基于下采样灰度投影的电子稳像算法研究.pdf

第 4 3卷 第 4期 2 0 1 7年 4月 工矿 自 动 化 I n du s t r y an d M i ne Au t oma t i o n Vo 1 ． 4 3 NO ． 4 Ap r ．2 Ol 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 l X 2 0 1 7 0 4 0 0 2 2 0 6 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 4 ． 0 0 6 范叶平 ， 郭政 ， 张锐． 基于下采样灰度投影的电子稳像算法研究E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 4 2 2 2 7 ． 基于下采样灰度投影的电子稳像算法研究 范叶平 ， 郭政 ， 张锐 国网信通 产业 集 团 安 徽继 远 软件有 限公 司 ， 安 徽 合肥 2 3 0 0 8 8 摘要 为 了快 速 、 准确 地稳 定矿 井车 载摄像 系统 获取 的抖 动 图像 ， 提 出 了一 种 基 于 下采 样 灰度 投 影 的 电 子 稳像 算 法 。首 先对 图像 进行 直 方 图均 衡化 处理 ， 以提 高 图像 对 比度 ； 为 减 少算 法运 算 量 ， 削减局 部 运 动 物 体 的影 响 ， 通过 下采 样 方法对 图像进 行 多分 辨 率分层 ， 选取 相 邻 2帧低 分辨 率 图像 及其 预 定子 区域 分别进 行 灰 度投 影运 算 ， 并对 运 算结果 进行 加权 求和 处理 ， 获得 最终 的 全局 运动 矢量 ； 最后 根 据 卡 尔曼滤 波 获取 的补 偿 量 ， 通过 自适 应相 邻 帧补偿 方 法对 图像进 行运 动 补偿 ， 以解 决误 差 累积 问题 。 实验 结 果表 明 ， 所提 算 法在 准确 度和 运 算时 间上都优 于传统 灰度投 影 算 法 ， 且 能 实现 长时 间连 续稳像 。 关键 词 矿 井车载摄 像 ；电子稳 像 ；下采样 ；灰度投 影 ； 运 动补 偿 中图分类 号 TD6 7 2 文 献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 7 0 3 2 8 1 7 1 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 0 3 2 8 ． 1 7 1 1 ． 0 0 6 ． h t ml Re s e a r c h o n e l e c t r o n i c i ma g e s t a b i l i z a t i o n a l g o r i t h m b a s e d o n s u b s a mp l e g r a y s c a l e p r o j e c t i o n FAN Ye pi ng， GUO Zhe ng， ZHANG Rui An h u i J i y u a n S o f t wa r e Co． ，L t d． ，S t a t e Gr i d I n f o r ma t i o n Te l e c o mmu n i c a t i o n Gr o u p ’ He f e i 2 3 0 08 8，Ch i na Ab s t r a c t I n o r de r t o s t a b i l i z e di t he r i n g i ma g e s ob t a i n e d b y m i n e v e hi c l e mou nt e d r e c or d i ng s ys t e m f a s t a n d a c c u r a t e l y ，a n e l e c t r o n i c i ma g e s t a b i l i z a t i o n a l g o r i t h m b a s e d o n s u b s a mp l e g r a y s c a l e p r o j e c t i o n wa s p r op os e d．