矿井视频图像小波域改进非局部均值滤波

由于井下粉尘较多,光照不均匀,易导致矿井视频图像中含有大量噪声,实时获取的矿井视频图像整体较模糊,影响了对其进行分析判读。对此,基于小波变换,提出了一种小波域矿井视频图像滤波算法。该算法首先对矿井视频图像进行2层小波变换,对获得的低频和高频小波分解系数分别进行逆小波变换,得到空间域原始图像的低频图像和高频图像;其次根据低频图像对比度较低、基本不受到噪声干扰的特点,对其采用同态滤波算法进行增强处理;然后,在对非局部均值滤波（Non-local means filtering,NLM）算法特点分析的基础上,分别从相似性权重计算、图像块搜索范围自适应确定等方面对其进行了改进,提出了一种改进型非局部均值滤波算法（Improved non-local means filtering,INLM）,采用该算法对高频图像进行去噪处理;最后将增强后的低频图像和去噪后的高频图像进行叠加,得到质量较高的矿井视频图像。采用一幅贵州省兴仁县王家寨煤矿井下视频图像进行试验,并将文中所提算法与非局部均值滤波算法及其2类改进型算法进行性能对比,采用结构相似度指数（Structure similarity,SSIM）、均方根误差（Root mean square error,RMSE）等指标对各算法性能进行评价,结果表明：新算法对于矿井视频图像的处理效果优于其余算法,对于高效处理矿井视频图像有一定的参考价值。     

矿井视频监控图像改进模糊中值滤波算法

由于矿井空气粉尘较多且光照不均匀,导致井下视频监控系统获取的图像含有大量噪声且明暗不均,在一定程度上影响了对井下生产状况的实时有效监控。为此,提出了一种改进模糊中值滤波算法。首先设计了一种自适应改进模糊隶属度系数计算方法,该方法将图像滤波窗口内像素点的灰度最小值、最大值、均值等作为阈值来计算不同像素点灰度值的模糊隶属度系数,克服了经典模糊隶属度系数计算时需设置大量阈值的不足;然后根据模糊隶属度系数进行模糊加权中值滤波,并对滤波后图像的灰度直方图进行了均衡化处理。采用C#语言编写算法运算程序,试验数据为2幅某矿井视频监控图像,试验中引入了模糊中值滤波、加权中值滤波、开关中值滤波等算法进行对比分析,并对各算法的试验结果采用峰值信噪比（Peak signal noise to ratio,PSNR）和算法耗时2个指标进行评价,结果表明：改进模糊中值滤波算法相对于其余3类算法而言不仅去噪效果较优,而且耗时较少,对于批量处理矿井视频监控图像有一定的参考价值。     

融合小波变换的矿井视频图像非局部均值滤波

矿井视频监控系统的相当一部分图像信息采集传感器处于低照明、高密度粉尘的环境中,导致获取的图像出现忽明忽暗、噪声较多的现象,很大程度上干扰了对井下生产状况的有效监控。为此,将小波阈值去噪算法与非局部均值滤波算法（Non-local means filtering,NLM）相结合,提出了一种井下视频图像去噪算法。该算法对获取的原始矿井视频图像进行单层小波变换,对得到的低频系数和高频系数分别进行如下处理：①将低频系数进行单层小波变换,得到次低频系数1和次高频系数1,对次高频系数1采用改进型小波阈值去噪模型进行噪声抑制后与次低频系数1进行重构,得到低频图像;②将高频系数进行单层小波变换,得到次低频系数2和次高频系数2,对次高频系数2予以舍弃,对次低频系数2采用小波软阈值去噪模型处理后进行系数重构,得到高频图像。对获取的低频、高频图像进行融合,并对融合后的图像进行非局部均值滤波,得到高清晰度的矿井视频图像。采用VB语言对所提算法进行编程试验,并与小波硬阈值去噪模型、小波软阈值去噪模型、非局部均值滤波算法进行试验对比,结果表明：该算法去噪后的矿井视频图像清晰度以及峰值信噪比（ Peak singnal noise to ratio,PSNR）、均方根误差（Root mean square error,MSE）等指标明显优于其余3类算法。     

