实物表面信息采集的主要手段是利用彩色岩心扫描仪采集岩心表面信息，形成图像并以数字形式存储于计算机中。
（一）岩心扫描概述
1.岩心扫描的目的意义
岩心扫描最初用在石油勘探部门。石油地质工作中大量的原始数据都来源于岩心。岩心出筒后，经人工劈开、截断和现场采样，又经科研人员分析、观察、取样，会受到破坏并造成缺失，岩心上各种标记也容易遭受严重破坏。这些因素给后续的地质研究带来了极大的影响，限制了岩心的应用范围，降低了岩心的使用价值。针对上述问题，科研人员研制了岩心图像扫描及综合分析管理系统。系统采用了基于C/S和B/S相结合的软件体系，应用Web Services技术，借助强大的远程应用能力，实现了基于客户端或浏览器的综合柱状图绘制、测井曲线绘制、岩心图像和地质信息查询、同井不同层与不同井同层的对比查询显示、在线三维图像重建和数据库管理等实用功能，能将岩心入库、取样、制片等日常工作数据存入数据库，并进行编辑、查询、统计和显示。岩心图像扫描及综合分析管理系统的实现，提高了岩心管理水平，拓展了岩心应用领域，增加了岩心应用价值。
近年来，国土资源实物地质资料中心及其他一些实物地质资料馆藏机构学习借鉴石油岩心管理经验，引进了岩心彩色扫描仪，积极探索将岩心扫描技术与成果用于地矿系统的实物地质资料管理领域，取得了一些新认识。
（1）岩心扫描是实物地质资料数字化的基础性工作，通过扫描将岩心表面视觉信息转化成计算机可存储、处理的二进制数据，并利用相应软件实现岩心图像真实再现，且可三维重建立体观察。
（2）利用岩心扫描技术，将比较笨重、不便携带、特别是直接接触将对人体产生危害、需要特殊环境保存或十分珍贵且易损毁的实物，以图像的形式进行存储，整合相关信息建立图文图像信息数据库，为岩心信息的开发提供了新的途径。通过信息网络系统进行图文信息传输，为岩心利用提供了快捷、先进、方便的观察手段，实现岩心非接触观察，以及岩心信息的传播和共享。
（3）岩心利用者可以在计算机上对整孔岩心图像进行浏览、查询和观察，确定要观看的重点层位，因此减少了对实物直接观察造成岩心损坏的几率，可有效地保护馆藏实物，同时减少了存取、搬运实物的工作量。
2.岩心扫描原理
岩心图像扫描及综合分析管理系统，集光、机、电技术于一体，涉及地质学、地球物理学、自动控制、数据库技术、图像处理与模式识别、机电设计及电子技术等多学科领域，实现了岩心图像的采集、传输、存储、查询及应用。岩心外表面的光信号经高分辨率CCD传感器转换为电信号，采用集成芯片进行采样、增益调整、模数转换、分辨率设置等各种处理后，通过USB2.0传送给计算机，完成图像的采集；在进行图像采集的同时，系统通过MCU控制电源、电机速度、光源、扫描精度、图像类型选择等操作，使之与图像采集相匹配。采用白平衡技术、分色校正技术、高分辨率图像拼接融合等方法，保证了岩心图像的高质量。将采集后的白光、荧光图像用优化的JPEG2000算法进行图像压缩，以便于图像的快速传输。采用了基于模糊熵、边缘流、神经网络、机器学习等图像处理与模式识别技术，解决了岩心图像中重要的地质目标，如裂缝、孔洞、颗粒等的自动分割难题，并结合地质研究资料进行综合分析。
3.岩心扫描系统构成
岩心扫描系统由彩色岩心扫描仪、计算机、网络设备等硬件部分和系统平台、数据库管理、应用系统等软件部分组成。系统总体结构见图7-1。