Fi r s t l y，t he i ma ge i s p r oc e s s e d by hi s t o gr a m e qu a l i z a t i on t o i m p r ov e i ma ge c on t r a s t ．I n o r de r t o r e d u c e c o mp u t a t i o n a mo u n t o f t h e a l g o r i t h m a n d we a k e n i mp a c t o f l o c a l mo v i n g o b j e c t s ，t h e i ma g e i s mu l t i r e s o l u t i o n l a y e r e d b y t h e me t h o d o f s u b s a mp l e ，a n d t h e a d j a c e n t t wo f r a me s o f t h e l o w r e s o l u t i o n i ma g e a n d i t s p r e d e t e r mi n e d s u b r e g i o n s a r e s e l e c t e d f o r g r a y s c a l e p r o j e c t i o n o p e r a t i o n．Th e g l o b a l mo t i o n v e c t or i s o bt a i ne d by we i g ht e d s u m mi ng p r o c e s s o f t he o pe r a t i on r e s ul t s ． Fi na l l y， t he i ma g e i s c o mp e n s a t e d b y a d a p t i v e a d j a c e n t f r a me c o mp e n s a t i o n me t h o d a c c o r d i n g t o c o mp e n s a t i o n a mo u n t o b t a i n e d by Ka l ma n f i l t e r i ng．Th e e xp e r i me nt a l r e s u l t s s ho w t ha t t h e p r op os e d a l g or i t hm i s s u pe r i or t o t r a d i t i o na l g r a y s c a l e p r o j e c t i o n a l g o r i t h m i n t e r ms o f a c c u r a c y a n d c o mp u t a t i o n t i me ，a n d c a n a c h i e v e l o n g t i me c o nt i nuo us i m a g e s t a bi l i z a t i o n． Ke y wo r ds m i n e v e h i c l e - mou nt e d r e c o r di n g； e l e c t r o ni c i m a g e s t a b i l i z a t i o n； s ub s a m p l e； gr a y s c a l e p r o j e c t i o n；mo t i o n c o mp e n s a t i o n 收稿 日期 2 0 1 6 - 1 1 0 l ； 修 回日期 2 0 1 7 - 0 2 1 7 ； 责任编辑 胡娴 。 