基于噪声检测的矿井视频监控图像投票中值滤波

矿井视频监控由于受到井下光照不均匀、高浓度粉尘、成像器件电压不稳定等因素的影响,导致实时获取的图像对比度不高且含有大量的颗粒状噪声,严重影响对图像的准确判读与分析。为此,对经典中值滤波算法进行了改进,提出了一种融合噪声检测策略与投票统计学原理的改进型中值滤波算法。首先对获取的原始矿井视频监控图像采用双平台直方图均衡化算法(Double platform histogram equalization,DPHE)进行处理,该算法通过对图像各灰度级对应的像素点数目设定2个阈值(平台值)对图像背景信息进行抑制,对图像细节信息进行增强;然后将增强后的图像划分为多个规则图像块,根据各图像块内像素点灰度值的分布特征设计了一种噪声图像块自适应检测方法,若某图像块内的灰度值异常点数目超过一定限值,则该图像块被标记为噪声图像块;最后,对噪声图像块进行投票中值滤波。采用C++语言对所提算法进行了编程,并采用2幅采集于某煤矿井下综采工作面的视频监控图像进行试验,结果表明:所提算法对于不同失真程度的矿井视频监控图像的处理效果优于中值滤波、直方图均衡化等算法,对于最大限度地发挥矿井视频监控系统的作用有一定的参考价值。     

基于小波分解子带直方图匹配的 矿井视频图像增强方法

井下光源不充足,机械运行振动以及大量煤尘等因素的存在导致视频监控系统实时获取的图像较模糊且参杂了大量的颗粒噪声。为改善矿井视频图像质量,将空间域直方图匹配方法引入小波变换域中,提出了一种基于小波分解子带自适应直方图匹配的图像增强方法。首先对矿井视频图像与经过直方图均衡化处理后的矿井视频图像分别进行小波变换,以直方图均衡化处理后的图像的低频小波分解子带灰度直方图为基准,将矿井视频图像的低频小波分解子带直方图与之进行匹配,获得增强后的低频小波分解子带;然后针对均值滤波方法存在的缺陷,提出了一种基于滤波窗口自适应划分的加权改进均值滤波算法,并将其应用于去除矿井视频图像高频小波分解子带中的颗粒噪声;最后对直方图匹配后的低频小波分解子带和滤波后的高频小波分解子带进行逆小波变换,得到了视觉效果较佳的矿井视频图像。利用C++语言分别对直方图均衡化、同态滤波、均值滤波以及所提方法进行了编程实现,采用实地获取的山西阳泉某煤矿井下视频监控图像进行试验,对试验结果引入边缘保持指数（Edge protection index,EPI）进行评价,结果表明,所提方法对矿井视频图像的处理效果相对于其余方法而言优势较明显。     

基于DWT与改进中值滤波的矿井视频监控图像去噪

井下光照不均、煤尘浓度大以及视频图像获取设备电路电压不稳定等各类因素的存在,导致矿井视频监控系统获取的图像存在大量噪声,影响了对矿井各类生产信息的准确判读。为此,将离散小波变换(Discrete wavelet transform,DWT)与改进中值滤波算法相结合,提出了一种矿井视频监控图像高效去噪算法。首先,对获取的矿井视频图像进行自适应噪声检测,根据检测结果,对图像采用改进中值滤波算法处理;然后对滤波后的图像进行3层离散小波变换,鉴于图像的噪声信息绝大部分集中分布于高频分解系数中,故对低频分解系数不作处理;最后对高频分解系数采用一种改进软阈值去噪函数模型进行去噪,将去噪后的高频分解系数与原始低频分解系数进行重构,得到去噪后清晰度较高的图像。采用实地获取的山西潞安某煤矿井下视频图像进行试验,并与小波软阈值去噪、中值滤波等算法进行去噪效果对比分析,此外,对各算法的试验结果分别采用信噪比(Signal noise ratio,SNR)以及算法运行时间进行评价,结果表明:新算法对于矿井视频监控图像的去噪效果优于其余2类算法,且算法运算时间也具有一定的优势。     

