砂巖鈾礦巖心顏色的成像光譜自動(dòng)識(shí)別與定名方法研究

潘蔚，張?jiān)獫?，師俞晨，陳雪嬌，李子穎

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 遙感信息與圖像分析技術(shù)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

沉積巖石的顏色不僅可以用來推斷其形成的古地理環(huán)境，還可以用來分析其后生作用過程和鈾成礦條件，在砂巖鈾礦勘查中具有十分重要的作用。目前巖心編錄中顏色的辨識(shí)和描述依賴編錄人員的感知與經(jīng)驗(yàn)指示來完成，同種顏色可能由于編錄人員的先驗(yàn)知識(shí)差異和環(huán)境的變化被編錄為不同的顏色，從而影響后期的使用和分析。因此，十分必要引入自動(dòng)化手段，實(shí)現(xiàn)顏色識(shí)別的定量化和描述的規(guī)范化。

遙感技術(shù)，尤其是成像光譜遙感技術(shù)作為一種數(shù)字化獲取地面景物色彩與紋理空間分布信息的新手段，具有定量化表述顏色的天然優(yōu)勢。除了SeaStar 和我國海洋水色衛(wèi)星等專用平臺(tái)外，ENVISAT 和ADEOS 等陸地衛(wèi)星也搭載有水色掃描儀，特別是MODIS 和MERISD等中等分辨率衛(wèi)星的水色傳感器，其為海洋水色和陸地目標(biāo)的顏色識(shí)別提供了可靠的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源。目前，國內(nèi)外利用地物反射率數(shù)據(jù)識(shí)別目標(biāo)顏色的方法主要有真彩色三通道法［1-3］和全譜段識(shí)別法［4-6］。利用上述兩種方法可獲取特定反射率下地物相應(yīng)的顏色數(shù)值，但是建立顏色RGB 數(shù)值與顏色名稱之間的聯(lián)系仍然是關(guān)鍵。

本文嘗試?yán)贸上窆庾V數(shù)據(jù)識(shí)別巖心顏色，結(jié)合石油地質(zhì)行業(yè)的SY/T5751 規(guī)范［7］中顏色名稱與RGB 數(shù)值關(guān)系，開展砂巖鈾礦相關(guān)巖性的顏色識(shí)別與編碼方法研究，以期為巖心數(shù)字化自動(dòng)編錄提供顏色識(shí)別與表述的技術(shù)支撐。

1 顏色的基本理論與表述方法

1.1 物體顏色

現(xiàn)實(shí)世界的物體可以分為自發(fā)光和非自發(fā)光兩種，相應(yīng)的顏色測量為光源色測量及物體色測量。光源色測量涉及光源的光譜功率及視覺，受光源和觀察者影響。光源的相對(duì)光譜功率分布通常是將波長為555 nm 處功率標(biāo)定為100，并將其他光譜波段功率與之進(jìn)行比較而得到的［8］。光譜功率分布既是光源自身顯色的根本原因，又是照射其他物體使其呈色的關(guān)鍵因素。物體色測量涉及光源、物體及視覺，即其顏色除了與自身的光譜反射率（或透射率）有關(guān)外還受觀察者及光源的影響。

1.2 顏色表示方法

顏色可以用顏色空間（彩色空間或彩色系統(tǒng)）來表示，通常用三維模型來表示，任何一種顏色可用色彩空間的一個(gè)點(diǎn)來標(biāo)識(shí)。常見的色彩模型有3 種：CIE 1931 RGB、CIE 1931 XYZ和 CIE 1976 L*a*b*。

CIE 1931 RGB 顏色空間實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有可見光譜色的匹配。其標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者三刺激值的曲線見圖1a。CIE 1931 XYZ 顏色空間消除了紅色刺激值的負(fù)值區(qū)域，其標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者三刺激值曲線見圖1b。該顏色空間的提出奠定了顏色測量的基礎(chǔ)［9］，并可用光譜儀測量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。CIE 色度系統(tǒng)顏色三刺激值X，Y，Z 定義為：