硬件配置 硬件配置分为3部分：①岩心扫描仪，采用CISS型彩色岩心扫描仪，其核心部件是用德国生产的每行2098象元线阵CCD，在单片机和计算机控制下对宏观圆柱岩心、平面岩心、起伏不平的岩心表面进行高分辨率（150～400 dpi或150～800 dpi）、高保真的快速扫描成像；②计算机，其服务器通过运行图像录入软件，对图像进行处理、入库，同时利用图文信息软件进行图像查询浏览等管理，扫描计算机运用图像录入软件，对图像进行采集与存储，客户机可通过运行岩心网站查询软件，实现图像查询；③网络设备，使用D link交换机、网卡、网线，将扫描计算机、服务器、与客户机形成一个小的局域网。
图7-1 岩心扫描系统构成图
软件配置 软件配置分为4部分：①系统平台，其服务器和扫描计算机为Windows 2000操作系统，客户机为Windows XP操作系统；②数据库管理系统，其服务器采用SQL Server 2000作为后台数据库，通过与应用系统的协同工作，对所保管的各类数据库进行有效的管理，实现添加、查询、删除、统计、备份与恢复等功能，其中岩心图像管理库是该系统的核心，岩心扫描的图像均存储在该数据库，利用数据库管理系统还能够实现对岩心资料的查询；③图像录入系统，控制彩色扫描仪进行图像采集并存储，图像采集方式包括平动扫描和滚动扫描，平动扫描用于采集岩心平面图像，扫描长度不超过1 m，滚动扫描是采集直径为30～160 mm的圆柱状岩心的360°外表面图像；④岩心图文信息系统，利用岩心图像管理库对岩心图像信息及相关地质资料进行永久性储存及综合管理，系统采用B/S模式，用户可利用Web浏览器对岩心图像及岩心综合柱状图进行浏览观察，同时系统可按地区、井名、井段、井深、层位、入库时间等条件查询。
（二）岩心扫描的工作内容与流程
岩心扫描工作主要包括岩（矿）心的图像扫描、图像处理、图像入库、岩心相关地质信息录入与入库、综合柱状图生成等，具体工作内容和主要工作流程见图7-2。
图7-2 岩心扫描工作内容及流程图
1.选择扫描类型
根据岩心图像的不同技术要求，选择不同的扫描方式，扫描方式包括平动扫描和滚动扫描。平动扫描主要是采集岩心上表面图像信息（图7-3），完整岩心和破碎的岩心均可进行平动扫描；滚动扫描是采集圆柱状岩心外表面图像信息（图7-4），此种扫描方式必须在岩心完整的情况下才能进行。滚动扫描图像通过三维重建，可以恢复岩心三维立体图像。
图7-3 平动扫描图像
2.设定扫描参数
主要是对扫描分辨率的选择，扫描仪分辨率为150～1200dpi，一般的岩心扫描选择200dpi即可，对于有特殊地质特征的重点层位岩心可采用高分辨率采集图像。
3.图像扫描
岩心图像扫描以岩心盒的一个格为一个单元进行扫描，储存成图像文件，文件格式为JPG形式。文件的组织形式和命名规则是以钻孔所在矿区为名称建一个文件夹，如福建紫金山铜金矿，在此文件夹内再以钻孔名建一个子文件夹，如ZK305，将所有扫描图像存在此文件夹中的临时文件夹中，图像文件的命名方式是以岩心盒号加格号，例如001 1、001 2、001 3。
图7-4 滚动扫描图像
4.图像处理
将临时文件夹中的文件打开，进行图像处理，主要包括剪裁、拼接与亮度调节等。
裁剪是针对岩心盒的一格岩心图像进行的，若岩心为同一回次的，只要将岩心图像周围无用信息删掉即可；若岩心为多个回次的，则以回次为单位进行裁剪，使每一回次的岩心图像独立保存。
