[发明专利]一种基于图像处理的矿井机器人落石监测预警方法

权利要求书

1.一种基于图像处理的矿井机器人落石监测预警方法，其特征在于，它包括：

步骤S1、通过巡检机器人上的光学摄像机扫描井下环境，对井下巷道环境进行视频图像采集；

步骤S2、对采集到的视频流进行图像预处理，首先通过计算图像灰度值均值对采集到的视频图像进行异常图像帧排查，采用直方图均衡化的方式对异常图像帧进行均衡化处理，采用高斯滤波方法对排查后的图像帧进行去噪处理；

步骤S3、采用三帧差法对视频图像中的坠落物进行运动目标提取，对提取到的运动目标的二值图像进行形态学去噪处理，然后计算运动目标区域的面积，筛选出符合面积阈值特征的运动目标；

步骤S4、对两帧视频图像中的符合面积阈值特征的运动目标进行相似度计算，当两帧视频图像中的运动目标被匹配为同一个目标时，对该运动目标的运动方向进行判别，当连续三帧以上视频图像出现该运动目标且该运动目标的运动方向符合向下运动特性，则保留该运动目标的中心坐标；

步骤S5、对运动目标轨迹进行判别，根据运动目标的中心坐标计算两帧图像中的运动目标的质心点的倾斜角度和距离，当角度和距离变化符合阈值要求，则认为该运动目标轨迹为落石事件；

步骤S6、根据产生的落石事件进行报警提醒。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的矿井机器人落石监测预警方法，其特征在于，所述步骤S2中通过计算图像灰度值均值对采集到的视频图像进行异常图像帧排查，采用直方图均衡化的方式对异常图像帧进行均衡化处理，包括如下步骤：

步骤S21、对采集到的视频图像进行灰度均值计算，先将视频图像转为灰度图像，再计算所述灰度图像的灰度均值，通过所述灰度均值的大小可以判定当前图像帧是否正常；

步骤S22、对异常图像帧采用直方图均衡化的方式对其进行均衡化处理，所述均衡化处理采用的是累积分布函数，其映射方法为：

其中，n为图像中像素的总和；

N_j为当前灰度级的像素个数；

L为图像中可能的灰度级总数。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的矿井机器人落石监测预警方法，其特征在于，所述步骤S3中采用三帧差法对视频图像中的坠落物进行运动目标提取，包括如下步骤：

步骤S31、将当前帧图像分别与前一帧图像和后一帧图像作差得到的两张二值图像进行与操作，实现公式为：

其中，D₁(x,y)为当前帧与前一帧作差后的二值图；

D₂(x,y)为当前帧与后一帧作差后的二值图；

D(x,y)为D₁(x,y)与D₂(x,y)进行与操作后的结果；

x为原图像的像素点位置的横坐标；

y为原图像的像素点位置的纵坐标；

k为当前图像帧号；

T为二值化处理的阈值；

i为二值图像的像素点位置的横坐标；

j为二值图像的像素点位置的纵坐标。

4.根据权利要求3所述的一种基于图像处理的矿井机器人落石监测预警方法，其特征在于，所述步骤S3中对提取到的运动目标的二值图像进行形态学去噪处理，然后计算运动目标区域的面积，筛选出符合面积阈值特征的运动目标，包括如下步骤：

步骤S32、首先通过两次腐蚀和两次膨胀处理对提取到的运动目标的二值图像进行形态学去噪，去除运动的小噪声，然后计算运动目标区域的面积，筛选出符合面积阈值特征的运动目标。