圖1 CIE 1931 RGB 和CIE 1931 XYZ 刺激值曲線與CIE L*a*b*顏色空間Fig.1 The CIE 1931 RGB and CIE 1931 XYZ color matching functions and CIE L*a*b* color space model

式中：φ（λ）為進(jìn)入人眼并能產(chǎn)生顏色感覺的光能量，稱為顏色刺激函數(shù)；xˉ（λ）、yˉ（λ）、zˉ（λ）為標(biāo)準(zhǔn)觀察者不同波長的三刺激值，其中λ為波長；dλ為波長間隔，k 為歸一化常數(shù)，目的是使照明體（或光源）的Y值為100。針對(duì)非自發(fā)光不透明物體，φ（λ）=S（λ）×R（λ），S（λ）為照明光源的相對(duì)光譜功率分布，通常取D65 光源的相對(duì)光譜功率分布，R（λ）為被觀察物體的反射光譜［10］。

CIE 1931XYZ顏色空間雖然克服了RGB顏色空間的缺點(diǎn)，但他的色品圖不均勻，致使XYZ顏色空間中，相同的距離不能表示相同的顏色感知差異，不利于實(shí)際應(yīng)用。為此，國際照明委員會(huì)CIE（Commission Internationale de l’Eclairage，CIE）1976 年提出CIE1976 L*a*b*模型（圖1c）。

圖1 中，L*代表明度，表示黑/白。a*和b*代表色度，a*表示紅綠，+a*表示紅色，?a*表示綠色。b*表示黃藍(lán)，+b*表示黃色，?b*表示藍(lán)色。樣品顏色L*，a*，b*的值可通過對(duì)X，Y，Z三刺激值的非線性變換得到。相應(yīng)的公式為：

式中：X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值。Xn、Yn、Zn為CIE 標(biāo)準(zhǔn)照明體照射到完全漫反射體后再反射到觀測者眼中的三刺激值。對(duì)于D65 光源（日光，色溫6 500 K），Xn，Yn和Zn分為95.047、100 以及108.883［1］。實(shí)際應(yīng)用中，除了由樣品的三刺激值X，Y，Z求解L*，a*，b*之外，也常用到相反的過程，即由樣品的L*，a*，b*坐標(biāo)反算樣品的三刺激值X，Y，Z。

除了以上三種色彩模型外，惠普和微軟公司于1996 年聯(lián)合提出一種專門用于計(jì)算機(jī)顯示器、打印機(jī)和因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)顏色空間——sRGB 顏色空間。其作為硬件設(shè)備本身的顏色空間，優(yōu)點(diǎn)在于與傳統(tǒng)顏色管理相比可不必進(jìn)行獨(dú)立設(shè)備顏色空間和依賴設(shè)備顏色空間的相互轉(zhuǎn)換。

1.3 色差的計(jì)算與評(píng)價(jià)

為了測量、比較樣本與參考目標(biāo)顏色的差異，前人相繼提出了多種色差公式，如CIE 1976 L*a*b*色差公式和CIEDE2000 色差公式等。

CIE 1976 L*a*b*色差公式廣泛應(yīng)用于色差計(jì)算，其通過計(jì)算兩種顏色樣本的歐幾里得距離評(píng)價(jià)二者的差異。在CIEL*a*b*均勻色空間中，兩種顏色的總色差可用下列公式計(jì)算。

式中：△L*為明度差，△a*和△b*為色度差。當(dāng)總色差很小接近于0 時(shí)反映二者顏色相同。

由于CIE 1976 L*a*b*色差公式缺乏感知一致性，因而產(chǎn)生了其他色差評(píng)價(jià)指標(biāo)。CIEDE2000 是CIE 于2000 年確定的一個(gè)新的色差評(píng)價(jià)公式［11］，旨在產(chǎn)生更加接近人類視覺系統(tǒng)的感知結(jié)果，色差可表達(dá)為：