作者简介 范叶平 1 9 7 9 ～ ， 男 ， 安徽 安庆人 ， 高级架 构师 ， 主要从 事信 息管理 、 信息 集成 、 数 据集 成类项 目咨询 、 方案 设计 、 研 发管 理 l 作 E ma i l f a ny e p i n g s git g ．s g c c ． c o rn． c n。 2 0 1 7年 第 4期 范叶平等 基 于下采样 灰度 投影 的 电子稳像 算 法研 究 2 3 0 引 言 补偿 ， 获取 平滑 、 稳定 的视 频序列 。 能 源 技 术 革 命 创 新 行 动 计 划 2 O 1 6 2 0 3 0年 重 点 任 务 中要 求 实 现 煤 炭无 害 化 开采 技 术创新_ 1 ] ， 包括重大灾害监控预警、 应急救援等关键 技 术研发 及应 用 。在 煤 矿监 控 预 警 、 事 故 应 急 救援 中 ， 井下 车载摄 像 系 统 是不 可 或 缺 的 一部 分 。 由于 受到摄像载体随机运动的影 响， 摄像 系统获得的视 频图像信息会出现不稳定的现象 ， 使得煤矿井下现 场的呈现效果不理想 ， 不仅影响监测人员对矿井现 场的判断， 而且极大地影响后续 图像监控预警 、 安全 事故的应急救援效果等。因此 ， 对矿井车载摄像 系 统进行稳像处理对于煤炭安全开采至关重要 。 稳像技术根据发展历程可分为机械稳像、 光学 稳像及电子稳像[ 2 ] 。电子稳像技术相对于前 2种稳 像技术 ， 具有精度高、 功耗小 、 成本低 、 控制方式简单 等优点 ， 在实际工程 中有着广泛 的应用。电子稳像 系统 的处 理流 程一 般包括 运 动估计 、 运动 滤波 、 运动 补 偿 3 个 环节 [ 3 ] 。首 先利 用运 动估计 算法 获取 全局 运动矢量 ， 通过运动滤波算法将全局运动矢量分离 为主动扫描运动矢量与随机抖动矢量 ， 最后利用运 动补偿算法对随机抖动矢量进行反方 向补偿 ， 达到 输 出稳定 的视 频序 列 的 目的 。 常用的运动估计算法有块匹配法、 光流法 、 灰度 投影法等 ] 。其 中， 灰度投影法具有运算量小 、 对噪 声不敏感 的优点 ， 适用于实时处理的场合 ， 在实际工 程 中有 着广 泛 的应 用 [ 5 ] 。另外 ， 井 下 机 车 震 动 对 图 像抖动的影响一般表现为水平方向或垂直方向上的 平移运动， 符合灰度投影算法的原理。 文献[ 6 ] 采用快速三点搜索的灰度投影法进行 全局运动矢量估计 ， 运算时间相对减少 ， 但没有考虑 局部运动物体的影响 ， 因此 ， 其全局运动矢量值的求 解会有一定误差 。文献[ 7 ] 采用相邻帧补偿 的方式 对图像进行运动补偿 ， 但相邻帧补偿易产生 累积误 差 ， 当长时 间连续 稳像 时这种 方法稳 像 效果不 好 。 针 对 以 上 问题 ， 本 文 提 出 了一种 基 于下 采 样 灰 度投影 的矿 井车 载 电子 稳像 算法 。首先 通过 直方 图 均 衡化 提高 图像 的对 比度 ， 在 此基 础上 ， 通过 下采 样 方法对 图像 进行 多 分辨 率 分 层 ； 然 后选 取 低 分 辨 率 图像及预定子区域分别进行灰度投影计算 ， 对两者 的运动偏移值加权求和， 获取全局运动矢量 ， 在减少 算法计算量及减轻局部运动物体影响的同时 ， 体现 了图像 的整体特性； 最后通过卡尔曼滤波获取补偿 量， 通过基于 自适应相邻帧的补偿方法对图像进行 1全局 运动 矢量估 计 1 ． 1 图像 预 处理 针对煤矿井下车载视频图像灰度值单一且分布 不均匀 的问题 ， 首先对 图像 进行 预处 理 ， 然 后再 进行 灰度投 影算 法 的计算 。 直方 图均衡 化是 灰度 变换 的一 个 比较 重要 的应 用 ， 易 于实 现且 高 效 [ 8 ] ， 因此 ， 本 文 采 用 直 方 图均 衡 化对图像进行预处理 。