矿山视频监控图像清晰化研究

在沙尘、雨雾等特殊天气下,矿山视频监控获得的图像非常模糊,不能清晰地分辨出所拍摄景物的轮廓和细节。通过实验,采用基于移动模板的块重叠直方图均衡方法和自适应平滑滤波方法对模糊图像进行处理,获得了清晰的轮廓和完整的细节。此外,文章对该方法在矿山视频监控系统中的应用做了进一步分析展望。     

基于小波阈值法的矿山遥感图像非局部均值去噪

矿山遥感图像在获取、压缩、传输、解码的过程中易混入大量随机噪声,导致图像清晰度较低,难以直接进行分析研究。为此,将小波变换与非局部均值滤波算法(Non-local means filtering algorithm,NLM)相结合提出了一种基于小波阈值法的矿山遥感图像非局部均值去噪算法。该算法首先结合小波硬阈值、软阈值去噪模型以及现有的改进型小波阈值去噪模型的特点,建立一种改进型小波阈值去噪模型并用于去除遥感图像中的随机噪声;然后将原始遥感图像与小波去噪后的图像作差运算,得到原始差值图像,再对原始差值图像进行非局部均值滤波,得到滤波后的差值图像;最后将小波去噪后的图像与滤波后的差值图像进行融合。采用MATLAB语言编写程序,试验数据为白云鄂博矿区的2幅遥感图像,采用峰值信噪比(Peak signal noise to ratio,PSNR)和算法耗时等指标对算法去噪效果进行评价。试验结果表明:所提算法的去噪结果明显优于小波软阈值去噪模型及非局部均值滤波,此外,该算法耗时相对于其余2类算法而言也有一定的优势,对于提高矿山遥感图像的判读精度有一定的参考价值。     

矿井视频监控系统的设计与选型

对比了矿井视频监控系统模拟和数字两种传输方式的优、缺点,分析了点对点式和节点式两种传输结构的特点和各自的适用范围,介绍其结构组成和系统功能及在矿井环境中的选型要求,为矿井自动化视频监控子系统的建设和设计选型提供依据。     

提升小波变换域矿井光照不均匀图像双直方图均衡化增强

由于矿井光照不均匀,加之大量粉尘附着于监控摄像头表面,导致获取的视频图像对比度不高且含有大量随机分布的颗粒状噪声。为提高该类图像的对比度,充分发挥矿井视频监控系统的效能,基于提升小波变换（Lifting wavelet transform LWT）,提出了一种矿井不均匀光照图像的自适应增强算法。首先采用直方图规定化算法（Histogram specification,HS）对获取的矿井图像进行初步增强;其次对初步增强后的图像进行提升小波变换,由于图像中的随机噪声主要集中分布于高频小波分解系数中,低频小波分解系数基本不存在噪声,故保留低频小波分解系数,对高频小波分解系数提出了一种基于反正弦函数的改进阈值函数去噪模型进行噪声抑制;然后对低频小波分解系数和去噪后的高频小波分解系数进行重构,得到不含噪声的矿井图像;最后采用双直方图均衡化算法（Bi-histogram equalization,BHE）对去噪后的图像进行进一步增强。将所提算法分别与直方图规定化、反锐化掩膜、小波阈值去噪等算法进行性能对比,并采用峰值信噪比（Peak noise to ratio,PSNR）、均方根误差（Root mean square error,RMSE）以及边缘保持指数（Edge protection index,EPI）等指标对试验结果进行评价,结果表明：所提算法对于矿井光照不均匀图像的处理效果相对于其余算法而言效果较优,对于高效处理矿井视频图像有一定的参考价值。     