式中：L為亮度，△L’為明度差；C為色度，△C’為彩度差；H為色調(diào)，△H’為色相差；RT為旋轉(zhuǎn)函數(shù)，用來校正橢圓軸方向藍(lán)色區(qū)域的偏轉(zhuǎn)；kL，kC以及kH為權(quán)重因子；SL，SC以及SH為對(duì)LCH 的補(bǔ)償因子［12］。為保持與傳統(tǒng)地質(zhì)編錄顏色描述依靠人眼感知的一致性，本次色差評(píng)價(jià)采用CIEDE2000 公式進(jìn)行計(jì)算。

2 砂巖鈾礦巖心顏色的成像光譜識(shí)別

2.1 砂巖鈾礦相關(guān)巖性的顏色特征

砂巖鈾礦是一種產(chǎn)于沉積盆地中的礦床，與砂巖鈾礦相關(guān)的巖性是碎屑巖，其中主要有礫巖、砂巖、泥巖、少量煤層和頁巖。碎屑巖的顏色取決于巖石的碎屑礦物成分，特別是染色成分［13］。由長石、石英和白云母等組成的巖石主要為淺色調(diào)，如灰褐色、灰色、灰白色；當(dāng)巖石中染色物質(zhì)，如鐵化合物（綠色、紅色、褐色、黃色）和游離碳（灰色、黑色）等物質(zhì)占據(jù)一定量時(shí)，巖石會(huì)呈現(xiàn)豐富的顏色。染色成分的存在與碎屑巖的形成環(huán)境和后生改造相關(guān)，因此巖石的顏色可以反映其形成環(huán)境和后生改造條件（表1）。

表1 巖石顏色與其形成環(huán)境（后生改造條件）關(guān)系Table 1 The relationship between rock color and its formation environment or epigenetic transformation conditions

由于碎屑顆粒經(jīng)過搬運(yùn)和分選，礦物成分相對(duì)簡單，沉積成巖時(shí)有限范圍內(nèi)的環(huán)境相對(duì)統(tǒng)一，因此碎屑巖的顏色相對(duì)均勻。特別是在鉆孔巖心的孔徑內(nèi)，顏色的變化主要表現(xiàn)在深度方向。因此本文鉆孔巖心的識(shí)別與編碼方法研究主要針對(duì)鉆孔深度方向。

2.2 巖心成像光譜數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

本文使用的巖心成像光譜數(shù)據(jù)由挪威NEO 公式生產(chǎn)的HySpex 地面成像光譜儀獲得，該儀器由獨(dú)立成像的可見—近紅外成像光譜儀和短波紅外成像光譜儀組成。其中，可見—近紅外成像光譜儀VNIR-1600 探測波長范圍為400～1 000 nm，光譜采樣間隔為3.7 nm，所獲數(shù)據(jù)包含160 個(gè)波段（表2）。

表2 VNIR-1600 主要技術(shù)指標(biāo)Table 2 The main specifications of VNIR-1600

雖然VNIR-1600 獲得的可見—近紅外數(shù)據(jù)的光譜范圍與顏色三刺激函數(shù)光譜范圍略有不同，但覆蓋了肉眼最為敏感的400～700 nm 顏色光譜，光譜響應(yīng)范圍占三刺激函數(shù)的93.3%以上，有效響應(yīng)波長在99.9%以上。

2.3 巖心顏色的全譜段識(shí)別方法

全譜段識(shí)別是指利用成像光譜儀采集的可見—近紅外（VNIR）波長范圍內(nèi)全部反射率數(shù)據(jù)，根據(jù)色度學(xué)原理和顏色表示方法，對(duì)巖心顏色進(jìn)行分類和識(shí)別。本文設(shè)計(jì)的HySpex VNIR 數(shù)據(jù)巖石顏色識(shí)別流程主要步驟包括X、Y、Z 三刺激值計(jì)算，CIE 1976 L*a*b*色度值計(jì)算、色差計(jì)算及顏色名稱確定等（圖2）。

圖2 巖心顏色的成像光譜可見—近紅外全譜段識(shí)別技術(shù)流程Fig.2 The technical process of full VNIR imaging spectrum identification for core color