该方法的基本原理是将原始 图像的灰度值进行均匀分布 ， 以扩大 图像像素灰度 值 的变 化 范 围。设直 方 图用 P表示 ， 其表 达式 为 ， 户 g 一 孚 ， g∈ O ， 2 5 5 1 ‘ 式 中 g为 灰 度 值 ； Z 为灰 度 值 g 出 现 的 次 数 ； l为 图像总像素数 。 将 P归一化到E o ， 1 ] 区间， 设对应 P的累积概 率 函数 为 c ， 其表达 式 为 c 一 2 J一 0 对 式 2 进 行变 换 ， 得 y R x c 3 式 中 z 为原 始 图像灰 度值 ； R 为变换 函数 ； Y 为 z 经过变换后在[ O ， 1 ] 内对应的值 。 式 3 将不 同的灰度等级映射到[ O ， 1 ] 域 ， 需要 通过式 4 将这些值映射 回其最初的域 。 一 i m 一 m i Y m 4 式中 为直方图均衡化后的灰度值 ； 为原始 图 像灰度最大值 ； i 为原始图像灰度最小值 。 1 ． 2 灰 度投 影 算法 灰度投影算法是指将 1幅二维图像 的灰度数据 简化成 2个一维的灰度特征匹配， 根据现有 图像灰 度分布的变化规律得到当前帧相对于参考帧的运动 矢量。该算法 由图像行列灰度投影和相关计算 2个 部 分构 成 。 1 ． 2 ． 1 图像 行列 灰度 投影 图像行 列灰 度 投 影 是指 将 图像 信 息分 别 在 X 轴 和 y轴 进 行 灰 度 累 加 ， 得 到 2个 相 互 独 立 的 一 维灰 度投 影 曲线 。大 小 为 M X N 的 图 像 的灰 度 投 影值 公式 如式 5 和式 6 所示 。 N z 一∑ ， M 一∑ ， j一1 5 6 2 4 工矿 自动 化 2 O 1 7年 第 4 3卷 式 中 2 ． 为 图像 的第 是帧 在第 列 的投 影灰 度值 ； i ， 为 第 是帧 图 像 在 坐 标 ． 处 的 灰 度 值 ； i 为 第 七帧 图像 在第 行 的 灰度投 影值 。 1 ． 2 ． 2 相关 计算 相 关 计 算 是 根 据 投 影 曲线 获 得 运 动 矢 量 的 过 程 ， 其本 质是将 2条 不 重 合 的 曲线 进 行 平 移 。运 动 矢量 是指 将不 重 合 曲线 平 移 到 重合 位 置 的重 合量 。 直 观J - 的平移 反 映在数 学上 是根据 一定 的 匹配准 则 对 曲 线 的 相 关 性 进 行 量 化 求 取 。最 小 均 方 误 差 MS E 准则 是常 用 的 匹配 准 则方 法 之 一 。行 、 列 相 关 曲线计 算公 式分 别为 厂 ■ 一 一 1 √ [ z ．j- 一 z ] i n M ≤ ≤M 一 7 “ 7 C √ 鍪 一 N ≤ ≤ N 一 ” 8 式 中 ， 为相关 曲线 的横 坐标 和纵坐 标 ； ， ”为 位 移矢 量 相对 于参考 帧在 行 、 列 侧 的搜索 宽度 。 运动矢量用[ △ x， △ y ] 表示 ． △ x 和 △ y分别 为水平 方 向和垂 直方 向偏移 量 ， 其 表达 式 为 f △X mi n C j ’ 一 M ≤ 。Ⅵ 。 9 【 △ y m i n C 1 ． 3 基 于下采样 的 多分辨 率分层 提 高灰 度投影 算法 的运 算速 度对 于实 时 电子稳 像具有 重要 意义 。本 文采用 多分 辨率 分层 的思想 对 原 始 图像进 行分层 ， 对低 分 辨率 图像进 行投 影操 作 ， 以减少 运算 量 。南于灰 度投 影算 法 以图像 灰度 信息 为基础 。 所 以 ， 该 方法不 会影 响算 法整 体性 能 。 视 频 图像 序 列 的 多分 辨 率 表 示 原理 如 图 1所 示 。将 图像 多分 辨表示 后 ． 可进行 分层 ， 最 上层 图像 的分辨 率最 低 。 