拼接主要是针对滚扫时形成的图像。由于扫描一个岩心圆面不是一个扫描动作能够完成，因此图像有重复部分，将重复的部分进行重叠拼接，使图像保持与岩心一致。
亮度调节主要是调节岩心图像的明亮度。
5.岩心图像入库
岩心图像入库是指将处理好的岩心图像按钻孔名称、井段及孔深录入到岩心图像管理数据库中。由于全孔岩心图像无法一次显示，所以在进行岩心图像入库时，会自动按约30 m一段对钻孔图像进行分段。
为了方便扫描图像管理及图像入库和便于实际工作中查找，避免混乱，在进行岩心图像入库过程中随时记录，填写岩矿心扫描记录表。
6.信息录入
根据钻孔野外记录表及钻孔综合地质柱状图，将与岩心图像对应的相关地质信息，如岩石名称、岩性描述等录入到数据库中，形成图文图像数据库。
7.形成综合柱状图
每一个钻孔均按图像入库时所分的段为单位形成综合柱状图（图7 5），从综合柱状图上可以看到钻孔岩心图像对应的深度以及该层位岩心的岩石名称及岩性描述的内容。
图7-5×××矿区××钻孔综合柱状图
（三）白光平动扫描
白光平动扫描主要工作包括3个部分：图像扫描、图像入库和综合柱状图的形成。其中图像扫描是在与扫描仪相连的计算机上完成并保存的，图像入库与综合柱状图的形成是在作为服务器的计算机上完成的。
1.图像扫描
（1）启动与扫描仪相连的计算机（扫描计算机），进入Windows2000操作系统。
（2）打开扫描仪的白光扫描照明灯。岩心扫描仪面板上的红色开关是白光扫描开关，按下后照明灯打开，白光扫描机即打开。预热10 min后可开始录入白光图像。
（3）对扫描仪的白光灯架进行调整，使白光灯架与镜头行进方向垂直。
（4）将配备的推车架放在扫描平台上。
（5）将岩心盒抬到扫描仪的推车上，移动推车使白光扫描镜头对准岩心盒的第一格。
（6）利用标配的定焦尺（16.2 cm）测量岩心盒内岩心的最高点与白光扫描盒之间的距离，调整好焦距。
（7）启动平动扫描程序。程序刚运行时出现一个登录对话框（图7-6），输入用户名和密码以及服务器名便可以登录数据库，如果按“取消”键，则先不登录数据库。
图7-6 平动扫描登录对话框
（8）登录进入系统后，点击工具栏上的扫描图标，弹出“扫描参数设置”对话框（图7-7），在“扫描长度”编辑栏中输入想要扫描的岩心长度（最长100 cm，增长单位为1 cm），在“扫描宽度”编辑栏中输入想要扫描的岩心宽度（最大为16 cm），在“分辨率”列表里选择所需的分辨率（200dpi），对比度和亮度一般使用默认值，也可以根据图像效果作适当调整。
（9）参数设置完成后点击“开始扫描”按钮，开始扫描图像。完成一格图像扫描后，待镜头复位后，移动载物小车，使第二格岩心对准扫描镜头，重复上一步骤，开始第二格岩心扫描。由于镜头扫描宽度最多是16 cm，3格岩心要分3次进行扫描。
（10）检查扫描图像是否完整，清晰。
（11）对扫描完成后采集的图像存入计算机硬盘。在F盘下建立三级文件夹——一级文件夹为矿区名；二级文件夹为钻孔名称；三级文件夹为临时文件夹（LINSHI）。存储文件为JPG格式。如扫描福建紫金山铜矿2寸305孔岩心时，一级文件夹为“福建紫金山铜矿”，二级文件夹为“ZK305”，三级文件夹为“LINSHI”。每一钻孔包括几百个岩心箱，图像文件的命名方式是以岩心箱号加格号命名，例如001 1、001 2、001 3。
图7-7 平动扫描参数设置对话框
2.图像处理与入库
（1）在作为服务器的计算机上进行图像处理与入库，启动计算机进入操作系统，进入白光平动扫描系统。