1）X、Y、Z 三刺激值計(jì)算

1931 年國際照明委員會(huì)（CIE）規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)觀察者的光譜三刺激值，從而為顏色測量奠定了基礎(chǔ)［9］。由地物光譜反射率分布到顏色三刺激值X、Y、Z，可利用式1 實(shí)現(xiàn)。實(shí)際計(jì)算中，照明光源的相對(duì)光譜功率分布S（λ）采用D65 光源的值，且由于所用光源光譜功率分布的光譜范圍為380～700 nm，光譜分辨率為10 nm，而HySpex VNIR-1600 獲取影像波譜范圍為400～1 000 nm，光譜分辨率為3.7 nm，為此將影像光譜進(jìn)行插值使其與前者匹配。

2）CIE 1976 L*a*b*色度值計(jì)算

L*a*b*色度值通過對(duì)顏色的量化描述，反映了顏色的亮度、色調(diào)以及飽和度信息。利用公式（2）和（3）可將顏色值從CIE XYZ 空間轉(zhuǎn)到CIELAB 均勻色空間。

3）標(biāo)準(zhǔn)巖石顏色代碼轉(zhuǎn)換

石油地質(zhì)巖石名稱及顏色代碼（SY/T 5751—2012）對(duì)112 種常用巖石標(biāo)準(zhǔn)顏色進(jìn)行了編碼，包括巖石名稱、孟塞爾顏色及RGB 顏色［7］。部分顏色名稱與RGB 參數(shù)如表3 所示。

表3 石油行業(yè)沉積巖部分顏色名稱與RGB 參數(shù)（SY/T5751—2012）Table 3 Color name and RGB parameters of some sedimentary rock color in the petroleum industry (SY/T5751—2012)

為了在CIE 1976 L*a*b*均勻色空間進(jìn)行顏色對(duì)比分析，需將包括表3 在內(nèi)的112 種標(biāo)準(zhǔn)顏色的RGB 值轉(zhuǎn)換為CIE 1976 L*、a*、b*值。主要包括RGB 值轉(zhuǎn)CIE XYZ 值以及CIE XYZ值轉(zhuǎn)CIELAB 值兩個(gè)步驟。

RGB 值轉(zhuǎn)CIE XYZ 值計(jì)算公式：

式中：R、G、B 數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換前需要縮放到0 和1之間［1］。

CIE XYZ 轉(zhuǎn)CIELAB 的轉(zhuǎn)換關(guān)系如公式（2）和公式（3）所示，通過非線性變換實(shí)現(xiàn)。

4）顏色比對(duì)與名稱確定

利用CIEDE2000 色差公式，分別計(jì)算待定顏色與112 種參考顏色之間的差異，將色差最小的參考色名稱及RGB 值作為待定巖石的顏色名稱及RGB 值，以實(shí)現(xiàn)巖心顏色識(shí)別與定名。

2.4 巖心顏色的真彩色三通道識(shí)別方法

真彩色三通道法是利用成像光譜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于3 個(gè)真彩色通道：藍(lán)色通道（450～520 nm）、綠色通道（520～600 nm）和紅色通道（600～690 nm）光譜反射率平均值乘以255 得到顏色的亮度值。主要步驟包括平均反射率計(jì)算，RGB 值計(jì)算，RGB轉(zhuǎn)CIELAB以及顏色比對(duì)與名稱確定等步驟（圖3）。

圖3 巖心顏色的成像光譜真彩色三通道識(shí)別技術(shù)流程Fig.3 The technique flow of true RGB color bands recognition for core color

1）平均反射率計(jì)算

分別讀取巖心光譜在600～690 nm（紅色通道），520～600 nm（綠色通道）和450～520 nm（藍(lán)色通道）的光譜反射率數(shù)據(jù)，并計(jì)算平均值。

2）RGB 值計(jì)算

對(duì)紅、綠、藍(lán)3 個(gè)通道獲取的反射率平均值分別乘以255 進(jìn)行RGB 顏色編碼。

3）RGB 轉(zhuǎn)CIELAB

由RGB（sRGB）到CIELAB 可分兩步完成，主要包括RGB（sRGB）轉(zhuǎn)CIE XYZ 以及CIE XYZ轉(zhuǎn)CIELAB。前者可借助公式（6）完成，后者可結(jié)合公式（2）和公式（3）實(shí)現(xiàn)。