、 、 薹 I 、、 I 巫 、 、、 图 1 视频 图像 序列 的多分辨率 表示原理 采用 低 通 滤 波 及下 采 样 方 法 得 到 多 分 辨 率 图 像 ， 图像 下采样 多分 辨率 分层 分解 如图 2所示 。 口 图 2 像下采样多分辨牢分层分解 对 于原始 像 -／ ， 一 般 认为 是 第 1层 ， 用 ／ 表 示 ， 此时 ， ／ 为 图像 的最 大 分 辨 率 。将 ．／ 进行 低 通滤 波处 理 滤 波 算 子用 H 表 示 ， 根 据 构 造 公 式 式 1 0 对滤 波后 的 像进 行 下 采样 处理 ． 得 到第 2层 图像 。依 此类 推 ， 最 终 获 得 的第 ， 一 层 多分 辨 率 图像 ．厂 。 厂 i ， 一 l／ 2 i ， 2 j r一 2 ． 3， ⋯ 1 0 式 中 ， i ， 为 第 r层 图 像 巾 像 素 点 ， 的 灰 度值 。 根据 上 述 方 法 得 到 的 多 分 辨 牢 图 像 如 图 3 所示 3多 分 辨 图像 1 ． 4 预 定子 区域 权 重的确 定 根 据现 场实 际观察 ， 在 机车 进过 程 巾 ， 为避 免 发生 危险事 故 。 井下 丁 作 的矿 一 般 不 会 m现 在 矿 井 车 载摄像 系统 获取 的 图像 的 巾 下部 区域 ， 即预 定 子 区域 巾。以分 辨率 大小 为 6 4 0 4 8 0的 图像 为例 。 其 预 定 子 区域 大 小 为{ 2 2 0 ， 3 0 ， 4 2 0 ， 2 3 0 } ． 如 图 4所 示 。 图像宽度／ p i x e l 4 80 6 4 0图像长度／ p i x c 4 琐 定 r ‘ 域 选 掸 利用 预定 子 域 无运 动物 体 这 一 特点 ， 通 过 对 相邻 2帧 低分 辨率 图像 及预定 子 区域 分别 进行 庆度 投 影计 算 ， 对获 得 的运动 矢量取 不 同的权 重 ， 获 得低 分辨 率 图像 下 的伞局 运 动矢量 。J牟 局运 动矢量 计算 公 式 如下 一 】 一 t u i 一 1 ≤ ≤ ‘ 式 中 和d 分别 为低分辨率 像下令局水平 和 垂直运动估计值 ； 为子 区域所 占的权重 ； 和 2 0 1 7年 第 4期 范叶平 等 基 于 下采样灰 度投 影 的 电子稳 像 算 法研 究 ．2 5 ． 为 2帧整幅低分辨率 图像的水平和垂直位移矢量 ； 和 为低分 辨率 图像 中预定 子 区域 的水 平 和垂 直位 移矢 量 。 可 以通过加 大预 定子 区域估 计值 的权 重来 降低 局部 运动 物体对 全 局 运动 矢 量 的影 响 ， 从 而更 加 准 确地估计全局运动矢量值。但是如果预定子区域的 权重过大 ， 过度依赖局部运动矢量而忽略整体特性 ， 反而会 增 大全局 运 动 估 计 的误 差 。因此 ， 应 选 取 适 当的权重 比例 ， 使其既能反映整体特性 ， 又能精确、 可靠地计算全局运动估计矢量。根据矿区运动物体 运动特点及大量实验数据测试 ， 当 取 5 O 时能够 获得较 准确 的全 局运 动矢量 。 1 ． 5 全局 运动 矢量计 算 原始图像最终 的全局运动矢量为 dz 2 2 - 1 d 式 中 d 和 d 分 别为 全局 水平运 动量 和全 局垂 直运 动量 。 2 基 于 自适应相 邻帧 的运 动补偿 车载摄像系统通过运动估计获取到的全局运动 矢 量一 般包括 2 个 部 分 ， 即摄 像 机 自身 的 主动 扫 描 运动和随机抖动。文献E l o 3 采用改进卡尔曼滤波对 全 局运 动矢量 进行 低 通 滤 波 处 理 ， 能 够有 效 分 离 出 主动扫 描运 动和 随 机 抖 动 。因 此 ， 本 文采 用 该 方 法 获取运动补偿参数 。 获取运动补偿参数后 ， 根据负反馈思想 ， 通过运 动补偿算法将补偿量重置于当前 帧， 以获得平稳连 续的视频图像序列 。常用的运动补偿方法有 固定帧 补偿和相邻帧补偿 2种口 。固定 帧补偿通常用于 摄像机平台固定的情况 ， 不适用于矿井 车载摄像系 统 。