtering). Các bộ vùng được gọi là “mặt nạ đặc điểm” (feature mask) thường là
các khe hẹp với hình dạng khác nhau (chữ nhật, tam giác, cung tròn ...)
Đặc điểm biên và đường biên: Đặc trưng cho đường biên của đối tượng và do vậy rất
hữu ích trong việc trích trọn các thuộc tính bất biến được dùng khi nhận dạng đối tượng.
Các đặc điểm này có thể được trích chọn nhờ toán tử gradient, toán tử la bàn, toán tử
Laplace, toán tử “chéo khơng” (zero crossing)...
Việc trích chọn hiệu quả các đặc điểm giúp cho việc nhận dạng các đối tượng ảnh chính
xác, với tốc độ tính tốn cao và dung lượng nhớ lưu trữ giảm xuống.
f. Nhận dạng
Nhận dạng tự động (automatic recognition), mô tả đối tượng, phân loại và phân nhóm các
mẫu là những vấn đề quan trọng trong thị giác máy,được ứng dụng trong nhiều ngành
khoa học khác nhau. Tuy nhiên, một câu hỏi đặt ra là: mẫu (pattern) là gì? Watanabe, một
trong những người đi đầu trong lĩnh vực này đã định nghĩa: “Ngược lại với hỗn loạn
(chaos), mẫu là một thực thể (entity), được xác định một cách ang áng (vaguely defined)
và có thể gán cho nó một tên gọi nào đó”. Ví dụ mẫu có thể là ảnh của vân tay, ảnh của
một vật nào đó được chụp, một chữ viết, khn mặt người hoặc một ký đồ tín hiệu tiếng
nói. Khi biết một mẫu nào đó, để nhận dạng hoặc phân loại mẫu đó có thể:
Hoặc phân loại có mẫu (supervised classification), chẳng hạn phân tích phân biệt
(discriminant analyis), trong đó mẫu đầu vào được định danh như một thành phần của
một lớp đã xác định.


5

Hoặc phân loại khơng có mẫu (unsupervised classification hay clustering) trong đó các
mẫu được gán vào các lớp khác nhau dựa trên một tiêu chuẩn đồng dạng nào đó. Các lớp
này cho đến thời điểm phân loại vẫn chưa biết hay chưa được định danh.
Hệ thống nhận dạng tự động bao gồm ba khâu tương ứng với ba giai đoạn chủ yếu sau
đây:
1. Thu nhận dữ liệu và tiền xử lý.
2. Biểu diễn dữ liệu.
3. Nhận dạng, ra quyết định.
Bốn cách tiếp cận khác nhau trong lý thuyết nhận dạng là:
1. Đối sánh mẫu dựa trên các đặc trưng được trích chọn.
2. Phân loại thống kê.
3. Đối sánh cấu trúc.
4. Phân loại dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo.
Trong các ứng dụng rõ ràng là khơng thể chỉ dùng có một cách tiếp cận đơn lẻ để phân
loại “tối ưu” do vậy cần sử dụng cùng một lúc nhiều phương pháp và cách tiếp cận khác
nhau. Do vậy, các phương thức phân loại tổ hợp hay được sử dụng khi nhận dạng và nay
đã có những kết quả có triển vọng dựa trên thiết kế các hệ thống lai (hybrid system) bao
gồm nhiều mơ hình kết hợp.
Việc giải quyết bài tốn nhận dạng trong những ứng dụng mới, nảy sinh trong cuộc sống
không chỉ tạo ra những thách thức về thuật giải, mà còn đặt ra những yêu cầu về tốc độ
tính tốn. Đặc điểm chung của tất cả những ứng dụng đó là những đặc điểm đặc trưng
cần thiết thường là nhiều, không thể do chuyên gia đề xuất, mà phải được trích chọn dựa
trên các thủ tục phân tích dữ liệu.


6

g. Nén ảnh
Nhằm giảm thiểu không gian lưu trữ. Thường được tiến hành theo cả hai cách khuynh

hướng là nén có bảo tồn và khơng bảo tồn thơng tin. Nén khơng bảo tồn thì thường có
khả năng nén cao hơn nhưng khả năng phục hồi thì kém hơn. Trên cơ sở hai khuynh
hướng, có 4 cách tiếp cận cơ bản trong nén ảnh:
• Nén ảnh thống kê: Kỹ thuật nén này dựa vào việc thống kê tần xuất xuất hiện của
giá trị các điểm ảnh, trên cơ sở đó mà có chiến lược mã hóa thích hợp. Một ví dụ
điển hình cho kỹ thuật mã hóa này là *.TIF
• Nén ảnh khơng gian: Kỹ thuật này dựa vào vị trí khơng gian của các điểm ảnh để
tiến hành mã hóa. Kỹ thuật lợi dụng sự giống nhau của các điểm ảnh trong các
vùng gần nhau. Ví dụ cho kỹ thuật này là mã nén *.PCX
• Nén ảnh sử dụng phép biến đổi: Đây là kỹ thuật tiếp cận theo hướng nén khơng
bảo tồn và do vậy, kỹ thuật thướng nến hiệu quả hơn. *.JPG chính là tiếp cận theo
kỹ thuật nén này.
• Nén ảnh Fractal: Sử dụng tính chất Fractal của các đối tượng ảnh, thể hiện sự lặp
lại của các chi tiết. Kỹ thuật nén sẽ tính tốn để chỉ cần lưu trữ phần gốc ảnh và
quy luật sinh ra ảnh theo nguyên lý Fractal