4）顏色比對(duì)與名稱確定

三通道法色彩計(jì)算與顏色定名與全譜段法采用相同的計(jì)算公式和步驟完成。

2.5 編程實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)上述兩種顏色自動(dòng)識(shí)別算法與定名，本文基于Python 編程語言進(jìn)行了程序開發(fā)，涉及的庫有pandas、pectral、colormath 及scipy 等。主要技術(shù)思路是先將巖心箱掃描圖像經(jīng)過單根裁切后的巖心圖像平均切分為50小段，以小段內(nèi)所有像元的平均光譜計(jì)算段內(nèi)巖心所呈現(xiàn)出的總體顏色信息。

巖心小段的切分采用滑動(dòng)窗口進(jìn)行，每次以固定的方框獲取相應(yīng)的巖心成像光譜影像。方框在巖心深度方向以固定的步長進(jìn)行移動(dòng)，水平方向以巖心影像中心為基準(zhǔn)左右擴(kuò)展1/3圖像的寬度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，而不是整個(gè)巖心大小。這是因?yàn)閹r心裁切時(shí)邊緣可能存在巖心箱殘留和陰影，如果計(jì)算在內(nèi)會(huì)干擾巖心反射率計(jì)算的準(zhǔn)確性。統(tǒng)計(jì)2/3 巖心寬度是考慮到沉積巖在水平方向上物質(zhì)成分的穩(wěn)定性。

為建立顏色參數(shù)與顏色名稱之間的聯(lián)系，先將石油行業(yè)中的112 種顏色名稱和其對(duì)應(yīng)的RGB值存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)字典，然后通過循環(huán)，在CIELAB 均勻色空間分別計(jì)算待判定顏色與112 種顏色之間的CIEDE2000 色差，最后將色差最小的顏色名稱賦予待定顏色，并與對(duì)應(yīng)的RGB 值一同輸出。

顏色識(shí)別結(jié)果最終以CSV 文件進(jìn)行輸出。文件中每一行記錄每個(gè)小段的起止深度、RGB計(jì)算值、顏色名稱和相應(yīng)的參考RGB 值。

2.6 干擾去除與結(jié)果優(yōu)化

巖心提取和放入巖心箱時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生折斷甚至破碎，致使巖心段之間存在一定間隙（圖4）。由圖4 可見，巖心箱中某格巖心存在6處間隙（紅色矩形標(biāo)注），影響了統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)的平均光譜反射率計(jì)算值，造成本屬于同一種顏色的巖心段內(nèi)出現(xiàn)孤立異常值。此外，巖心回次標(biāo)簽等雜物也會(huì)影響識(shí)別結(jié)果。

圖4 巖心段之間的空隙Fig.4 The gap between core segments

本文采用了比較當(dāng)前分段與前后相鄰分段的顏色異同的方法對(duì)這些干擾帶來的異常進(jìn)行校正，即當(dāng)當(dāng)前統(tǒng)計(jì)小段與前后相鄰分段顏色相同時(shí)，則將當(dāng)前分段的顏色判斷為與前后段相同。若不同，則不作處理。圖5顯示灰紅色異常顏色被修正為淺棕色，表明該干擾去除方法能有效去除異常顏色。

圖5 異常色與命名結(jié)果優(yōu)化示意Fig.5 The schematic diagram of abnormal color removal and nomination optimization

3 典型鉆孔巖心顏色識(shí)別實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

本次實(shí)驗(yàn)采集ZKH3 的鉆孔位于鄂爾多斯盆地西南部的慶陽地區(qū)，選取巖性復(fù)雜、顏色豐富的6 段巖心作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。鉆孔鉆遇的地層主要有下白堊統(tǒng)羅漢洞組（K1lh）、徑川組（K1j）、新近系（N）及第四系（Q）。羅漢洞組主體為風(fēng)成沙漠相夾河流相沉積，巖性為淺黃色、黃褐色、淺紅色中細(xì)砂巖，夾薄層灰色、青灰色的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖；涇川組主要為河湖相沉積，主要巖性為褐黃色、灰綠色中細(xì)砂巖、淺紅色泥巖、青灰色泥灰?guī)r，泥質(zhì)成分增加，泥灰?guī)r沉積較多。

