岩石钻孔图像的自适应增强方法技术

本发明专利技术公开了一种岩石钻孔图像的自适应增强方法。首先运用同态滤波的方法处理曝光不均匀问题。然后对原图像和同态滤波后的图像分别进行Curvelet变换，分别分解出高频部分系数与低频部分系数。其中原图像高频部分利用变换系数自适应地确定噪声阈值，并对原图像高频部分高于阈值的部分进行自适应增强处理，同时抑制低于阈值；原图像低频部分采用直方图匹配的方法，与同态滤波后的图像低频系数进行系数匹配。最后经Curvelet逆变换得到增强图像。本发明专利技术可以自适应地提高岩石钻孔图像的对比度，将其过曝或过暗部分的一些图像细节信息较好地显示出来。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种岩石钻孔图像的自适应增强方法，属于图像处理

技术介绍
我国自改革开放以来，经济发展取得巨大成效，岩土工程勘察呈现出良好的发展局面，特别是我国岩土工程勘察技术不断创新，对岩土工程勘察质量技术的要求也越来越高。岩土工程勘察就是根据工程建设的需要，对建设场地的地质条件、岩土工程特性等进行查明、分析以及评价的工程。在岩土工程建设中，一般需要大量的地质钻孔进行工程地质勘探，但是在巨大的经费代价下所钻取的地质钻孔，其利用上大多是仅仅是得到的岩芯进行编录(或获取室内试验所需岩芯)，目前利用岩体钻孔进行岩体力学性能测试的设备还不多，导致这些宝贵的岩体钻孔利用率和效益比相对较低。由于岩体赋存于一定的地质环境中，不但其应力环境复杂，且包含随机发育的空间离散结构面，其工程力学特性难以把握。而岩石钻孔图像由于拍摄条件的限制，通常存在曝光不均匀的情况，这使得图像中曝光大的明亮区细节信息失真，曝光小的暗区细节信息较难显现。针对这种情况，本专利技术通过调整图像的光照度同时自适应地提高岩石钻孔图像的对比度，将其中过曝光部分的一些图像细节信息较好地显示出来，同时对欠曝光的暗区进行一定的增强。这将非常利于岩体工程地质勘探，方便岩体岩层性质的分析，提高岩体钻孔的利用率。以Curvelet变换为代表的图像多尺度几何分析方法，很好地克服了小波变换只具有点奇异性，由于其基是各项同性的，所以很难精确地表达图像中边缘的方向这一局限性。Curvelet变换与小波变换不同，除了尺度和位移参量，Curvelet还增加了一个方向参量，具有更好的方向辨识能力。因此，Curvelet对图像的边缘，如曲线、直线等几何特征的表达更加优于小波。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种岩石钻孔图像增强方法，将岩石钻孔图像中过曝光部分的一些图像细节信息较好地显示出来，同时对欠曝光的暗区进行一定的增强，利于岩体工程地质勘探，方便岩体岩层性质的分析，提高岩体钻孔的利用率。Curvelet变换是一种图像二维表示方法,具有多分辨率、局部定位、多方向性、近邻界采样和各向异性等性质，具有良好表达图形沿边缘的信息的能力，对于恢复形状的沿边缘的主要结构和抑制周边噪声有其特有优势。本专利技术提供一种岩石钻孔图像的自适应增强方法，包括以下步骤：(1)获取岩石钻孔图像；(2)对原图像进行同态滤波；(3)对原始岩石钻孔图像以及经同态滤波后的图像分别进行Curvelet变换，分别分解为高频分量与低频分量；(4)对原始岩石钻孔图像经Curvelet变换后高频分量进行处理；(5)对原始岩石钻孔图像经Curvelet变换后低频分量进行处理；(6)最后对所有子带系数进行Curvelet逆变换,得到增强后的图像。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术提出的一种基于同态滤波与Curvelet变换相结合的岩石钻孔图像增强方法。首先运用同态滤波的方法处理曝光不均匀问题。然后对原图像和同态滤波后的图像分别进行Curvelet变换，分别分解出高频分量系数与低频分量系数。其中原图像高频分量利用变换系数自适应地确定噪声阈值，并对原图像高频部分高于阈值的部分进行自适应增强处理，同时抑制低于阈值；原图像低频分量采用直方图匹配的方法，与同态滤波后的图像低频系数进行系数匹配。最后经Curvelet逆变换得到增强图像。实验结果表明，本专利技术可以自适应地提高岩石钻孔图像的对比度，将其过曝或过暗部分的一些图像细节信息较好地显示出来。附图说明图1是本专利技术岩石钻孔图像自适应增强方法的流程图；图2是本专利技术所采用的同态滤波的流程图。具体实施方式有关本专利技术的详细内容和技术方案，配合图式说明如下：本专利技术的一种岩石钻孔图像的自适应增强方法，具体步骤依次为：⑴获取岩石钻孔图像；⑵对获取的原始岩石钻孔图像进行同态滤波：同态滤波是一种在频域中将图像动态范围进行压缩并将图像对比度进行增强的方法。当用f(x,y)二维光照函数形式表示空间域图像时，二维光照函数f(x,y)可以由两个分量来表征：入射光源总量i(x,y)和物体反射光的总量r(x,y)，即f(x,y)＝i(x,y)·r(x,y)式(1)其中，x和y是空间域图像坐标点。光照强度一般具有一致性，在空间上通常会有缓慢变化的性质，在傅立叶变换下变现为低频分量，然而不一样的材料的反射率差异较大，经常会引起反射光的急剧变化，从而使图像的灰度值发生变化，这种变化与高频分量和低频分量有关。为了消除不均匀照度的影响，增强图像的高频部分的细节，可以采用建立在频域的同态滤波器对光照不足或者有光照变化的图像进行处理，可以尽量减少因光照不足引起的图像质量下降，并对感兴趣的景物进行有效增强，这样就在很大程度上做到了原图像的图像增强。本专利技术考虑到岩石钻孔图像中闪光灯的照射类似于入射光与反射光的特性，引入同态滤波来改善岩石钻孔图像中曝光不均的问题，通过适当降低入射量函数i(x,y)的影响，同时增强反射率函数r(x,y)的频谱成分来达到增强岩石钻孔图像的目的。其中，影响高频分量与低频分量的高通滤波器设计如式(2)：H(u,v)=(rH-rL)·exp(-A·d(u,v)2B2)+rL---(2)]]>式中，rH，rL分别为高通截止频率和低通截止频率；d(u,v)＝[(u-u0)2+(v-v0)2]1/2是频率(u,v)到滤波中心(u0,v0)的距离；A和B共同决定了高斯滤波器的频率宽度，其中，高通截止频率rH，低通截止频率rL，常数一A和常数二B均可针对增强的需求和效果进行手动设置，(u0,v0)为二维傅里叶变换域(即频域)的高通滤波器滤波中心坐标，(u,v)为频域坐标点，常数一A和常数二B用于调节高斯滤波器的频率宽度。(3)对原始岩石钻孔图像以及经同态滤波后的图像分别进行Curvelet变换：对原始岩石钻孔图像以及经同态滤波后的图像分别进行Curvelet变换，并分解得到原始岩石钻孔图像的高频分量与低频分量、经同态滤波后的图像的高频分量与低频分量。其中，原始岩石钻孔图像经Curvelet变换后的变换系数记作Cj,l,k，经同态滤波后的图像经Curvelet变换后的变换系数记作Dj,l,k，j,l,k分别代表系数的尺度、方向和位移。(4)对原始岩石钻孔图像经Curvelet变换后高频分量进行处理：原始岩石钻孔图像经Curvelet变换分解后，高频分量部分包含大量图像边缘信息与噪声，设定一个阈值T，对高频分量进行分割，将大于阈值的变换系数视为边缘细节信号，并进行增强处理，将小于阈值的变换系数视为噪声，并进行衰减处理，这样就可以达到对岩石钻孔图像边缘细节信息进行增强，提高清晰度，同时降低噪声的作用。在Curvelet变换系数中大部分噪声处于最细子带。在最细子带中采用中值估计公式σ＝median[abs(c)]/0.6745对方差σ进行估计，其中，c为Curvelet分解后的最细子带系数，median函数：返回给定数值的中值,中值是在一组数值中居于中间的数值，阈值设定为：式中，σj,l是第j尺度、第l方向的噪声方差，σj,l值由蒙特卡洛估计法得到,J是经Curvelet变换后得到的频率子带个数；利用如下自适应增强函数进行相应的变换系数调整：其中，代表第j尺度，第l本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩石钻孔图像的自适应增强方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取岩石钻孔图像；(2)对原图像进行同态滤波；(3)对原始岩石钻孔图像以及经同态滤波后的图像分别进行Curvelet变换，分别分解为高频分量与低频分量；(4)对原始岩石钻孔图像经Curvelet变换后高频分量进行处理；(5)对原始岩石钻孔图像经Curvelet变换后低频分量进行处理；(6)最后对所有子带系数进行Curvelet逆变换,得到增强后的图像。

