[發明專利]基于最小二乘法的圖像特征信息提取礦井壁圖像的方法

有效

• 申請號: 202011503251.3
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112634345B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 陳峰;黃懷崧;劉玉龍;劉鶯
• 申請（專利權）人: 福州華虹智能科技股份有限公司
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60;G06T7/70
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳映輝

1.基于最小二乘法的圖像特征信息提取礦井壁圖像的方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：通過視頻采集硬件采集礦井鉆孔內的視頻，讀取視頻中的任意一幀鏡頭與鉆孔圓心偏離的圖像，得到三通道彩色圖像，所述三通道彩色圖像為視頻采集硬件的鏡頭與鉆孔圓心偏離的狀態，所述三通道彩色圖像內包含有固定遮擋區域，所述固定遮擋區域為視頻采集硬件固定的用于保護鏡頭的不透光材料區域，所述三通道彩色圖像中鉆孔圓心與固定遮擋區域的圓心不重合；

S2：將固定遮擋區域的圓形區域定義為C₁(X₁，Y₁，R₁)，其中X₁，Y₁，R₁三個量值始終保持不變，將鉆孔無信息區域的圓形區域定義為C₂(X₂，Y₂，R₂)，由于視頻采集硬件在移動的過程中，與鉆孔無信息圓形區域的圓心的相對位置會發生變化，其中X₂，Y₂，R₂的三個量的值是不斷變化的；

S3：將三通道彩色圖像采用灰度化方法進行處理，得到單通道灰度圖；

S4：通過觀察單通道灰度圖發現固定遮擋區域圓C₁(X₁，Y₁，R₁)內像素值和鉆孔無信息圓形區域的像素值基本相等，因此以固定遮擋區域圓C₁(X₁，Y₁，R₁)內的像素值為二值分割的閾值基準，對單通道灰度圖進行二值化處理，得到二值化灰度圖；

S5：對二值化灰度圖的圖像求微分，得到鏡頭與鉆孔圓心偏離微分圖；

S6：在上述步驟中鏡頭與鉆孔圓心偏離微分圖的基礎上，將固定遮擋部分圓C₁(X₁，Y₁，R₁)范圍內的數據點屏蔽掉，得到鉆孔圓心偏離微分圖；

S7：根據鉆孔圓心偏離微分圖計算出圖像的高度H和寬度W，并取半徑R為R＝min(W/2，H/2)，以圖像的中心(W/2，H/2)為圓心生成一個圓C₃(W/2，H/2，R)，收集C₃(W/2，H/2，R)中的所有白色像素點坐標(X，Y)，然后運用最小二乘法擬合出這些白色像素數據點的圓方程(X-A)²-(Y-B)²＝R²，得到鉆孔擬合圓心圖，顯然，擬合得到的圓即為實際鉆孔的無信息圓形區域C₂(X₂，Y₂，R₂)，由于每幀圖像的鏡頭和鉆孔中軸線偏離程度，因此X₂，Y₂，R₂不是定值，而是隨著偏離程度而發生變化；

S8：在鉆孔擬合圓心圖的基礎上添加固定遮擋部分圓C₁(X₁，Y₁，R₁)后，得到圓C₁(X₁，Y₁，R₁)與C₂(X₂，Y₂，R₂)的位置關系圖；

S9：在圓C₁(X₁，Y₁，R₁)與C₂(X₂，Y₂，R₂)的位置關系圖的基礎上，以鉆孔圓C₂(X₂，Y₂，R₂)的圓心(X₂，Y₂)為圓心，生成同時包圍鉆孔圓C₂(X₂，Y₂，R₂)和遮擋圓C₁(X₁，Y₁，R₁)的最小圓C₃(X₂，Y₂，R₃)，其中半徑R₃由下式a求得：

S10：基于圓C₁(X₁，Y₁，R₁)與C₂(X₂，Y₂，R₂)的位置關系圖，計算出圖像的高度H和寬度W后，構造出可提取區域的最大圓C₄(X₄，Y₄，R₄)，其中：

S11：以鉆孔圓C₂(X₂，Y₂，R₂)的圓心(X₂，Y₂)為圓心，構造出被圓C₄(X₄，Y₄，R₄)包圍的最大內切圓C₅(X₂，Y₂，R₅)，其中半徑R₅由下式b求得：

其中，(X₁，Y₁)為固定遮擋區域圓C₁(X₁，Y₁，R₁)的圓心坐標，圓C₅(X₂，Y₂，R₅)內切于圓C₄(X₄，Y₄，R₄)；

S12：設圓方程C₅(X₂，Y₂，R₅)圍成的區域為一個集合，圓方程C₃(X₂，Y₂，R₃)圍成的區域為另一個集合，由集合關系可知，則集合C₃是集合C₅的一個子集，即

C₃∈C₅

那么當前幀圖像的可展開區域集合C_f是C₅中C₃的補集，即

C_f＝(C₅-C₃)

顯然，C_f區域為同心圓環區域；

S13：對C_f區域中的圖像運用極坐標展開，即可得到矩形展開圖。