一种基于自适应增强与改进卡尔曼滤波的掘进机机载稳像方法技术

本发明专利技术属于数字图像处理领域，涉及一种基于自适应增强与卡尔曼滤波的掘进机机载稳像方法。包括：S1：对掘进机机载相机获取的抖动视频进行图像自适应增强；S2：提取视频帧特征点；S3：对每帧图像提取的特征点进行光流跟踪；S4：通过运动估计获取相机的运动轨迹；S5：对获取的运动轨迹进行轨迹平滑；S6：根据相机运动轨迹平滑前和平滑后的关系进行运动补偿，生成稳定视频。本发明专利技术采用的数字图像处理技术实现视频稳像，系统成本低，可移植性强，可以满足煤矿井下机载设备的稳像需求。井下机载设备的稳像需求。井下机载设备的稳像需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应增强与改进卡尔曼滤波的掘进机机载稳像方法


[0001]本专利技术属于数字图像处理领域，涉及一种基于自适应增强与卡尔曼滤波的掘进机机载稳像方法。

技术介绍

[0002]远程智能掘进是实现少人甚至无人化掘进作业的根本目标和远景，也是解决“采掘失衡”难题的基石。掘进装备机器人化是实现远程智能掘进的一种重要途径，机载视觉技术是掘进机器人的重要感知能力，目前掘进机等煤机装备在行进或作业期间因车体振动引起机载摄像机模糊，导致基于机载图像的机器视觉应用精度和可靠性下降。因此，掘进机机载摄像系统稳像处理对于远程智能化掘进的应用具有十分重要的现实意义。
[0003]数字稳像技术是基于图像处理技术实现视频稳像，其一般可分为运动估计、运动平滑和运动补偿三部分。具有成本低、可移植性强和易维护的优点。
[0004]煤矿井下巷道图像具有低灰度，明暗变化大的特点;掘进机在行走和掘进过程中会产生摇摆、振动和粉尘，造成图像质量下降，进而影响图像特征点的提取和匹配。基于直方图均衡的传统图像增强算法对于明暗不均图像会产生块状不连续和过度增强现象。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应增强与改进卡尔曼滤波的掘进机机载稳像方法，其特征在于，包括：S1：对掘进机机载相机获取的抖动视频进行图像自适应增强；S2：提取视频帧特征点；S3：对每帧图像提取的特征点进行光流跟踪；S4：通过运动估计获取相机的运动轨迹；S5：对获取的运动轨迹进行轨迹平滑；S6：根据相机运动轨迹平滑前和平滑后的关系进行运动补偿，生成稳定视频。2.根据权利要求1所述的基于自适应增强与改进卡尔曼滤波的掘进机机载稳像方法，其特征在于，所述步骤S1包括：将图像分为MN个不重叠且相互连续的子区域；计算图像分块后每个子区域内的平均像素；对每个子区域重新分配像素，截取像素值大于阈值的部分，统计截取像素的总数，并将其重新分配到直方图的各个灰度级上；对裁剪过后的区域进行直方图均衡化处理，并以均衡化后子块中心的像素值为参考点，计算并输出图像中各点的灰度值。3.根据权利要求1所述的基于自适应增强与改进卡尔曼滤波的掘进机机载稳像方法，其特征在于，所述步骤S2采用Shi
‑
Tomasi特征点检测。4.根据权利要求1所述的基于自适应增强与改进卡尔曼滤波的掘进机机载稳像方法，其特征在于，所述步骤S3包括：图像的约束方程为：式中：为物体在像素点(x,y)处的灰度值，由前一帧图像到当前帧图像在 t 时刻移动了(d
x
,d
y
)，再对上式进行泰勒展开化简可得：式中： 为像素点在x方向的速度，为像素点在y方向的速度，I
x
，I
y
分别为像素点在x方向和y方向的偏导数，以该运动像素点为中心，假设其w*w(w>1)邻域内所有像素都具有相同的运动状态，那么从像素1,2
…
k(k=w*w)中可得：将w*w邻域内像素点的运动状态进行联立，再利用最小二乘原理对其进行求解可得：A表示邻域内像素点在x与y方向偏导的集合，b为像素点对时间t的偏导集合，u和v为求得的像素点在水平和垂直方向的速度，根据求得的速度可计算出经dt时间后像素点在后一帧图像中的位置，进而实现相邻帧间特征点的跟踪。
5.根据权利要求1所述的基于自适应增强与改进卡尔曼滤波的掘进机机载稳像方法，其特征在于，所述步骤S4包括：选用仿射变换模型作为抖动视频相邻帧之间的运动变换模型，其数学模型可表示为：式中：...

【专利技术属性】
技术研发人员：田原，李成城，贾运红，马立森，
申请(专利权)人：山西天地煤机装备有限公司煤炭科学研究总院，
类型：发明
国别省市：