直方图修正法增强煤矿工业电视图象的研究.pdf

7 7 f ／ 第 3卷 第 9 期 1 9 9 8 年 9月 中国图象图形学报 J o u r n a l o f I ma g e a n d Gr a p h i c s VOl _ 3，No． 9 S e p ． 1 9 9 8 直方图修正法增强煤矿工业电视图象的研究 为 息苎 院 强 鲴 - r z f221008 ，2 I／ 器 一’ ～ l ， 中 国 矿 业 大 学 信 息 与 电 气 工 程 学 院 ，徐州 11 6 7 多 图象的增强处理。 t I mi q ． ，皇 里 竺 垩 生 些 皇 望 皂 堕 1 引言 2 直方图修正法的硬件配置 煤矿工业电视监视系统在我国煤炭行业得到 了 广泛应用 ， 它为我 国煤矿的安全生产 、 调度指挥提供 了直观 、 方便、 可靠 的手段 ， 对促进 我国的高产高效 现代化矿井建设发挥了积极的作用。 煤矿井下环境恶劣， 光线差， 照度低， 在摄像机 观测煤矿工业电视图象时画面的感光度随场合不同 会有很大差别 ， 表现为图象的对 比度不足 ， 使图象细 节不清， 画面模糊 ， 不利于人们的视觉观察 ， 使边缘 特征提取难度加大。 因此 ， 工业 电视图象进入调度室 后直接在电视机上显示， 如果未经一定的图象处理， 电视显示的画面清晰度是不够高的。 为此 ， 必须对整 个画面进行修正， 使每一部分都有其修正值， 即利用 直方目修正法增强煤矿工业电视图象的清晰度。 直方图修正法是 指通过构造 灰度级变换 ， 改造 原 图象 的直方 图， 而使变换后 的图象的直方 图达到 一 定的要求。直方图修整可使原图象灰度级集中的 区域拉开或使灰度分布均匀 ， 从而增大反差， 使图象 的细节清晰 ， 达到增强 的目的 ] 。 由于井下的特殊环境使得井下安装 的工业 电视 系统几乎全都是黑 白摄像头。 因此 ， 本文讨论的工业 电视 图象增强模型就建立在工业 电视黑 白图象信号 的基础上， 主要研 究如何利用直方图修正法增强煤 矿工业电视 图象的清晰度。 收稿日 期 t 1 9 9 7 1 2 2 6 ， 收到修改稿日期 1 9 9 8 0 4 0 7 我们利用现有的 KJ 2 8 煤矿光纤工业电视系统 ， 实现井下综采工作面及 井上、 井下主要生产环节和 设备的工业 电视图象监控 其基本框 图如图 1 所示。 囊 工 业 电 攫 筏 刮 器 l说 擦 卡RT3o0 雾螺 体 计 掉 帆 I l 旦 ’ l I f _ i I I 一 }一 多媒 体计 算机 系统 可 用 5 8 6为 主机 ， 并 配置 R T3 0 0 视频卡和 KB M I 型交互混联卡等 。视频卡 可以将实时输入的视频信号转换成计算机 V G A信 号在计算机上直接显示 ， 并可进行单帧捕捉 ， 将捕捉 到的单帧图象记录于计算机文件中。交互混联卡通 过键盘或鼠标对 KJ 2 8系统中 GD K一 3 工业 电视控制 器和 J Q一 1云台全方位控制器的远程遥控。 3 直方图修正法的基本原理 - 3 ] 直方图表示数字图象中每一灰度级与其出现的 维普资讯 中国图象 图形学报 第3 卷 频 数 处于该灰度级 的象素的数 目 间的统计关 系。 直方 图能给出图象 的概貌性描述 ， 如图象的灰度 范 围、 灰度级大致分布情况 ， 由此得出进一步处理 的依 据 。 设变量 ，代表要增强 图象中象素 的灰度级 ， 假 定 r已经归一化， 即 0 ≤r ≤1 ， ， 0 代表黑 1 代表 白。设新 图象 的灰度级 为 s ， s 与 r的关 系为 s T 。且 丁满足 1 0 ≤r≤ 1 时 ， T r 单调增加 ； 2 0 ≤，≤1时 ， 0 ≤丁 r ≤1 。 对一幅 图象 ， 每一象素点 的灰度级 r可 以看做 是 [ 0 ， 1] 区间上的随机变量 。 假定 r 是连续变量 ， 则 可用概率密度函数 P r 表示图象的灰度级分布 ， r 即 F ， r 一J 。 