【技术特征摘要】
1.一种岩石钻孔图像的自适应增强方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取岩石钻孔图像；(2)对原图像进行同态滤波；(3)对原始岩石钻孔图像以及经同态滤波后的图像分别进行Curvelet变换，分别分解为高频分量与低频分量；(4)对原始岩石钻孔图像经Curvelet变换后高频分量进行处理；(5)对原始岩石钻孔图像经Curvelet变换后低频分量进行处理；(6)最后对所有子带系数进行Curvelet逆变换,得到增强后的图像。2.根据权利要求1所述的岩石钻孔图像的自适应增强方法，其特征在于：在步骤(2)中，进行同态滤波采用的高通滤波器如式(2)所示：H(u,v)=(rH-rL)·exp(-A·d(u,v)2B2)+rL---(2)]]>式中，rH，rL分别为高通截止频率和低通截止频率；d(u,v)＝[(u-u0)2+(v-v0)2]1/2是频率(u,v)到滤波中心(u0,v0)的距离，(u0,v0)为二维傅里叶变换域的高通滤波器滤波中心坐标，(u,v)为频域坐标点，常数一A和常数二B用于调节高斯滤波器的频率宽度。3.根据权利要求1所述的岩石钻孔图像的自适应增强方法，其特征在于：在步骤(4)中，原始岩石钻孔图像经Curvelet变换分解后，高频分量包含图像边缘信息与噪声，设定一个阈值T，对高频分量进行分割，将大于阈值的变换系数视为边缘细节信号，并进行增强处理，将小于阈值的变换系数视为噪声，并进行衰减处理。4.根据权利要求3所述的岩石钻孔图像的自适应增强方法，其特征在于：阈值T设定为：式中，σj,l是第j尺度、第l方向的噪声方差，σj,l值由蒙特卡洛估计法得到,J是经Curvelet变换后得到的频率子带个数；σ＝median[abs(c)]/0.6745,c为Curvelet分解后的最细子带系数，median函数：返回给定数值的中值，中值是在一组数值中居于中间的数值；利用如下自适应增强函数进行相应的变换系数调整：其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何飞佳，李庆武，韩辉，朱文青，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32