[發明專利]一種煤礦井下圖像預處理方法

有效

• 申請號: 201410041951.3
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN103942557B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 王媛彬
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G06K9/60
• 分類號: G06K9/60
• 代理公司: 西安創知專利事務所61213
• 代理人: 景麗娜

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，尤其是涉及一種煤礦井下圖像預處理方法。

背景技術

火災是礦井重大災害之一，嚴重威脅著人類健康、自然環境和煤礦的安全生產。隨著科技進步，火災自動檢測技術逐漸成為監測和火災預警的重要手段。現如今，在煤礦井下，火災預測及檢測主要以監測火的溫度效應、燃燒生成物(發生煙霧與氣體的效應)和電磁輻射效應為主，但上述現有的檢測方法在靈敏度和可靠性方面都尚待提高，并且不能對早期火災作出反應，因而與日趨嚴格的火災安全要求已不相適應。尤其是當大空間內存在遮擋物時，火災燃燒產物在空間的傳播會受到空間高度和面積的影響，普通的點型感煙、感溫火災檢測報警系統無法迅速采集火災發出的煙溫變化信息，只有當火災發展到一定的程度時，才會做出響應，從而難以滿足早期檢測火災的要求。視頻處理技術和模式識別技術的迅速發展使火災檢測和預警方式正朝著圖像化、數字化、規?；椭悄芑较虬l展。而基于視頻監控的火災檢測技術具有探測范圍廣、響應時間短、成本低、不受環境影響等優勢，結合計算機智能技術可以提供更直觀、更豐富的信息，對煤礦的安全生產具有重要意義。

智能視頻監控是利用計算機視覺技術對視頻信號進行處理、分析和理解，在不需要人為干預的情況下，通過對序列圖像自動分析對監控場景中的變化進行定位、識別和跟蹤，并在此基礎上分析和判斷目標的行為，能在異常情況發生時及時發出警報或提供有用信息，有效地協助安全人員處理危機，并最大限度地降低誤報和漏報現象。隨著網絡技術的發展，遠程圖像監控作為計算機視覺的一個應用，可對煤礦井下情況實時監控，及時發現事故苗子，也能為事后分析提供有效資料，對于安全生產、調度指揮、搶險救援都起到積極作用。

由于煤礦井下環境特殊，光線昏暗、光照分布不均勻，對獲得的圖像進行圖像增強以改善質量后，由于圖像包含的數據量很大，要進行目標識別必須對圖像進行分割。所謂圖像分割是指根據圖像信息特征將具有特殊涵義的不同區域區分開來，這些區域是互不相交的，每一個區域都滿足特定區域的一致性。均勻性一般是指同一區域內的像素點之間的灰度值差異較小或灰度值的變化較緩慢。這些信息特征可以是圖像場的原始特性，如物體占有區的像素灰度值、物體輪廓曲線和紋理特征等，也可以是直方圖特征、顏色特征、局部統計特征或空間頻譜特征等。圖像分割是大多數圖像分析及視覺系統的重要組成部分，圖像分割的正確性和自適應性在一定程度上影響著目標檢測和識別的智能化程度，而圖像分割算法的處理速度也影響了其應用的實時性。現有的圖像分割方法很多，主要包括閾值分割、基于邊緣檢測分割、基于區域特性的分割、特征空間聚類分割和基于形態學分水嶺的分割等，其中閾值分割法因其實現簡單、計算量小而成為圖像分割中最常用、最經典的圖像分割方法。閾值分割法是用一個或幾個閾值將圖像的灰度直方圖分成幾個不同的灰度等級，并且認為圖像中灰度值在同一個灰度等級內的像素屬于同一個物體，從而來劃分有意義的區域或分割物體的邊界。

閾值的選取是閾值分割技術的關鍵，如果閾值選取過高，則過多的目標點被誤歸為背景閾值；選取過低，則過多的背景被誤歸為目標點。閾值分割方法主要有直方圖閾值分割法、最大類間方差閾值分割法、二維最大熵值分割法、模糊閾值分割法、共生矩陣閾值分割法等。上述各種門限方法的性能受目標大小、均值差、對比度、目標方差、背景方差以及隨機噪聲等因素的影響，與處理的特定圖像有關。熵是平均信息量的表征，基于最大熵原則選擇閾值是最重要的閾值選擇方法之一。實際進行圖像分割時，當圖像的信噪比較低時，應用一維最大熵法將產生很多分割錯誤。二維最大熵法應用二維直方圖，不僅反映了灰度分布信息，還反映了鄰域空間相關信息，因此在圖像信噪比較小時，二維最大熵法明顯優于一維最大熵法。金立左等考慮到圖像的模糊性，在二維最大熵方法的基礎上引入模糊劃分的概念，提出了二維模糊劃分最大熵分割方法，進一步提高了分割性能。然而伴隨著分割性能的提高，問題的解空間維數從原來的二維增加到四維，運算量按指數增長，二維模糊劃分最大熵的最優參量組合很難快速準確地獲得，耗時過長，影響了實用。因而，現有的一維最大熵法分割時難以同時兼顧灰度信息和空間信息，使得圖像分割中往往包含很多孤立點或孤立區域，這對后續的圖像分類和模式識別帶來困難，并影響到正確檢測率。而基于二維模糊劃分最大熵分割方法利用了圖像的灰度信息以及空間鄰域信息，而且兼顧了圖像自身的模糊性，但存在運算速度慢的缺點。

綜上，現如今缺少一種方法步驟簡單、設計合理、實現方便且處理效果好、實用價值高的煤礦井下圖像預處理方法，能簡便、快速且高質量完成煤礦井下圖像的預處理過程。

發明內容