P d m表示的是图象中灰度级小于 ，的象素点的数 目。设 P 表示变换后的图象的灰 度级概率密度 函数。根据概率论的知识 ， P r 与 只 间应有下列关系 J P 一 [P r ] 一 一 - c 由于 P r 与 P 刻划了图象的灰度级相对 分布 ， 因而选择适当的 T r 就可改变 P 的形状 即图象的外貌 ， 这就是直方图修正法的基本原理 。 4 在煤矿工业电视图象增强中的应用 实例 图 2 a 是 我们利用摄像机通过 R T3 0 0视频卡 采集的井下综采工作面的一幅原始图象， 图 3 b 是 该图象的直方 图。图 3 a 是经过直方 图修正法处理 后的图象， 图 3 b 是处理后的图象直方 图。 经过比较可 以看 出， 原始 图象灰度分布 比较集 中在较 窄区间 ， 使 图象模糊 ， 细节不清； 而经过直方 图修正法处理后 的图象灰度 问距拉开了， 使 图象变 得较为清晰， 细节突出了。 5 实验结论 1 灰度分布比较集 中在较窄 区问的图象经过 直方图修正法处理后 ， 图象 的灰度间距拉开了 ， 使 图 象变得较为清晰。 由此可见， 直方图修正法对工业 电 视图象具有 明显的增强作用 。 2 目前 ， 我们实现 的直方 图修正法仅 仅是图 象增强的一种方法 ， 仅适用于静止图象的增强处理 ， 原始图象的直方图 象及其直方 图 a 经过直方图均衡 b 原始图象经过处 处理后的图象 理后的直方图 图 3 经过直方图修正法处理后的图象及其直方图 对于连续 图象 的增强处理还不 能解决 ， 这正是我 们 今后需要进一步解决的课题 3 图象增强技术使煤矿工业 电视 图象更加清 晰 ， 便于人眼观察和计算机的识别 。因此 ， 对井下工 业电视图象进行预处理 ， 改变灰度分布 ， 对 以后的边 缘提取、 图象分割及识别均有益处。 参 考 文 献 I 张远鹏， 董海， 周文灵． 计算机图象处理技术基础． 北京 北京大学 出版社 ， 1 9 9 6 ． 2 R o d r i g u e z J e f f r e y J ． Y a n g Ch r i s t o p h e r C． Hi 曲一 R e s o l u ti o n His t o g r a m Mo di f i c a t i o n Of Col o r I ma ge s ． Gr a p h i c a l Mo de l s An d I m- a g e Px o e e s s i n g． 3 王新成．多蝶体实用技术． 成都 电子科技大学出版杜． I 9 9 5 ． 袁 小 平 3 l岁 ． 讲 师 工 学 硬 士 ， 1 9 9 1年 毕 业 于 中 国矿 业 大 学 自动 化工 程 系 t 现 在中国矿业大 学信息与 电气工程院 从 事教学 、 科 研工 作 ， 发表学 术论文 6篇 。 维普资讯 第9 期 袁小平等 直方图修正法增强煤矿工业电视图象 的研究 7 4 1 钱建 生3 4岁 ， 副 教授 ， 工 学 硕士 ， 1 9 8 8年毕业于 中科 院西 安光机 所 。 现 任中国矿业大学信 息与 电气 工 程 学院 副院 长 ， 分 管科研 工 作 ， 发 表 学术论 文 2 0多篇 。 刘富强3 3岁 ， 副 教授 ， 工 学 博 士 ． 现 为 中 国矿业 大学 博 士后 ， 主 要研究方向为多媒体技术及其在煤 矿 中的应用 ， 已发 表论 文 2 O多篇 。 傅慧 生高级工 程师 ， 工学 硕 士 。 现 任中国矿业大学信 息与 电气工 程学院通 信与 电子工程 系主 任 ， 从 事 教 学和 科 研 工 作 ， 发 表 学 术论 文 2 0 多篇 。 陈治 国2 7岁， 助工 ， 1 9 9 3 年 毕业 于 中国矿业 大学 自动化工程 系 ， 现 主要 从事 科研工 作 ， 已发表论 文散 篇 。 