相邻帧补偿是将待处理的每一帧与上一帧进行 对 比， 估 计 出相邻 2帧 的运 动矢量 。 相 邻 帧补 偿 方法 中 ， 当前 帧 的运 动 补 偿矢 量 为 e 一∑ 5 ， 即 1 硼 P 一 w e一 1 h P 1 3 式 中 h s 表 示 获取 的 帧 间运 动 矢 量 ； S 为 参 考 帧 ； 为 当前 帧 。 由式 1 3 可 知 ， 当前 帧 的运 动 补偿 矢 量 为 其 前 面所有 帧 的运动 矢量 和 ， 这 样 就 使 得 上一 帧存 在 的 计 算误 差会 一直 延续 并 累 积 ， 造 成 图像 边 界 缺 失 的 部 分会 慢慢 变大 ， 不 能 够 进行 长 时 间连 续 稳 像 。针 对 该 问题 ， 本 文提 出一 种基 于 自适 应 相邻 帧 的运 动 补偿算 法 ， 算 法 描述如 下 1 设定阈值 T， 并将起始帧作为参考帧。 2 根 据式 1 3 对抖 动 图像 进行 补偿 。 3 比较 ∞ 与 T的大小。当 I 叫 P l T 时 ， 认 为累积 值 已达 到 最 大值 ， 需要 更 换 参 考 帧 ， 将 当前帧确定为新的参考帧 ， 令 叫 e 一h e ， 跳转到 步骤 2 ； 否则 不 变换参 考 帧 。 当 T取值较大时， 同样会 出现相邻帧累积误差 的问题 ； T取值太小时 ， 又会因为频繁更换参考帧而 导致 图像 出现跳变现象 。本文根据实际现场摄像系 统的运动情况 ， 将 T设为图像大小的 2 O 。 3实验 结果 与分 析 采 用河南 平煤 一矿 井下 矿车 行进 获取 的视频 作 为 实验 数据 ， 对 基 于 下采 样 灰 度 投 影 的 电子 稳 像 算 法 的性 能 进 行 分 析 。其 中原 始 图 像 采 集 分 辨 率 为 6 4 0 4 8 0 ， 视频序列中不仅存在摄像设备的运动 ， 而 且有 不 规则 的随机 抖动 ， 有 时也会 有矿 工 局部运 动 物 体 的 运 动 。 实 验 采 用 VS 2 o 1 3 ， 0 p e n C V 和 Ma t l a b联 合 编程 。 3 ． 1稳像视 觉 效果分 析 3 ． 1 ． 1 不 同权 重 的差值 图像 分析 不 同权重 的差 值 图像 如 图 5所示 。 图 5 a 为 视频序列的参考帧， 图 5 b 为 当前帧， 图 5 c 为稳 像前 2帧图像 的差值。因矿车剧烈震动 ， 导致视频 序列不稳定 ， 图 5 d 一 图 5 h 为预定子区域占不 同 权重时的差值 图像。由图 5可知， 当预定子 区域权 重 为 5 0 时 ， 能更 加 有 效 、 稳 定 地进 行 视 频 去 抖 动 处 理 ， 同时也 能 削减局部 运 动物体 的影 响 。 3 ． 1 ． 2 稳像 效果 比较 稳像前后 图像效果 比较如图 6所示 。选取的图 像为视频序列 中的连续 4帧图像 ， 可以看出， 稳像前 图像 网格线 的交 点不 能 集 中到 一 点 ， 而 稳像 后 图像 网格线 的交 点几 乎对 应 图像 中的 一个 点 ， 说 明本 文 算 法能 够较好 地对 抖 动视频 进行 稳像 。 3 ． 1 ． 3 算法 长 时间处 理性 能分析 本文算法与相邻帧补偿算法的长时间稳像效果 比较如 图 7 所 示 。图像 的反 向补 偿会 使得 一些边 界 信息丢失， 反映在 图像上则 为边界 出现“ 黑边” 。从 图 7可 以看 出 ， 采 用相 邻 帧 补 偿 的 图像 “ 黑 边 ” 比采 用本文算法的多 ， 也就是 累积误差较大， 说明本文提 出的 自适 应相 邻 帧补偿 算法 可 以减小 累积误 差 。 3 ． 2算 法有 效性 分析 稳像 前后 水平 方 向偏移 量对 比如 图 8 所 示 。