（2）通过网络连接进入扫描计算机的F盘，按岩心箱的编号次序读取三级文件夹下的扫描文件。
（3）对图像进行裁剪：裁剪不仅使每一回次的岩心图像独立保存，而且使同一回次的多个岩心段的图像在入库时能够连续拼接，形成完整的一个回次的岩心图像；裁剪时选取工具栏中的图像裁剪，点击鼠标右键后拖动鼠标，会出现一个矩形框用以标示欲选择区域，再次点击鼠标右键，弹出“确定裁剪”对话框（图7-8），选择“确定”按钮确认裁剪操作，不满意选择区域时可选择“取消”；裁剪原则是按不同回次分别进行裁剪，同时注意裁剪时保障图像完整。
（4）裁剪的图像保存是按回次号进行文件命名，例HC1、HC2等。由于一个回次的岩心有可能占岩心盒内两格或更多的格，因此命名会出现如HC1-1、HC1-2等。这些经过裁剪的图像被保存在F盘内已建好的对应矿区及钻孔的文件夹内。
（5）图像入库是将扫描获得的图像经过处理后存储到岩心图像管理库中。入库时，首先打开要入库的图像文件，然后选择入库类型（图7 9），依次填写井号、起始井段、终止井段、盒号、排号、起始位置、实际长度等项内容。井号即钻孔名称；起始井段就是钻孔的起始深度；终止井段即钻孔的终孔深度。一般情况下，同一钻孔的图像入库时，入库类型、井号、终止井段等项内容相同，起始井段根据入库图像而自动分段，当入库图像数达到20 幅左右，起始井段自动进行分段。
图7-8 图像裁剪界面
图7-9 岩心图像入库参数选择对话框
需要注意的是根据实际长度填入实际数据，盒号和排号要填入大于1的整数。同时要特别注意的是不同图像入库的起始位置不能重叠，每一回次的岩心图像在入库时，若上一个回次岩心采取率为100%，则起始位置用自动累加值。若上一回次的岩心采取率不是100%，则根据岩心牌上该回次的起始孔深进行填写，若一个回次岩心分成多个图像，只需填写第一个图像的起始位置，以后岩心图像的起始位置用自动累加值即可。
在执行入库操作时，入库成功后会出现“入库成功”提示。若在数据库中已有重复记录，则会弹出下面对话框提示操作（图7-10）。
图7-10 重复记录提示框
3.形成综合柱状图
本环节工作在图文数据管理与查询系统中完成。
（1）信息录入：岩心图像加注的相关地质信息主要包括分层深度、岩石名称、岩性描述等。根据钻孔野外记录表及钻孔地质柱状图中的岩性分层及岩性描述进行信息录入。进入图文数据管理与查询系统，先选择钻孔名称，再选择起始井段，然后点击“打开数据”按钮（图7-11）。点击工具条中岩心描述按钮，即可弹出对话框（图7-12），单击添加按钮，输入起始位置、终止位置、岩石名称、岩石描述等内容，点击更新数据库按钮，一段岩心的地质信息录入完毕。利用“上一个”、“下一个”按钮进行浏览、修改、删除。
（2）生成综合柱状图：进入图文数据管理与查询系统中，首先在“全部井名”处选取钻孔名称，然后在起始井段处选择要形成柱状图的井段，打开该井段数据后，点击综合柱状图按钮出现“图像选择”对话框，选择“白光平扫”，点击“确定”（图7 13），则出现柱状图绘制窗口（图7 14）。在窗口内，点击鼠标右键，选择“增加道”则出现相应对话框（图7 15），选定“显示刻度列”，进行“字体设置”，然后依次设定：深度间隔、标题高、刻度列宽度、数据列宽度、纵向比例等项内容，点击“OK”，显示图7 16 界面。在空白道处点击鼠标右键，出现如加载选项标签后（图7 17），选择加载柱状图，对应的岩心图像被载入（图7 18）。然后再依次增加岩石名称道和岩性描述道，分别加载岩石名称和岩性描述（图7 19），一个井段的完整综合柱状图即全部形成。