S t u dy On Th e Hi s t o g r a m M o di f i c a t i o n I n I ma g e Enh a nc e 0f Co a I M i ne I nd u s t r i aI TV Yu a n Xi a o p i n g， Qi a n J i a n s h e n g， F u Hu i s h e n g， Li u Fu q i a n g， Ch e n Z h i g u o C o l l e g e D fI n i n n t i 张 a n dE l e c t r i cEn g i n e e r i n g．C h i n aUniv e r s 的 o fMi n i n g a n dTe c h n o l o g y， Xhnu 2 2 1 0 0 8 Ab s t Ac c o r d i n g t o t h e r e a l i t i e s 0 f mi n e i n d us t r i a l TV mo n i t o r i n g s t e m We p r o v i d e a me t h o d f o r e n h a n c i n g i ma g e s 0 f c o a l mi n e i n d u s t r i a l TV b y me a n s o f h i s t o g r a m m o d i fi c a t i o n ． Th u s i ma g e s c a n h e v i e we d b y me n o r h e e e o g n i z ed b y c o mp u t e r s ． Th e p a p e r i n t r od u c e s ma i n l y t h e h a r d wa r e a n d e s t a bl i s h me n t o f h i s t o g r a m mo d i f i c a t i o n a n d i t s s c h e me ， a n d r e a liz e s t h e e n h a n e e me n t o f mo t i o n l e s s v i d e o i ma g e s i n c o a l mi n e b y p r o g r a m s wi t h C l a n g u a g e ． Ke y wo r d s Hi s t o g r a m mo d i { i c a t i o n， C o a l mi n e i n d u s t r i a l TV ， I ma g e e n h a n c e 湖南 电力会议 电视 网正式运行 美国视 讯公 司与湖南 电力工业局 签 署了会议 电视工程 终验 报 告 。湖 南 电力 局 会 议 电视 网是 继 浙 江 电 力之 后 ， V TE L在中国建立的第二个电力系统会议电视网。 此网终端 采用 的是 美国枧讯 公司 的 E c l i p s e Go l d系统 ， 以湖 南 省 电力 工业局为 中心会 场 ， 下接省 内 2 4十 电业局和 电厂。白开通以 来 ， 运行 正 常 ， 美国视 讯公 司的会 议产 品 的质 量和工 程 人员 的技术服 务均 通过 了用 户的 检验 ， 双方 于 1 9 9 8年 7月 1日 在长沙签署 了终验 报告 ， 此举 标志着湖 南 电力会议 电视 网进 入了正式 运行 阶段 VTE L公 司大 中 国 区总 经理 除 承雷 先 生 表示 “ VT E L 公 司很荣 幸能够 向中国的 电力系统提 供 VT E L先进 的视讯 产 品及一 流的技术与服务 。 此次合作 的成 功再次证 明 VT E L 产品 的可 靠性 。 同时我们也相信 V TE L公 司有 能力 为中 国电 力系统 的通信 事业再做贡献 。 ” 汪虹 圈臣 维普资讯