可 2 6 工矿 自动 化 2 O 1 7年 第 4 3卷 ～ ； c 稳像 前差值 图 5 不 l司权 重 的 差 值 图 像 以看 出 ， 稳像 前 图像 问 的偏 移量相 对较 大 ， 传 统灰 度 投 影算 法虽 然也 有一 定 的稳 像 效果 ， 但 是某 些 帧 还 是出现 了较 大 的偏 移 。采 用 本 文算 法 处 理 后 ， 帧 间 偏 移量 几乎 为零 。 说 明 本 文算 法 具 有 很好 的稳 像 效 果 ， 能够 明 减轻 帧 问抖动 。 3 ． 3 算 法时 间分析 采 用传 统灰 度投影 算法 与本 文提 出 的下采 样灰 度 投影 算法 对一段 帧数 为 9 6的视 频 图像 序 列 进 行 行 列 投 影 及 相 关 计 算 ， 并 统 计 所 用 时 问 ， 结 果 见 表 1 。F h 表 1可看 j i l ． 本 文 算 法 在 行 列 投 影 及 相 关 计 算 匕 所用 时 间明 小 于传 统 算 法 ， 虽 然 图像 下 采 样处 理 占用 部 分 时 问 ， 但 总 体 优 于 传 统 灰 度 投 影 算法 。 a 相邻帧补偿算 法 b 本 文算法 图 7 长时间稳像效果 比较 苎 嘲 潍 堡 罔 8 稳像前后水平方向偏移量的对 比 第 4 3卷 第 4 期 2 O l 7年 4月 Vo 1 ． 4 3 NO ． 4 Ap r ． 2 0 1 7 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 4 0 0 2 7 0 5 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 4 ． 0 0 7 谭春超 ， 杨洁明． 煤与矸石图像灰度信息和纹理特征的提取研究[ J - 1 ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 4 2 7 3 1 ． 煤与矸石图像灰度信息和纹理特征的提取研究 谭春超 ， 杨 洁明 。 1 ． 太原 理工 大学 机械 电子 工程研 究所 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 太原 理 工大学 新 型传感 器 与智 能控制 教育 部与 山西 省重 点实验 室 ，山西 太 原0 3 0 0 2 4 摘要 针对现有大多数煤与矸石图像识别方法只单一地利用灰度均值和灰度方差进行识别 ， 存在识别准 确度 和 效率 不 高等 问题 ， 提 出了一 种煤 与矸石 图像 灰度 信 息和 纹 理特 征提 取 方 法 。该 方 法提 取 具 有代 表 性 的特 征 参数 ， 如 灰度 均值 、 平 滑度及 灰度 共 生矩 阵的能 量 、 对 比度 、 相 关性 、 熵等 ， 作为识 别 煤与矸 石 的重要依 据。Ma t l a b仿真分析结果表明， 以上特征参数 可以有效地描述煤与矸石的图像特征 ， 可为煤与矸石 的 自动 识别与分选提供 重要参考依据 。 关键 词 煤与矸 石识 别 ；图像 处理 ； 灰 度信 息 ；纹理 特征 ； 灰 度 均值 ；平 滑度 ； 灰度 共 生矩 阵 ；对 比度 中图分类 号 TD 6 7 文献 标志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 7 - 0 3 - 2 8 1 7 1 3 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 O 1 7 0 3 2 8 ． 1 7 1 3 ． 0 0 7 ． h t ml 收稿 日期 2 o 1 6 0 9 1 3 ； 修 回日期 2 0 1 7 0 2 0 7 ； 责任编辑 张强。 基金项 目 山西省科技攻关项 目 2 0 1 2 0 3 2 1 0 0 4 0 3 。 作者简介 谭春t l i 1 9 9 2 -- ， 男 ， 吉林长春人 ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向为机电系统及生产 过程智能控制 ， E ma i l 3 8 6 8 5 8 2 4 3 q q ． t o m。