图7-11 井段信息打开界面
图7-12 岩心信息录入界面
图7-13 井段及图像类型选择界面
图7-14 柱状图绘制窗口
（四）滚动扫描
（1）启动与扫描仪相连的计算机（扫描计算机），进入Windows2000操作系统。
图7-15 柱状图参数设置窗口
图7-16 柱状图刻度
（2）打开扫描仪的白光扫描照明灯，预热10 min后可开始录入白光图像。
（3）对扫描仪的白光灯架进行调整，使白光灯架与镜头行进方向平行。
（4）将要进行滚扫的岩心柱放在扫描仪的两个胶辊上，利用标配的定焦尺测量岩心的最高点与白光扫描盒之间的距离，调整好焦距。
图7-17 柱状图加载项选择界面
图7-18 岩心图像载入
（5）启动滚动扫描程序，点击工具栏上的扫描图标，弹出“滚动扫描”对话框（图7 20），在“扫描长度”编辑栏中输入扫描长度（最长100 cm，最小单位1 cm），在“分辨率”一栏中选择所需分辨率，对比度和亮度一般使用默认值，然后点击“开始扫描”键，开始扫描图像。
图7-19 岩心图像综合柱状图
图7-20 滚动扫描对话框
（6）滚动扫描一次扫描动作能够采集20 cm的岩心外表面图像，每一次滚动扫描都要形成一幅图像，一根岩心要进行几个滚扫动作，才能采集完成全部图像，图像扫描完毕后出现图7-21界面。
图7-21 滚动扫描完成提示框
（7）点击拼接图标准备对采集的几幅图像进行拼接处理，图像拼接可选择“手动拼接”或“自动拼接”。“自动拼接”就是计算机自动将几幅滚扫图像进行拼接。“手动拼接”就是利用两幅图像中的共同点进行拼接（图7-22）。在两幅图像中寻找共同点，确定所选拼接位置后，图像进行拼接，查看拼接是否正确，若两幅图像吻合得较好即可保留本次拼接结果；若两幅图像吻合得不好，则可不保留本次拼接，然后再重新进行拼接。
（8）将拼接好的图像进行保存（图7-23）。
（9）启动三维重建程序，打开拼接好的滚扫图像。点击工具栏上的图标“R”，即岩心表面图像恢复成圆柱状（图7-24）。点击“Tr”图标，图像可实现360°自动旋转。
（五）岩心扫描图像的应用
1.为国家地质资料数据中心提供基础数据
要了解地球的组成以及某些资源信息和经济条件，实物信息是最直接且最基础的，实物地质资料是国家地质资料数据中心必不可少的信息资源，岩心图像信息可以直接被国家地质资料数据中心所利用，成为其重要的信息资源。
图7-22 滚动图像共同点选择
图7-23 拼接好的岩心图像
2.岩心检索
岩心扫描技术可以为岩心利用者提供不同分辨率的图像，利用低分辨率的图像可进行钻孔岩心的全部检索，利用者要想有选择地进行岩心观察，可在计算机上将整孔岩心图像及相应的资料进行浏览，选择需要观察的岩心段或岩性段，然后再对实物进行观察。
图7-24 三维重建后的岩心图像
3.岩心观察
岩心利用者可直接在计算机上对于高分辨率的图像进行观察。观察储存在计算机中的平面图像及三维图像，并通过人机交互操作，实现旋转、放大等对特殊部位进行仔细观察。
4.数据传播
岩心扫描技术为岩心利用提供了大量的岩心图像，包括平面扫描图像和滚动扫描图像，可根据来访者的需要为其提供岩心图像，还可对所需岩心图像进行下载或打印，使岩心图像的数据信息进行传播。