I.2.2. Thu nhận và biểu diễn ảnh
I.2.2.1. Thu nhận, các thiết bị thu nhận ảnh
Các thiết bị thu nhận ảnh bao gồm camera, scanner các thiết bị thu nhận này có thể cho
ảnh đen trắng
Các thiết bị thu nhận ảnh có 2 loại chính ứng với 2 loại ảnh thông dụng Raster, Vector.
Các thiết bị thu nhận ảnh thông thường Raster là camera các thiết bị thu nhận ảnh thông
thường Vector là sensor hoặc bàn số hoá Digitalizer hoặc được chuyển đổi từ ảnh Raster.


7

Nhìn chung các hệ thống thu nhận ảnh thực hiện 1 q trình
• Cảm biến: biến đổi năng lượng quang học thành năng lượng điện
• Tổng hợp năng lượng điện thành ảnh

I.2.2.2. Biểu diễn ảnh
Ảnh trên máy tính là kết quả thu nhận theo các phương pháp số hoá được gắn trong các
thiết bị kỹ thuật khác nhau. Quá trình lưu trữ ảnh nhằm 2 mục đích:
• Tiết kiệm bộ nhớ
• Giảm thời gian xử lý
Việc lưu trữ thơng tin trong bộ nhớ có ảnh hưởng rất lớn đến việc hiển thị, in ấn và xử lý
ảnh được xem như là 1 tập hợp các điểm với cùng kích thước nếu sử dụng càng nhiều
điểm ảnh thì bức ảnh càng đẹp, càng mịn và càng thể hiện rõ hơn chi tiết của ảnh người
ta gọi đặc điểm này là độ phân giải.

I.2. Các kỹ thuật nâng cao chất lượng hình ảnh
I.2.1. Các kỹ thuật không phụ thuộc không gian
I.2.1.1. Giới thiệu
Các phép tốn khơng phụ thuộc khơng gian là các phép tốn khơng phục thuộc vị trí của
điểm ảnh. Ví dụ: Phép tăng giảm độ sáng , phép thống kê tần suất, biến đổi tần suất ...
Một trong những khái niệm quan trọng trong xử lý ảnh là biểu đồ tần suất (Histogram).
Biểu đồ tần suất của mức xám G của ảnh I là số điểm ảnh có giá trị g của ảnh I. Ký hiệu
là h(g).


8

Ví dụ:

I.2.1.2. Tăng giảm độ sáng
Giả sử ta có I ~ kích thước m × n và số ngun c
Khi đó, kỹ thuật tăng, giảm độc sáng được thể hiện
for (i = 0; i < m; i + +)
for (j = 0; j < n; j + +)

I [i, j] = I [i, j] + c;
• Nếu c > 0: ảnh sáng lên
• Nếu c < 0: ảnh tối đi
I.2.1.3. Tách ngưỡng
Giả sử ta có ảnh I ~ kích thước m × n, hai số Min, Max và ngưỡng θ
khi đó: Kỹ thuật tách ngưỡng được thể hiện


9

for (i = 0; i < m; i + +)
for (j = 0; j < n; j + +)
I [i, j] = I [i, j] > = θ? Max : Min;
* Ứng dụng:
Nếu Min = 0, Max = 1 kỹ thuật chuyển ảnh thành ảnh đen trắng được ứng dụng khi quét
và nhận dạng văn bản có thể xảy ra sai sót nền thành ảnh hoặc ảnh thành nền dẫn đến ảnh
bị đứt nét hoặc dính.
I.2.1.4. Bó cụm
Kỹ thuật nhằm giảm bớt số mức xám của ảnh bằng cách nhóm lại số mức xám gần nhau
thành 1 nhóm
Nếu chỉ có 2 nhóm thì chính là kỹ thuật tách ngưỡng. Thơng thường có nhiều nhóm với
kích thước khác nhau.
Để tổng qt khi biến đổi người ta sẽ lấy cùng 1 kích thước bunch_size.

I [i,j] = I [i,j]/ bunch - size * bunch_size ∀(i,j)