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煤矿井下非均匀照度图像去噪研究

张旭辉 麻兵 杨文娟 董征 李语阳

张旭辉,麻兵,杨文娟,等. 煤矿井下非均匀照度图像去噪研究[J]. 工矿自动化,2024,50(2):1-8.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023110090
引用本文: 张旭辉,麻兵,杨文娟,等. 煤矿井下非均匀照度图像去噪研究[J]. 工矿自动化,2024,50(2):1-8.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023110090
ZHANG Xuhui, MA Bing, YANG Wenjuan, et al. Research on denoising of uneven lighting images in coal mine underground[J]. Journal of Mine Automation,2024,50(2):1-8.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023110090
Citation: ZHANG Xuhui, MA Bing, YANG Wenjuan, et al. Research on denoising of uneven lighting images in coal mine underground[J]. Journal of Mine Automation,2024,50(2):1-8.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023110090

煤矿井下非均匀照度图像去噪研究

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023110090
基金项目: 国家自然科学基金青年项目(52104166);中国博士后科学基金面上项目(2022MD723826);陕西省重点研发计划项目(2023-YBGY-063)。
详细信息
    作者简介:

    张旭辉 (1972—) ,男 ,陕西凤翔人 ,教授 ,博士 ,研究方向为煤矿机电设备智能检测与控制 , E-mail:zhangxh@xust.edu.cn

    通讯作者:

    杨文娟(1989—),女,山西文水人,副教授,研究方向为智能检测与控制,E-mail: yangwenjuan@xust.edu.cn

  • 中图分类号: TD76

Research on denoising of uneven lighting images in coal mine underground

  • 摘要: 煤矿综采工作面空间小、照明环境复杂多变,采煤过程中伴随着大量的粉尘、大雾,导致采集的图像出现曝光、细节特征减弱等问题,难以对井下照明区域光照强度过大的图像进行有效的特征提取。针对上述问题,提出了一种煤矿井下非均匀照度图像去噪算法。首先,将视频截取为图像,判断图像是否需要进行光照抑制,将需要进行光照抑制的RGB图像拆分通道,并计算每个通道的光照调节因子,实现图像的整体光照调节;然后,将未进行整体光照抑制的图像和经整体光照抑制的图像进行反射分量提取,即将输入的图像转换为HSV空间图像,使用单尺度Retinex(SSR)算法对V通道图像中的光照分量进行单独处理,将V分量中的入射分量去除,保留反射分量,并对反射分量使用直方图均衡算法实现光照均衡化处理;最后,使用基于引导滤波的暗通道先验算法对经过光照处理后的图像进行去雾处理,并使用伽马校正函数重新调节亮度不均的图像。主观评价结果表明:提出的煤矿井下非均匀照度图像去噪算法有效抑制了因光照导致整体亮度较高的问题,且由于大雾、粉尘等因素导致图像模糊的部分更加清晰,图像的细节特征更加突出。采用信息熵、均值 、标准差 、空间频率4种评价指标对提出的算法效果进行客观评价,结果表明,提出的算法在信息熵、均值 、标准差 、空间频率上较多尺度Retinex(MSR)算法分别平均提升了21.87%,−56.06%,153.43%,294.45%,较基于颜色保持的多尺度视网膜增强(MSRCP)算法分别平均提升了1.18%,−39.56%,33.29%,−4.71%,较带色彩恢复的多尺度视网膜增强(MSRCR)算法分别平均提升了38.06%,−55.27%,462.10%,300.96%,说明提出的算法能更有效地增加图像信息量、抑制光照强度、提升边缘信息及图像清晰度。

     

  • 图  1  煤矿井下非均匀照度图像去噪算法整体方案

    Figure  1.  Overall scheme of denoising of uneven lighting images in coal mine underground algorithm

    图  2  光照调节流程

    Figure  2.  Light adjustment flow

    图  3  V分量处理流程

    Figure  3.  V component processing flow

    图  4  改进暗通道先验算法流程

    Figure  4.  Improved dark channel prior algorithm flow

    图  5  灰度分布对比

    Figure  5.  Comparison of gray level distribution

    图  6  算法对比

    Figure  6.  Algorithms comparison

    图  7  评价指标对比

    Figure  7.  Comparison of evaluation indexs

    表  1  均值、标准差对比

    Table  1.   Comparison of mean and standard deviation

    标号 评价指标
    均值 标准差
    原图 本文算法处理后图像 原图 本文算法处理后图像
    P1 146 98 59 73
    P2 150 100 55 72
    P3 145 102 57 74
    P4 144 95 59 75
    P5 148 84 59 73
    P6 150 102 54 75
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    表  2  不同算法处理后图像指标比较

    Table  2.   Comparison of image indexes after processed by different algorithms

    标号 算法 评价指标 标号 算法 评价指标
    信息熵 均值 标准差 空间频率 信息熵 均值 标准差 空间频率
    P7 MSR算法 6.26 223.75 24.62 6.59 P10 MSR算法 6.80 211.18 44.18 9.01
    MSRCP算法 7.62 161.77 56.39 26.6 MSRCP算法 7.72 141.76 62.85 30.89
    MSRCR算法 5.54 216.56 12.94 6.12 MSRCR算法 5.69 203.26 14.70 7.31
    本文算法 7.66 97.26 74.83 26.22 本文算法 7.66 88.43 72.84 29.68
    P8 MSR算法 6.41 220.32 30.59 7.23 P11 MSR算法 6.07 227.16 25.55 7.27
    MSRCP算法 7.72 160.59 60.29 28.83 MSRCP算法 7.45 167.66 49.98 34.65
    MSRCR算法 5.92 196.57 16.82 8.03 MSRCR算法 5.28 216.14 10.63 7.42
    本文算法 7.70 97.06 72.79 25.88 本文算法 7.61 101.50 78.06 32.11
    P9 MSR算法 6.28 224.29 28.48 7.31 P12 MSR算法 6.05 229.81 24.22 6.80
    MSRCP算法 7.60 167.65 55.68 31.61 MSRCP算法 7.50 172.20 52.63 30.93
    MSRCR算法 5.45 218.15 11.94 6.85 MSRCR算法 5.53 217.19 13.08 7.69
    本文算法 7.72 100.43 75.86 29.33 本文算法 7.76 102.58 75.84 31.66
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-29
  • 修回日期:  2024-02-06
  • 网络出版日期:  2024-03-01

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