3.2 識(shí)別過程

對(duì)采集的3 段巖心的可見—近紅外成像光譜數(shù)據(jù)，分別采用全譜段法和真彩色三通段法開展顏色識(shí)別實(shí)驗(yàn)。兩種方法的技術(shù)流程是對(duì)每段巖心進(jìn)行顏色參數(shù)計(jì)算、色差計(jì)算和顏色定名，并利用干擾去除和優(yōu)化流程，對(duì)每段巖心的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行檢查和結(jié)果優(yōu)化。表4 展示了兩種方法對(duì)孔深1 183.6～1 185.2 m 巖心段的識(shí)別結(jié)果。表中給出了每個(gè)顏色段的起止深度、計(jì)算得到的RGB 參數(shù)值和對(duì)應(yīng)的顏色名稱。

表4 ZKH3 孔某巖心段顏色識(shí)別結(jié)果對(duì)比Table 4 Comparison of color recognition results for a core section of ZKH3

3.3 識(shí)別結(jié)果分析

基于優(yōu)化后的RGB 值及起止深度，繪制了部分巖心段巖心顏色分布柱狀圖，并將其與地質(zhì)資料、彩色數(shù)字相機(jī)照片以及高光譜真彩色通道合成影像進(jìn)行對(duì)比分析。

圖6是243.9～245.2 m巖心段顏色識(shí)別效果，該段巖心地質(zhì)編錄為淺灰白粉砂質(zhì)泥巖，上段顏色深、色雜，下段巖心整體呈灰白色。全譜段方法將巖心分為12 個(gè)色段，顏色類型和分段位置與彩色相機(jī)照片的基本一致，色彩分段沒有受巖心段之間空缺形成的陰影影響。真彩色三通道法將此段巖心分為15 個(gè)色段，顏色類型和分帶位置與高光譜真彩色波段合成影像基本相同，但與彩色相機(jī)照片相比，顏色總體色調(diào)偏暗分段位置相差大。與全譜段方法比較，孔深245.0 m 處的深灰色段、244.22～244.32 m 和244.62～244.68 m 處的灰色段錯(cuò)誤識(shí)別主要受到了巖心段之間空缺的影響，說明三通道法不僅顏色復(fù)原效果不理想，而且在去除巖心段間空隙方面效果不好。

圖6 ZKH3 孔孔深243.9～245.2 m 兩種方法巖心顏色識(shí)別效果對(duì)比Fig.6 Comparison of the two core color recognition methods in ZKH3 at depth 243.9～245.2 m

圖7 展示了孔深976.6～977.9 m 巖心段顏色識(shí)別效果，該段巖心為灰色泥巖、淺灰細(xì)砂巖及淺灰色泥巖。全譜段法將此段巖心識(shí)別為13 個(gè)色段，顏色類型與分段位置和相機(jī)照片顯示的顏色幾乎一致。唯一的不同是在977.8 m以下靠近巖心箱的位置出現(xiàn)了2.6 cm 深灰色段，是受殘留的巖心箱背景的干擾所致。真彩色三通道法將此段巖心識(shí)別為8 個(gè)色段，與真彩色相機(jī)照片和高光譜真彩色通道合成影像的顏色都有明顯的差別，特別是在孔深977.4 m以后，不同程度的灰色沒能識(shí)別出來。

圖7 ZKH3 孔孔深976.6～977.9 m 兩種方法巖心顏色識(shí)別效果對(duì)比Fig.7 Comparison of two core color recognition methods in ZKH3 at depth 976.6～977.9 m

