嵌入式原油生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字圖像的處理

河南經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院

嵌入式原油生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字圖像的處理

李祥河南經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院

嵌入式數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的硬件由硬盤、CPU、電路板與芯片等組成。隨著油田生產(chǎn)數(shù)字處理技術(shù)的不斷提高，圖像處理已經(jīng)由原來(lái)的二維平面圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體圖像。進(jìn)行勾勒的圖像可以360°旋轉(zhuǎn)，從每個(gè)角度都可以看到圖形的不同結(jié)構(gòu)，為油井管理人員在數(shù)字圖像處理上帶來(lái)了很大的方便。圖像修改時(shí)，在軟件圖像菜單下找到要調(diào)整的閥值，通過(guò)調(diào)整閥值便可得到自己想要的結(jié)果。系統(tǒng)在圖像處理工藝上也具有一定特色，一張模糊不清的圖像，通過(guò)調(diào)整色階，把近似相同顏色的部位趨于一致化，使圖像顏色流動(dòng)逼真。

嵌入式數(shù)字處理技術(shù)；小孔成像；平臺(tái)；識(shí)別

傳統(tǒng)油田數(shù)字處理技術(shù)像素只有300萬(wàn)，一些特別的精細(xì)部位難以區(qū)分，并且硬件設(shè)施不完善，采用的是單核處理器，軟件兼容性差，辦公效率低。嵌入式數(shù)字處理技術(shù)的像素能達(dá)到2 300萬(wàn)，并可隨時(shí)調(diào)整焦距，保證圖像可以被完整地處理。另外，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)硬件也進(jìn)行了改進(jìn)，利用四核處理器能兼容多個(gè)軟件同時(shí)運(yùn)行，大大提高了辦公效率，確保石油開采工作的順利進(jìn)行。

1 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)加布斯科學(xué)研究所對(duì)攝像機(jī)像素進(jìn)行了深入研究，以達(dá)到增大鏡片分辨率的實(shí)驗(yàn)?zāi)康腫1]。國(guó)內(nèi)開始對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)研究比國(guó)外晚將近10年的時(shí)間，但目前對(duì)該技術(shù)的研究已趨于飽和。1994年，國(guó)內(nèi)研究者在參考國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上又深入研究，利用γ射線照射，并采用非編碼序列進(jìn)行雙向定位圖像檢測(cè)處理，使圖像精確度在1/100 000以上，其匹配的誤碼率大大降低。該專項(xiàng)研究成果不僅可以用于石油行業(yè)，在交通、物流及文物保護(hù)中都能得到廣泛應(yīng)用。例如公安辦案中只需要將身份證放在數(shù)據(jù)圖像處理儀上，便可確認(rèn)使用者的身份。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件組成

嵌入式數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的硬件由硬盤、CPU、電路板與芯片等組成。

硬盤容量為1 000G，儲(chǔ)存容量大，便于集成化處理，克服了原來(lái)儲(chǔ)存量不足的問(wèn)題。在硬盤卡槽中連接了1個(gè)無(wú)線USB接口和1個(gè)迷你攝像頭，方便進(jìn)行圖像采集、掃描等工作[2]。采集到的圖像可以很快發(fā)送到PC上，從而進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)化處理。

CPU是每個(gè)系統(tǒng)的最關(guān)鍵部位，即運(yùn)算和控制的核心部分，主要功能是翻譯出計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，處理PC機(jī)上的數(shù)據(jù)，它包括寄存器、運(yùn)算器以及控制器三大部分。三者之間的數(shù)據(jù)彼此相互聯(lián)系，在CPU正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，需要對(duì)指令進(jìn)行提取、解碼、執(zhí)行和送回。

電路板又稱為單面板，在焊接過(guò)程中，把帶有導(dǎo)線的一端單獨(dú)焊接在帶有鍍鋅的一面。在嵌入式油田數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中用到的電路板和傳統(tǒng)電路板大不相同，因?yàn)樵诖罅康膱D像數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，工作電壓可能會(huì)有一些小的浮動(dòng)，導(dǎo)致電路板某些零部件被擊穿，所以系統(tǒng)采用的是高阻值的電子元器件。

2.2 軟件組成

軟件指的是在運(yùn)行程序中加載數(shù)據(jù)的集合體，即一些命令行的編寫，由Access、VF、C++以及C語(yǔ)言編寫而成。其開發(fā)難度大，要求具有一定功底的知識(shí)性人才編寫。Access又稱為數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合了微軟數(shù)據(jù)操作設(shè)計(jì)和圖像終端界面的特點(diǎn)，是一個(gè)面向語(yǔ)言編程和軟件開發(fā)的操作平臺(tái)。C++主要支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，將數(shù)據(jù)處理空間映射到程序編寫空間范圍內(nèi)，但掌握的難度較大。

