Principios y aplicaciones prácticas de la adquisición de imágenes centrales
Wang Hao, Zhang Lihai, Jiang Ailing, Tian Rongjun
(Centro de Datos Geológicos Físicos del Ministerio de Tierras y Recursos, Beijing 101149)
Resumen Núcleo La adquisición de imágenes se refiere al uso de tecnología de adquisición CCD de matriz lineal y tecnología de procesamiento de imágenes para recopilar información de la imagen en la superficie exterior del núcleo. Este artículo analiza el principio de funcionamiento del instrumento mecatrónico de adquisición de imágenes, el procesamiento de adquisición de imágenes y la aplicación práctica de la adquisición de imágenes centrales.
Palabras clave núcleo; imagen; adquisición; aplicación
1. Introducción
El núcleo de roca contiene la información geológica más crítica e intuitiva en el trabajo de exploración y desarrollo geológico. También es la fuente más importante de datos de análisis geológicos y parámetros físicos para la exploración geofísica. Sin embargo, en el trabajo geológico, la observación y el muestreo de los núcleos provocarán que los núcleos se rompan o falten, además, durante el proceso de preservación de los núcleos, inevitablemente se producirá erosión y daños a los núcleos debido a la profundidad y el tiempo; Todo esto puede causar la pérdida de información geológica central y tener efectos adversos en la futura reutilización de núcleos y en la investigación geológica.
Con base en los problemas anteriores, el uso de tecnología óptica y tecnología de procesamiento de imágenes para recopilar digitalmente imágenes centrales y lograr la preservación permanente de los datos de las imágenes centrales es una tarea importante para el almacenamiento de datos físicos. El centro de datos geológicos físicos utiliza equipos de adquisición de imágenes centrales para realizar escaneos traslacionales y escaneos rodantes de imágenes centrales para formar imágenes digitales de escaneo central, lo que mejora la capacidad de proteger objetos físicos y permite una gama más amplia de servicios para núcleos y otros objetos físicos.
2. Principio de funcionamiento de adquisición de imágenes centrales e introducción al sistema
El trabajo de digitalización de imágenes centrales es un sistema de adquisición de imágenes digitales y un núcleo compuesto por un CCD de matriz lineal a través de un sistema de control de adquisición de imágenes mecatrónico. El dispositivo mecánico de escaneo escanea continuamente el núcleo y el sistema de adquisición de imágenes digitales convierte la información de la imagen de la superficie del núcleo simulada en información de imagen digital, que se transmite a través de una interfaz USB de alta velocidad y se almacena en la computadora (Figura 1).
El sistema de control de escaneo de imágenes centrales y el sistema de adquisición de imágenes digitales CCD de matriz lineal son los dos módulos centrales más importantes del escáner digital de imágenes centrales.
Figura 1 Diagrama de estructura básica del sistema
1. Sistema de control y adquisición de imágenes del núcleo
El sistema de control y adquisición de imágenes del núcleo está diseñado con un sistema electromecánico incorporado sistema de control. Utilice varias placas de circuito integrado de microcontrolador para controlar por separado funciones relacionadas, como traducción, balanceo, detección de luz e iluminación. Incluye una parte de control de escaneo traslacional y una parte de control de escaneo rodante.
Porque la adquisición de imágenes centrales tiene las características de alto rendimiento en tiempo real y trabajo conjunto multimotor. El sistema central de control y adquisición de imágenes utiliza un sistema de microcomputadora de múltiples chips para controlar el motor de traslación, el motor de rodadura y el motor del deflector de detección de luz utilizando tres microcontroladores respectivamente. El sistema de control del microcontrolador es un dispositivo esclavo y utiliza control de interrupciones para comunicarse con el host de la PC a través del puerto serie UART. El host de la PC controla el microcontrolador para realizar un control separado de múltiples motores. El programa del microcontrolador está escrito en lenguaje ensamblador, que tiene las ventajas de un código conciso, alta controlabilidad y estabilidad del programa.
El programa del microcontrolador ingresa inmediatamente al programa de inicialización después del encendido. En el programa de inicialización, se borra el contenido de la unidad de almacenamiento del programa y se configuran parámetros fijos como la velocidad en baudios. El puerto se abre y se ingresa en un bucle para esperar a que el host de la PC emita el mensaje a través de la instrucción del puerto serie. Después de recibir la entrada de información de control de todas las PC, si la información de verificación es correcta, los parámetros del temporizador en chip se configurarán de acuerdo con la información de control y se iniciará el temporizador en chip. La forma de onda de control del motor paso a paso. se generará a través del temporizador en el chip. Lograr el propósito del control mecatrónico. Durante la ejecución de todos los programas, la señal del interruptor de marcha se detecta en tiempo real para garantizar el funcionamiento normal del motor.