矿山遥感图像自适应加权改进中值滤波算法

矿山遥感图像的质量受成像区域环境的影响较大,加之成像器件固有的缺陷,易导致获取的图像存在一定程度的失真,影响对遥感图像的判读和分析。为此,在中值滤波（Median filtering,MF）算法的基础上进行了加权改进,提出了一种适合于遥感图像处理的自适应加权改进中值滤波算法（Adaptive weighted improved median filtering,AWIMF）。首先将遥感图像划分为多个尺寸为7 ×7的图像块,对每个图像块分别统计像素点灰度极大（小）值,将该类像素点标记为第1类疑似噪声点;其次计算每个图像块的像素点灰度中值,将各图像块中的每个像素点灰度值与对应的像素点灰度中值作差,将较大差值对应的像素点标记为第2类疑似噪声点,将2次检测均被标记为疑似噪声点的像素点确定为噪声点;然后,以每个噪声点为中心选取尺寸为5× 5 的滤波窗口,根据滤波窗口内各像素点灰度值与所在滤波窗口的像素点灰度中值的差值计算权重,分别将各像素点灰度值与对应的权重进行加权计算,实现对噪声点的高效滤波;最后,采用直方图规定化算法（Histogram specification,HS）对滤波后的图像对比度进行调节。采用内蒙古白云鄂博矿区遥感图像进行试验,结果表明,所提算法的性能相对于中值滤波及其已有的几类改进型算法而言,优势较明显。     

矿区塌陷区遥感影像改进自适应维纳滤波算法

遥感影像为矿区开采沉陷研究提供了大量可靠的数据,对于提高矿区开采沉陷监测与预计的精度具有重要作用,但由于遥感影像的获取受到矿区成像环境、成像器件固有的缺陷等因素的影响,易混入不同程度的随机噪声,降低了遥感影像的成像质量,导致难以高精度提取矿区塌陷区域的相关数据。为此,提出了一种针对矿区塌陷区遥感影像的滤波算法。该算法首先对自适应维纳滤波算法添加了噪声图像块检测环节,对其进行了适当改进,将改进后的自适应维纳滤波算法用于对遥感影像进行去噪;然后针对去噪后遥感影像对比度不高的问题,采用动态均值算法进行增强处理,即通过设定某一阈值,将遥感影像像素点灰度值划分为亮度异常和亮度正常2个部分,采用亮度正常的像素点灰度值修正亮度异常的像素点灰度值,实现对遥感影像对比度的动态调整。采用一幅某矿区塌陷区的遥感影像分别对新算法、自适应维纳滤波、中值滤波、非局部均值滤波等算法进行试验,结果表明：新算法对于矿区塌陷区遥感影像的滤波效果相对于其余算法而言有一定的优势,对于提高矿区开采沉陷监测与预计的精度有一定的帮助。     

基于改进Prewitt算子的矿井视频图像小波阈值去噪

由于矿井成像环境的复杂性,导致所获取的图像较为模糊且存在一定程度的噪声,有必要采用适当的方法滤除其中的噪声并提高图像的清晰度。为此,提出了一种结合边缘检测的小波域矿井视频图像去噪算法。首先对噪声图像采用均值滤波算法进行预处理;然后对分别从检测模板、自适应阈值设定方法对经典的Prewitt算子进行适当改进,并采用改进的Prewitt算子提取预处理后图像的边缘轮廓信息,从而获得边缘图像和非边缘图像;最后对于非边缘图像,采用一种基于自适应阈值的改进小波阈值函数模型进行去噪处理,该模型充分结合了小波硬、软阈值去噪模型的优势,能够随着小波分解层数的变化自适应调整阈值大小。为了验证该算法的有效性,采用2幅实地获取的山东兖州某煤矿井下视频监控图像进行试验,并与小波硬、软阈值函数模型及2类已有的改进型小波阈值函数模型进行去噪效果对比。结果表明,该算法的去噪效果优于其余几类函数模型,且算法耗时略占优势,对于提高矿井视频监控图像的质量具有一定的参考价值。