3 系統(tǒng)的搭載平臺(tái)

3.1近景攝影處理平臺(tái)

根據(jù)小孔成像原理，光是延直線傳播的，從物體散射出的光映射到熒光屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)倒立的虛像，通過(guò)調(diào)節(jié)焦距的大小來(lái)呈現(xiàn)出物體虛像的大小。在一倍焦距之內(nèi)，熒光屏上呈現(xiàn)出物體二倍大的倒立的實(shí)像；在一倍焦距和二倍焦距之間，將在熒光屏上呈現(xiàn)出和物體等大的正立的虛像；在二倍焦距之外將呈現(xiàn)出物體二分之一倒立的虛像。油井管理人員可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)調(diào)整焦距，在熒光屏上呈現(xiàn)出清晰的畫面時(shí)，便可識(shí)別不同色彩的標(biāo)志編碼。

3.2 彩色編碼標(biāo)志識(shí)別平臺(tái)

在油田嵌入式數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中添加了色彩編碼識(shí)別標(biāo)志的服務(wù)。對(duì)圖像復(fù)印處理時(shí)，有些顏色的像素相差甚小，為了便于區(qū)別，在色相飽和的情況下要對(duì)色素進(jìn)行提取，并用標(biāo)志編碼進(jìn)行有序標(biāo)記[3]。無(wú)論圖像有多少種顏色，只要系統(tǒng)中存在這種像素的記錄，就會(huì)區(qū)分開顏色的色相，避免在圖像處理上造成差異，進(jìn)而提高了色彩編碼識(shí)別的效率。

3.3 場(chǎng)景的三維平臺(tái)

隨著油田生產(chǎn)數(shù)字處理技術(shù)的不斷提高，圖像處理已經(jīng)由原來(lái)的二維平面圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體圖像。二維制作時(shí)要先確定x、y軸及坐標(biāo)原點(diǎn)，畫出平面結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D，然后在其上進(jìn)行勾勒，圖像完成之后再通過(guò)染色等一系列處理。現(xiàn)在三維立體圖像雖在技術(shù)上復(fù)雜一些，但是物體呈現(xiàn)的圖像更加形象逼真。與原有二維圖像相比，在坐標(biāo)上增添了z軸，主要是為了畫出圖形的三面投影，即左視圖、主視圖、俯視圖，并且在顏色處理上色素可以根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整，進(jìn)行勾勒的圖像可以360°旋轉(zhuǎn)，從每個(gè)角度都可以看到圖形的不同結(jié)構(gòu)，為油井管理人員在數(shù)字圖像處理上帶來(lái)了很大的方便。

3.4 PS操作平臺(tái)

一般圖像處理都少不了PS軟件操作系統(tǒng)，在圖像與圖像合并時(shí)，可以利用套索工具摳圖。在摳圖時(shí)為了更精細(xì)些，可以調(diào)整一下羽化值，這樣間隔的頻率就會(huì)變得密一些。若需要保留原圖層，可建立新的圖層，這樣即使作了修改，仍然可以恢復(fù)原有圖像模式。在圖像修改時(shí)，需要添加一些風(fēng)化效果，在軟件圖像菜單下找到要調(diào)整的閥值，通過(guò)調(diào)整閥值便可得到自己想要的結(jié)果。系統(tǒng)在圖像處理工藝上也具有一定特色，一張模糊不清的圖像，通過(guò)調(diào)整色階，把近似相同顏色的部位趨于一致化，使圖像顏色流動(dòng)逼真。雖然此軟件一般用于照片的處理，但在石油行業(yè)也得到了應(yīng)用，并且此操作平臺(tái)由原來(lái)的五代升級(jí)為第六代，且支持三維立體動(dòng)畫、視頻處理等。

[1]吳軍，周運(yùn)轉(zhuǎn)．嵌入式Linux系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)與開發(fā)范例[M]．北京：人民郵電出版社，2003.

[2]張乃祿，何飛，賀安武，等．油田井場(chǎng)視頻動(dòng)態(tài)圖像處理技術(shù)[J]．油氣田地面工程，2011，30（5）：1-3.

[3]杜海順，柴秀麗，汪鳳泉，等．一種領(lǐng)域保持判別嵌入人臉識(shí)別方法[J]．儀器儀表學(xué)報(bào)，2010，31（3）：65-68.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.044