通 信 作者 杨洁明 1 9 5 6 一 ， 女 ， 山西太谷人 ， 教授 ， 博士 ， 主要研究方向为机电系统及生产过程智能控制 ， E - ma il j my a n g 6 6 6 1 6 3 ． c o rn。 表 1 算法耗时对 比 S [ 3] 4 结语 提出了基于下采样灰度投影 的矿井电子稳像算 法 ， 该 算法 在减 轻局 部 运 动 物 体对 全 局 运 动矢 量 影 响 的同 时 ， 也减 少 了运 算 时间 ， 整体 实时性 较 高 。基 于 自适应相邻帧的运动补偿算法根据阈值 自适应地 变换参 考 帧 ， 解 决 了累积误 差 问题 ， 能够实 现长 时 间 连续稳 像 。如何 去 除补 偿 产 生 的 “ 黑 边 ” 现 象 、 实 现 图像 的完整 输 出是下 一步研 究 的一个 方 向 。 参考文献 [1 ] [ 2] 国家发展改革委 国家 能源局关 于印发 能源技术革命 创 新 行 动计 划 2 0 1 6 --2 0 3 0年 的通 知 [ E B ／ O L] ． 2 0 1 6 0 6 0 1 [ 2 0 1 6 0 9 一 O 1 ] ． h t t p ／ ／ ww w． n e a ． g o v ． c n ／ 2 0 1 6 0 6 ／ 0 1 ／ c 一 1 3 5 4 0 4 3 7 7 ． h t m． 王志民 ， 徐晓刚． 电子稳 像技 术综述 [ J ] ． 中国图象 图 形 学报 ， 2 0 1 0 ， 1 5 3 4 7 0 4 8 0 ． [ 4] [ 5] [ 6] [ 7] [ 8] [ 9] [ 1 o ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] 王智慧 ， 王 敬东 ， 李 鹏 ， 等． 一 种基 于 KL T _ R ANS A C 全局 运动估计 的电子稳像算 法研 究[ J ] ． 光 电子技术 ， 2 O 1 2 ， 3 2 1 4 6 5 1 ． 朱娟娟． 电子稳像理论及 其应用研 究[ D ] ． 西安 西安 电子科技 大学 ， 2 0 0 9 ． 齐红， 任洪娥 ， 田少卿 ， 等． 一种 基于灰 度投影 的 电子 稳像 改进 方 法 [ J ] ．中 山大 学 学 报 自然 科 学 版 ， 2 O 1 2 ， 5 1 5 4 0 4 4 ． 游春芝 ， 陈光喜． 改进 的灰度 投影 电子稳 像算 法 I- j ] ． 桂林 电子科技 大学学报 ， 2 0 1 5 ， 3 5 2 1 5 2 1 5 5 ． 黄毅 英 ， 黎强． 基于运 动帧补偿 的多媒 体块 匹配稳 像 仿 真实现 [ J ] ． 科技 通报 ， 2 0 1 4 ， 3 0 1 0 2 1 7 2 1 9 ． 黄 丛 珊． 直 方 图均 衡 化 图像 增 强 算 法 的 改 进 及 其 Op e n C L并 行实现[ D ] ． 广州 暨南大学 ， 2 0 1 4 ． 谭洪 涛． 视频图像降噪关 键技术研 究[ D ] ． 重 庆 重 庆 大学 ， 2 0 1 0 ． 吉淑娇 ， 朱 明 ， 雷艳敏 ， 等． 基于改 进运 动矢量估 计法 的视频稳 像 [ J ] ． 光 学 精 密工 程 ， 2 0 1 5 ， 2 3 5 1 4 5 8 1 4 65 ． 许杰 ， 康国强 ， 李 洋 ， 等． 电子稳像 中运 动补偿 方法 的 研究 [ J ] ． 科技资讯 ， 2 0 1 5 ， 1 3 4 1 9 2 1 9 3 ． 杨嘉琛 ， 侯 春萍 ， 沈丽 丽， 等． 基 于 P S NR立体 图像质 量客观评价 方 法 [ J ] ． 天津 大学 学 报 ， 2 0 0 8 ， 4 1 1 2 】 4 4 8一 】 45 2． 叽 化 m 吣 动舢 自 d 矿 工 d k