纳米-微米尺度高分辨率大视域孔-缝定量化表征技术

（武汉市鲁磨路388 号中国地质大学宝谷创新创业中心 307-308 ，430074）

1.存在问题

   基于铸体薄片图像或者SEM图像开展孔-缝定量化表征的分辨率和视域面积的矛盾普遍存在，即图像分辨率和视域面积成反比关系，分辨率越高，成像视域面积越小，越不具代表性。例如页岩微纳米孔隙表征中，单个视域统计的面孔率 离散性较大，随着视域增加，整体面孔率趋于稳定，这表明只有通过近百张高分辨率图像拼接而成的大视域的图像才能准确表征孔-缝的分布特征。另外，目前通过SEM或者光学显微镜开展的诸如岩矿鉴定、孔-缝分析，受制于人为随机选择视域的问题，鉴定结果具有很大的误差。

图 1  图像数量与面孔率的关系

2.解决问题方法及思路

武汉市新生纪科技有限公司研究团队很早就注意到了微观图像中分辨率与视域面积的矛盾，提出了只有基于高分辨率图像的拼接而成的大视域的图像才能 准确刻画微观参数的分布，如矿物的含量、孔-缝的分布。在此认识的基础上，研究团队将高分辨率图像拼接技术与光学显微镜及扫描电镜成像分析技术相结合，配备自动载物台、图像拼接软件、孔隙识别与分类系统，实现了纳米-微米尺度高分辨率大视域孔-缝定量化表征特色技术。

3.实际效果分析

（1）微米级孔-缝的高分辨率大视域表征技术

武汉市新生纪科技有限公司研发了光学显微镜的全自动高分辨率图像拼接技术（图2），包含：自动载物台、图像处理软件，实现了岩石薄片高分辨率自 动扫描、图像拼接、图像压缩处理。目前可以实现100张高分辨率图像的快速拼 接（小于10分钟），相比于其它公司软件，在准确率和速度上都取得了较大的提升，具有高清、实时、快速等特点（图3）。软件可自由设置步长、拼接张数、图像参数，完全能满足光镜下微米级孔-缝表征的需求。

图 2  团队研发的软件拼接界面

图 3   基于自研软件实现的 8 ×8 拼接高分辨率图像

（2）纳米级孔-缝的高分辨率大视域表征技术

借助扫描电镜，按照顺序连续采集10×10共计100个视域1.5-2万倍背散射图像，利用拼接技术获取大视域高分辨率图像（图4）。基于Trainable Weka Segmentation（TWS）机器学习工具，对高分辨率大视域图像中微观孔隙进行分类及识别，处理结果如图5所示。

图 4  拼接后的大视域高分辨率 BSD 图像

图 5  基于高分辨率大视域图像识别的孔-缝图像

4.结语

高分辨率大视域孔-缝定量化表征技术相比与传统的单一图像孔-缝表征，分析结果更能代表实际情况，分辨率与视域面积二者兼得。同时，自动图像拼接技术耗时短，精度高，大大节约了人工成本，逐渐成为矿物、孔-缝图像定性定量化表征的优势技术。