一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法及系统。该方法及系统结合煤矿井下钻孔的特殊工况和观测方式，从图像特征上入手校正探头工具面向角旋转造成的钻孔图像旋转问题，该方法不需要借助其他传感器即可对画面的工具面向角旋转进行校正，校正方法的精度和速度不受工具面向角传感器精度和采样频率及其他外界因素的影响，每一帧画面都自带校正信息，因此其抗干扰能力强、校正速度不受其他因素制约。本发明专利技术无需安装其他传感器即可实现工具面向角校正，节约了探头的硬件成本。本发明专利技术的校正精度不依赖与外界传感器，尽依赖于图像算法中参数的选取，相较于现有依赖工具面向角传感器的校正方法和传感器精度和采样速度对校正方法的制约，其效果更佳。其效果更佳。其效果更佳。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法及系统


[0001]本专利技术属于煤矿井下钻孔可视化观测
，具体涉及一种适用于近水平钻孔中使用前视型钻孔成像仪采集到的图像进行数字化处理的图像工具面旋转的校正方法及系统。

技术介绍

[0002]煤矿生产中钻探施工是进行水害预防、瓦斯抽采、隐蔽致灾因素探查的主要技术手段。钻孔可视化观测技术利用光学成像原理，将带有摄像头的探头送入钻孔内部采集钻孔内部的图像信息。钻孔内部图像信息能够直观的反映钻孔贯穿区域的地质信息，对于采/掘前方地层中的断层、裂隙、突水点、采空区等探测是一种准确可靠的方法。
[0003]应用钻孔内部孔壁图像分析地质问题的方法近年来得到了广泛应用。但是，煤矿井下钻孔多为近水平的俯/仰孔，钻孔成像仪需要连接推杆将安装摄像头的探头送入钻孔内部采集图像。在人工推送推杆和探头的过程中，由于施工方式的制约，采集过程中探头工具面向角会产生随机转动。探头工具面向角的转动会使采集到的图像产生旋转，虽然图像也能真实客观反映孔内的地质信息，但是图像的旋转在感官上给人带来不适感，且不利于图像的后期的数字化分析和处理。
[0004]目前，针对钻孔内部图像数字化处理过程中图像旋转产生的不利因素的解决办法为：在探头内部安装加速度传感器，通过加速度传感器测量并解算出探头工具面向角的变化，从而校正探头工具面旋转导致的图像旋转问题。在探头内部安装测量工具面向角的传感器，通过工具面向角旋转变化修正图像旋转的方式从理论上能够解决上述问题。但是，钻孔成像仪通常需要采集连续视频图像，采集帧不低于25FPS，即每秒最少采集25幅图像。目前的传感器在精度、响应速度上均无法适应视频图像的帧率。工具面向角测量的速度与图像旋转无法正确匹配。
[0005]基于上述原因，为了便于对钻孔图像的数字化处理和分析，使钻孔图像信息得到更加高效、广泛的利用，需要一种准确、可靠、高效的能够校正探头工具面旋转引起的钻孔内部孔壁图像旋转的校正方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对钻孔成像仪在煤矿井下近水平钻孔中采集钻孔内部孔壁图像时，探头工具面向角旋转引起的图像旋转问题，提出了一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法及系统，该方法及系统能够解决钻孔成像仪采集钻孔内部图像时由于施工方式造成的图像转动问题，使得钻孔图像在后期处理分析中更加高效、准确。
[0007]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法，包括：
[0009]二值化处理步骤，对待校正图像进行二值化处理以得到二值化图像；
[0010]轮廓提取步骤，从对所述二值化图像中得到若干个轮廓，从所述若干个轮廓中筛
选出代表钻孔前方黑洞的目标轮廓；
[0011]特征点提取步骤，计算所述目标轮廓上各个像素点与图片中心的距离，将与图片中心的距离最小的像素点作为征点P；
[0012]图像校正步骤，计算特征点P和原点连线与Y轴负半轴的夹角α，基于所述夹角α旋转待校正图像。
[0013]优选的，上述的一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法，所述二值化处理步骤中，对待校正图像利用三分量平均法进行灰度转换，得到被校正图片的灰度图，对所述灰度图进行二值化处理，得到待校正图像的二值图。
[0014]优选的，上述的一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法，所述轮廓提取步骤中，根据组成轮廓的像素个数、形状、面积、位置等提取代表钻孔前方黑洞的目标轮廓。
[0015]优选的，上述的一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法，所述图像校正步骤中，基于下式计算特征点P和原点连线与Y轴负半轴的夹角α：
[0016][0017]式中，点P坐标为(x,y)。
[0018]一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正系统，包括：