(1) Control de escaneo rodante del núcleo
Cuando el escaneo rodante recopila imágenes de la superficie del núcleo, el motor paso a paso impulsa el rodillo A y el rodillo B para que giren sincrónicamente a través de la correa, y la rotación de los dos rodillos es impulsado por la fricción hace que el núcleo gire sincrónicamente (Figura 2). No hay deslizamiento relativo entre los dos rodillos A y B y el núcleo, por lo que la velocidad de rotación de la superficie del núcleo requerida por el cabezal de recogida a una resolución dada es igual a la velocidad de rotación de la superficie del rodillo de caucho. Al diámetro del rodillo y la relación de transmisión del reductor se puede calcular la velocidad requerida del motor paso a paso. La imagen de escaneo rodante de larga distancia se compone de múltiples imágenes de escaneo rodante. El proceso de control del escaneo rodante se muestra en la Figura 3.
Figura 2 Diagrama esquemático de la colocación de los rodillos de caucho A y B y el núcleo durante el escaneo del núcleo rodante
Figura 3 Diagrama de bloques de control del escaneo rodante
Es Cabe destacar que: ① Los diferentes diámetros del núcleo no afectan la velocidad del motor paso a paso porque no hay un deslizamiento relativo entre el rodillo y el núcleo. La velocidad requerida por el cabezal de recolección es en realidad la velocidad de la superficie del rodillo. cambios de núcleo, todo lo que hay que hacer es ajustar A y B apropiadamente La distancia entre centros del rodillo ② Debido a que el diámetro del núcleo tiene varias especificaciones, es difícil controlar con precisión el número de pasos del motor; es decir, el ángulo en el que gira el núcleo. El usuario observa las imágenes recopiladas a través de la ventana de vista previa de adquisición, siempre que las imágenes se repitan. Parte de esto significa que el núcleo se ha girado 360 ° y el software de grabación de imágenes del núcleo puede hacerlo automáticamente. corta la parte sobrante.
(2) Control de escaneo traslacional del núcleo de roca
Cuando la imagen del núcleo se recopila mediante escaneo traslacional, el rodillo no gira y el núcleo no se mueve. En este momento, la colección. La cabeza está a lo largo de la dirección del eje central. Moviéndose a una velocidad que coincida con la resolución actual, se realiza de forma natural el proceso de adquisición de imágenes. El cabezal de recolección se instala en la corredera a través de una serie de mecanismos de garantía y luego es accionado por un tornillo para moverse hacia la izquierda y hacia la derecha. El tornillo es controlado por otro motor paso a paso.
2. Sistema de adquisición de imágenes digitales CCD de matriz lineal
La función principal del dispositivo CCD es convertir señales de imágenes ópticas bidimensionales en salida de señal de video unidimensional. es que utiliza carga eléctrica como señal, a diferencia de la mayoría de los otros dispositivos que utilizan corriente o voltaje como señal. Generalmente se divide en dos categorías: CCD de matriz lineal y CCD de matriz de área. La función básica del CCD es la generación, almacenamiento, transmisión y detección de cargas de señal. La generación de fotocargas es la función principal del CCD. Su función es que cuando la luz incide sobre la superficie fotosensible del CCD, se generan fotocargas que están relacionadas linealmente con la radiación espectral incidente. Cuanto más fuerte es la luz incidente, más luz se obtiene. integrando las cargas, mayor será la carga. Las fotocargas generadas se almacenan en la estructura MOS (semiconductor de óxido metálico), la unidad básica que constituye el CCD. Después de completar el escaneo del conjunto de elementos fotosensibles, el CCD transfiere las fotocargas del área fotosensible al área de almacenamiento blindada y luego las fotocargas se transfieren al registro de lectura en secuencia. Al final del canal de transferencia de fotocarga, el CCD convierte la señal de carga en una salida de señal de voltaje o corriente, lo que también se denomina detección de fotocarga. En la actualidad, los modos de salida de CCD incluyen principalmente salida de corriente, salida de amplificador de difusión flotante y salida de amplificador de puerta flotante. El sistema central de adquisición de imágenes utiliza un CCD de matriz lineal, color de 48 bits y un chip de escaneo de imágenes USB de 1200 ppp.