圖8 展示了1 183.6～1 185.2 m 巖心段顏色識(shí)別效果。該段巖心上段為磚紅色中粗砂巖，下段是黃色粗砂巖。全譜段法將此段巖心識(shí)別為11 個(gè)色段，顏色類型和分段位置與彩色相機(jī)照片基本一致，僅1 183.60～1 183.63 m 處深褐色編碼段明顯受巖心箱干擾，出現(xiàn)了偏差。真彩色三通道法將此段巖心識(shí)別為8 個(gè)顏色段，總體與高光譜真彩色波段合成影像的顏色類型相符合，但在分段位置上有差別，主要在1 184.83 m 以后。在真彩色圖像上，1 184.83 m以后出現(xiàn)了兩次灰白相間的顏色變化，但顏色識(shí)別編碼結(jié)果上沒有體現(xiàn)，表明真彩色三通道法對(duì)顏色細(xì)微差別的識(shí)別存在不足。同時(shí)，三通道法識(shí)別效果與全譜段法比，不僅色調(diào)偏暗，而且顏色類型與分段位置差別明顯。

圖8 ZKH3 孔孔深1 183.6～1 185.2 m 兩種方法巖心顏色識(shí)別效果對(duì)比Fig.8 Comparison of two core color recognition methods in ZKH3 at depth 1 183.6～1 185.2 m

綜上所述，基于全段光譜的顏色識(shí)別和編碼方法可以得到與彩色相機(jī)照片基本相同的效果，表明這種方法具有很好的色彩還原能力，適合用來開展巖心顏色的自動(dòng)識(shí)別。真彩色三通道法的顏色識(shí)別效果與真彩色照片存在明顯的差別，主要是色調(diào)明顯偏暗、顏色受巖心段之間的空缺影響明顯。

4 結(jié)論

通過介紹顏色理論、表述方法、石油行業(yè)巖石顏色數(shù)字化表述命名規(guī)范，以及分析砂巖鈾礦顏色和成像光譜數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了砂巖鈾礦巖心顏色自動(dòng)識(shí)別的兩種方法和識(shí)別結(jié)果優(yōu)化方案，開發(fā)了相應(yīng)的算法代碼用于慶陽地區(qū)ZKH3 孔顏色識(shí)別，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

1）設(shè)計(jì)了成像光譜可見—近紅外全譜段和真彩色三通道巖心顏色自動(dòng)識(shí)別與命名兩種算法，用于ZKH3 孔的巖心顏色自動(dòng)識(shí)別，證明巖心顏色的自動(dòng)識(shí)別是完全可行的，但識(shí)別效果與算法種類和優(yōu)化方案有關(guān)。總體而言，基于全段光譜的顏色識(shí)別較基于真彩色三通道法的顏色識(shí)別效果好，更適合用來開展巖心顏色的自動(dòng)識(shí)別。

2）針對(duì)巖心圖像中巖心節(jié)之間的空隙、巖心箱殘留等干擾，本文采用了比較當(dāng)前識(shí)別單元及其前后色段顏色的方法來去除干擾造成的孤立顏色異常，取得了良好的優(yōu)化效果。但是巖心兩端的顏色識(shí)別結(jié)果容易受巖心箱殘留圖像的影響，這與目前的干擾去除采用的前后段對(duì)比有關(guān)，后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步改善干擾去除和優(yōu)化方案。

3）目前的顏色定名采用了計(jì)算識(shí)別顏色與石油行業(yè)112 種顏色的CIE1976 L*a*b*色差，通過遍尋色差最小值對(duì)應(yīng)顏色進(jìn)行命名的方法。雖然實(shí)現(xiàn)了顏色的自動(dòng)命名，但可能與鈾礦勘查中的習(xí)慣顏色表達(dá)有差異。今后要加強(qiáng)鈾礦勘查中慣用色的參數(shù)化和規(guī)范化研究，力爭形成滿足鈾礦勘查需求的顏色規(guī)范。

總之，本文構(gòu)建的基于色度學(xué)原理和成像光譜數(shù)據(jù)的巖心顏色自動(dòng)識(shí)別和定名技術(shù)流程、結(jié)果優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)方案，為探索巖心地質(zhì)編錄的數(shù)字化和自動(dòng)化提供了科學(xué)參數(shù)和實(shí)現(xiàn)途徑。