[0019]二值化处理模块，对待校正图像进行二值化处理以得到二值化图像；
[0020]轮廓提取模块，从对所述二值化图像中得到若干个轮廓，从所述若干个轮廓中筛选出代表钻孔前方黑洞的目标轮廓；
[0021]特征点提取模块，计算所述目标轮廓上各个像素点与图片中心的距离，将与图片中心的距离最小的像素点作为征点P；
[0022]图像校正模块，计算特征点P和原点连线与Y轴负半轴的夹角α，将所述待校正图像旋转α角以得到校正后的图像。
[0023]优选的，上述的一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正系统，所述二值化处理模块中，对待校正图像利用三分量平均法进行灰度转换，得到被校正图片的灰度图，对所述灰度图进行二值化处理，得到待校正图像的二值图。
[0024]优选的，上述的一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正系统，所述轮廓提取模块中，根据组成轮廓的像素个数、形状、面积、位置等提取代表钻孔前方黑洞的目标轮廓。
[0025]优选的，上述的一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正系统，所述图像校正模块中，基于下式计算特征点P和原点连线与Y轴负半轴的夹角α：
[0026][0027]式中，点P坐标为(x,y)。
[0028]本专利技术的有益效果是：
[0029](1)结合煤矿井下钻孔的特殊工况和观测方式，从图像特征上入手校正探头工具面向角旋转造成的钻孔图像旋转问题，该方法不需要借助其他传感器即可对画面的工具面向角旋转进行校正。
[0030](2)校正方法的精度和速度不受工具面向角传感器精度和采样频率及其他外界因素的影响，每一帧画面都自带校正信息，因此其抗干扰能力强、校正速度不受其他因素制
约。
[0031](3)本方法无需安装其他传感器即可实现工具面向角校正，节约了探头的硬件成本。
[0032](4)从原理上分析，其校正精度不依赖与外界传感器，尽依赖于图像算法中参数的选取，相较于现有依赖工具面向角传感器的校正方法和传感器精度和采样速度对校正方法的制约，其效果更佳。
附图说明
[0033]图1为根据本专利技术实施例对前视型钻孔成像仪采集到的钻孔内部图像工具面向角旋转校正的步骤图；
[0034]图2是前视型钻孔成像仪采集到的钻孔内部原始图像；
[0035]图3是对钻孔内部图像进行灰度转换后的图像；
[0036]图4是对灰度图像进行二值化处理后的钻孔内部图像；
[0037]图5是二值图中提取到的所有轮廓；
[0038]图6是二值图中提取的目标轮廓；
[0039]图7是特征点提取示意图；
[0040]图8是校正后的图像。
具体实施方式
[0041]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0042]说明本专利技术方法完整的步骤
[0043]在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了对一帧前视型钻孔成像仪采集到的钻孔内部图像进行工具面向角校正的演示。图1是根据本专利技术实施例对钻孔内部图像进行校正的步骤图。请参照图1，本实施例包括：
[0044]步骤A，利用前视本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法，其特征在于，包括：二值化处理步骤，对待校正图像进行二值化处理以得到二值化图像；轮廓提取步骤，从对所述二值化图像中得到若干个轮廓，从所述若干个轮廓中筛选出代表钻孔前方黑洞的目标轮廓；特征点提取步骤，计算所述目标轮廓上各个像素点与图片中心的距离，将与图片中心的距离最小的像素点作为征点P；图像校正步骤，计算特征点P和原点连线与Y轴负半轴的夹角α，基于所述夹角α旋转待校正图像。2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法，其特征在于，所述二值化处理步骤中，对待校正图像利用三分量平均法进行灰度转换，得到被校正图片的灰度图，对所述灰度图进行二值化处理，得到待校正图像的二值图。3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法，其特征在于，所述轮廓提取步骤中，根据组成轮廓的像素个数、形状、面积、位置等提取代表钻孔前方黑洞的目标轮廓。4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下近水平钻孔图像的工具面校正方法，其特征在于，所述图像校正步骤中，基于下式计算特征点P和原点连线与Y轴负半轴的夹角α：式中，点P坐标为(x,y)。5.一种煤矿井...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博，王云宏，代晨昱，田小超，蒋必辞，李渊，闫文超，李宇腾，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：