El sistema de adquisición de imágenes digitales CCD de matriz lineal finalmente transmite la información de la imagen procesada a la PC a través de un chip de interfaz de protocolo USB2.0 y un cable de datos USB.
3. Aplicación práctica de la recopilación de imágenes centrales
El Centro de Datos Geológicos Físicos del Ministerio de Tierras y Recursos es responsable de los servicios de recopilación, almacenamiento y utilización de datos geológicos físicos nacionales. En julio de 2005, se utilizó el instrumento de adquisición de imágenes centrales del CISS para recopilar imágenes centrales. El sistema de escaneo de imágenes de núcleos tiene principalmente las siguientes funciones: ① Recopilar imágenes de escaneo traslacional de luz blanca de la superficie exterior del núcleo e imágenes de escaneo rodantes de 360° de la superficie exterior con una resolución de 150 ppp a 1200 ppp, y escanear toda la caja de núcleos. en el cuadro de núcleos para núcleos rotos ② Realizar unión y corrección de imágenes, empalmar sin problemas imágenes de escaneo traslacional, imágenes de escaneo en movimiento y varias imágenes escaneadas irregulares, y realizar mejoras, rotación, corrección de color, corrección de barril cercano, grande y lejano pequeño; corrección rectangular y unión de alineación en las imágenes escaneadas. ③ Las imágenes centrales se ingresan en la base de datos para realizar la gestión de la base de datos de datos gráficos, y las imágenes se pueden consultar de acuerdo con condiciones como número de pozo, capa, profundidad, número de caja central, etc. .; ④ El sistema de análisis de fracturas puede contar cuantitativamente varios parámetros de fracturas y producir diagramas de rosas, histogramas, etc. correspondientes. ⑤ El sistema de base de conocimientos de rocas sedimentarias almacena información sobre varias rocas sedimentarias típicas en forma de diccionarios de datos; gráficos y textos para referencia del personal técnico y de investigación científica.
La digitalización de la colección de imágenes del núcleo ha cambiado la situación anterior en la que los usuarios sólo podían ver texto plano artificial que describía las características geológicas del núcleo. A través de Internet, los usuarios pueden compartir cómoda y rápidamente la información geológica mostrada por el núcleo. imagen central y, al mismo tiempo, puede comparar las características geológicas descritas en el texto. El sistema de adquisición de imágenes del núcleo se ha utilizado para escanear más de 2.600 metros de núcleo en cinco pozos y proporcionará beneficios y servicios sociales en un futuro próximo.
IV.Conclusión
En el futuro, el Centro de Datos Geológicos Físicos llevará a cabo investigaciones más exhaustivas sobre la gestión de datos geológicos físicos y la exploración de minerales geológicos y otros departamentos, y propondrá la gestión de datos geológicos físicos. y el trabajo de exploración de minerales geológicos tiene las últimas necesidades para los sistemas de gestión de imágenes y recopilación de imágenes centrales Desarrollar y desarrollar un conjunto de sistemas de gestión de imágenes y recopilación de imágenes centrales que tengan las características de los estudios geológicos y la exploración de minerales y sean adecuados para la gestión de datos geológicos físicos. y realizar demostraciones sobre la construcción de bases de datos de información de imágenes centrales, proporcionando soporte técnico y una plataforma de trabajo para llevar a cabo de manera integral el trabajo de recopilación y gestión de imágenes de imágenes, y proporcionando una base para lograr el máximo intercambio de información de datos geológicos físicos. A través de una investigación y aplicación en profundidad por parte de departamentos como tierra y recursos, así como comunicación técnica y cooperación con unidades de investigación de información de imágenes, el sistema central de recopilación y gestión de imágenes será más adecuado para aplicaciones de estudios geológicos, y sus funciones ser más poderoso y excelente.
Principios y aplicación en la práctica del procesamiento de imágenes de núcleos de roca
Hao Wang, Lihai Zhang, Ailing Jiang, Rongjun Tian
(Centro Nacional de Muestras Geológicas, Ministerio de Tierra y Resources, Beijing 101149)
Resumen La recolección de imágenes del núcleo de roca es un proceso que utiliza técnicas de recolección de imágenes CCD lineales y técnicas de procesamiento de imágenes para recolectar la información de la imagen de la superficie de la roca. Este artículo presenta los principios de operación de la imagen de integración electromecánica. aparatos de adquisición y aplicaciones prácticas de recolección y proceso de imágenes de superficie central.
Palabras clave núcleo; aplicación;