[发明专利]一种煤矿井下图像增强的方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像增强领域，具体涉及一种煤矿井下图像增强的方法。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，但由于我国的煤田地质条件复杂，生产条件恶劣，开采技术水平相对落后，生产人员素质较低，导致我国煤矿生产的事故频发，煤矿安全问题严重制约了我国煤炭工业的健康发展。我国煤矿井下是一个特殊的受限环境，它是由各种纵横交错、形状不同、长短不一的巷道组成，一旦发生事故，地面人员难以及时动态掌握井下人员的分布及作业情况，抢险救灾、安全救护的效率低，搜救效果差。因此有必要煤矿井下的视频监控，这是矿井安全生产的重要保障和应急救援必要手段，在特殊的井下环境下，光照不均匀甚至全黑的环境，导致图像对比度小，图像模糊不清，而且在视频图像采集传输过程中混入大量的噪声，导致视频图像画面粗糙，质量低下，视频画面质量直接影响着矿难信息的及时获取，因此图像增强变的尤为重要。

图像增强是通过一定手段对原图像附加一些信息或变换数据，有选择地突出图像中感兴趣的特征或者抑制(掩盖)图像中某些不需要的特征，使图像与视觉响应特性相匹配。图像增强对矿井下的安全生产有重要意义，多年来人们采用各种方法对图像进行增强。常用的光照不均匀情况下的图像增强方法有：灰度变换法、直方图均衡化法、基于Retinex理论的增强方法、梯度域图像增强方法、基于小波变换的图像增强方法、基于高通滤波器的图像增强方法、反锐化掩模图像增强方法。采用上述方法进行图像的增强应用非常广泛。然而，针对矿井安全生产所需要的照片，由于井下拍摄环境恶劣，拍摄的图像存在着一下特点：

(1)矿井下粉尘浓度大、湿度大，且相机难以实现自动聚焦。

(2)矿井下中照度波动频繁，例如煤矿井下大型设备很多，电网扰动大，造成照度波动。

(3)由于采集的图像是由光的反射形成，若照射到景物上的光照不均匀，在图像上将会得到光照较强的部分比较明亮，光照较弱的部分比较暗。

因此，由于特殊的图像环境，采用普通的图像处理方式进行图像的方法难以满足图像的真实性、可靠性的要求，使信息识读出现困难，不利于矿井下的安全、稳定的生产。

近年来，图像增强的方法在不断改进。例如，直方图均衡化法趋向于与人体视觉结合，增强图像的同时保持图像原始面貌。频域方法、Retinex方法则倾向于与其他方法的结合，其降低噪声的功能可以弥补其他方法的不足。梯度域方法着重在计算效率上的改进。另外，反锐化掩模方法提出了针对存在不同程度的边缘模糊、局部或整体对比度差等不足之处的降质或退化的图像，经典的线性反锐化掩模技术是使原始图像经过线性高通滤波器后，乘以一个比例因子后与原始图像相加，得到增强的图像。尽管这种方法简单，增强效果也相对较好，但他却有2个重大的缺点：

(1)系统对噪声非常敏感：由于采用了线性高通滤波器，图像的细节和噪声同时被增强，其是在图像的平坦区域，使很小的噪声也非常明显。

(2)过冲现象：图像的高细节区域相对于其他区域增强更大，处理后的图像会呈现明显的人工处理痕迹。

为了克服线性反锐化掩模技术的缺点，尤其是对噪声的敏感性，人们提出了各种各样的方法。S.K.Mitra提出了基于Teager算法的非线性算子，这种非线性算子可近似为局部均值权重高通滤波器。根据Weber定律，人眼对图像黑色区域的细节更敏感，因此这种算子能减小噪声。G.Ramponi提出了立方反锐化掩模技术，这种技术的实质是用一个对边缘敏感的平方滤波器算子乘以拉普拉斯算子，仅增强局部亮度变化区域的图像细节，相对较小噪声。Y. H.Lee提出了基于序列统计拉普拉斯算法的算子，这个算子的输出和局部均值与局部中值之差成比例，他能有效地去除高斯白噪声。上面提到的方法虽然相对于线性反锐化掩模技术减小了噪声，但在平坦区域，噪声仍然比较明显，而且，为了使图像的中细节区域达到较好的增强效果，图像的高细节区域往往增强过大，导致过冲现象的出现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下增强图像的方法，用于解决现有煤矿井下图像增强方法中，反锐化掩模技术存在的对噪声非常敏感及过冲现象的问题。为实现上述目的，本发明的方案是：一种煤矿井下图像增强的方法，步骤如下：

(1)采用局部方差的方法对图像的细节程度进行判断，把图像分为高、中、低三个细节区域；

(2)采用基于小波变换的阈值去噪方法对所述低细节区域的图像进行去噪处理；