(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210095250.2 (22)申请日 2022.01.26 (71)申请人 淮北矿业股份有限公司 地址 235000 安徽省淮北市人民中路276号 (72)发明人 周明坤　朱谊勇　罗利　杨军　 张成武　梁继忠　谢正正　张农　 (74)专利代理 机构 成都宏田知识产权代理事务 所(普通合伙) 51337 专利代理师 孔霞 (51)Int.Cl. G06V 10/141(2022.01) G06V 10/30(2022.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/764(2022.01) G06T 5/00(2006.01)G06T 5/10(2006.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/12(2017.01) G06T 7/13(2017.01) (54)发明名称 一种煤巷空顶区顶板图像特 征的提取方法 (57)摘要 本发明提供了一种煤巷空顶区顶板图像特 征的提取方法， 包括有以下方法步骤： S1、 待综掘 机割完煤体后， 调整摄像机镜头位置对准空顶区 裸露顶板； S2、 利用井上连接电脑采集一张张裸 顶图像； S3、 对裸顶图像进行预处理， 分别采用伽 马修正、 中值滤波对图片的亮度和噪音进行调节 消除； S4、 图片经区域生长分割与霍夫变换提取 岩体结构面轮廓； S5、 对结构面轮廓细化以及间 隔点连接， 获取结构面骨 架； S6、 计算结构面特征 参数， 包括裂隙间隙宽度与粗糙度， 对巷道裸顶 进行分类； 本发 明的空顶区顶板图像特征提取方 法全自动处理， 全过程均无人工干预， 比较准确 的对裸顶图像进行定性评价， 对智能掘进超前探 测以及如何支护干预提供较好的数据基础。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 114549808 A 2022.05.27 CN 114549808 A 1.一种煤巷空顶区顶板图像特 征的提取 方法， 其特 征在于， 包括有以下 方法步骤： S1、 待综掘机割完 煤体后， 调整摄 像机镜头位置对准空顶区裸露顶板； S2、 利用井上 连接电脑采集 一张张裸顶图像； S3、 对裸顶图像进行预处理， 分别 采用伽马修正、 中值滤波对图片的亮度和噪音进行调 节消除； S4、 图片经区域 生长分割与霍夫变换提取岩体结构面轮廓； S5、 对结构面轮廓细化以及间隔点连接， 获取 结构面骨架； S6、 计算结构面特 征参数， 包括裂隙间隙宽度与粗 糙度， 对巷道裸顶进行分类。 2.根据权利要求1所述的一种煤巷空顶区顶板图像特征的提取方法， 其特征在于， 所述 S1中的调整摄像机镜头位置使得摄像机镜头与空顶保持相对的平行， 即使得摄像机镜头拍 摄的画面的平整， 并且在摄 像机镜头进行拍摄的时候， 保持摄 像机镜头平衡， 防止晃动。 3.根据权利要求2所述的一种煤巷空顶区顶板图像特征的提取方法， 其特征在于， 所述 摄像机镜头在进行拍摄的时候， 通过补光灯实现对空顶进行补光照明， 且补光照明采用无 影LED灯进行照明。 4.根据权利要求1所述的一种煤巷空顶区顶板图像特征的提取方法， 其特征在于， 所述 S2中的电脑采集裸顶图像的时候， 通过存储 数据卡或者是USB传输方式进 行传输， 且摄像机 在进行裸顶图像存 储的时候， 对裸顶图像进行压缩 存储。 5.根据权利要求4所述的一种煤巷空顶区顶板图像特征的提取方法， 其特征在于， 所述 电脑在通过存储 数据卡或者是USB传输接收图片的时候， 先对图片进 行传输到电脑上， 然后 对图片进行 无损解码处 理， 然后将图片进行 预处理。 6.根据权利要求1所述的一种煤巷空顶区顶板图像特征的提取方法， 其特征在于， 所述 S3中的伽马修正是用来针对影片或是影像系统里对于光线的辉度或是三色刺激值所进行 非线性的运 算或反运 算， 由下列幂定律公式所定义的， 其中A是一个常量， 输入和输出的值都为非负实数值， 在A＝1的通常情况下， 输入输出 的值的范围都是在0到1之间， 伽马值γ<1的情况时被称作编码伽马值， 而执行这个编码运 算所使用上述幂定律的过程也叫做伽马压缩； 相对地， 伽马值γ>1的情况时被称作解码伽 马值， 而执 行这个解码运 算所使用上述幂定律的过程 也叫做伽马展开。 7.根据权利要求6所述的一种煤巷空顶区顶板图像特征的提取方法， 其特征在于， 所述 伽马修正对明度和灰度计算公式如下： RGB明度计算公式： L取值范围为0 ‑1， RGB灰度计算公式：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114549808 A 28.根据权利要求1所述的一种煤巷空顶区顶板图像特征的提取方法， 其特征在于， 所述 S3中的中值滤波 是对一个滑动窗口内的诸像素灰度值排序， 用其中值代替窗口中心象素的 原来灰度值， 用于实现对图像进行除噪处 理， 所述中值滤波的步骤如下 所示： S301、 将滤波模板， 即含有若干个点的滑动窗口在图像 中漫游， 并将模板中心与图中某 个像素位置 重合； S302、 读取模板中各对应 像素的灰度值； S303、 将这些 灰度值从小到大排列； S304、 取这一列数据的中间数据， 将其赋给对应模板中心位置的像素， 如果窗口中有奇 数个元素， 中值取元素按 灰度值大小排序后的中间元素灰度值， 如果窗口中有偶数个元素， 中值取元素按灰度值大小排序后， 中间两个元 素灰度的平均值。 9.根据权利要求1所述的一种煤巷空顶区顶板图像特征的提取方法， 其特征在于， 所述 S4中的区域 生长分割的步骤如下 所示： S401、 对图像顺序扫描， 找到第1个还没有归属的像素， 设该像素为(x0， y0)； S402、 以(x0， y0)为中心， 考虑(x0， y0)的8邻域像素(x,y)如果(x0， y0)满足生长准则， 将(x， y)与(x0， y0)合并在同一区域内， 同时将(x， y)压入堆栈； S403、 从堆栈中取 出一个像素， 把它当作(x0， y0)返回到S402中； S404、 当堆栈为空时， 返回到S401中； S405、 重复S401 ‑S404直到图像中的每 个点都有归属时， 生长结束。 10.根据权利要求1所述的一种煤巷空顶区顶板图像特征的提取方法， 其特征在于， 所 述S4中的霍夫变换用于检测间断点边界形状， 通过将图像坐标空间变换到参数空间， 来实 现直线与曲线的拟合； 直线坐标参数空间 在图像x‑y坐标空间中， 经 过点(xi， yi)的直线表示 为： yi＝axi+b， 其中， 参数a为 斜率， b为截矩， 通过点(xi， yi)的直线 有无数条， 且对应于不同的a和b值， 如果将xi和yi视为常数， 而将原本的参数a和b看作变量， 则式子表示 为： b＝‑xia+yi， 这样就变换到 了参数平面a ‑b， 这个变换就是直角坐标中对于(xi， yi)点的Hough变换； 极坐标参数空间 极坐标中用如下参数 方程表示 一条直线， ρ ＝xcosθ +ysi nθ， 其中， ρ 代 表直线到原点的垂直距离， θ代 表x轴到直线垂线的角度， 取值范围为 ±90°； 曲线检测 Hough变换同样适用于方程已知的曲线检测， 对于已知的圆方程， 其 直角坐标的一般方程 为： (x‑a)2+(y‑b)2＝r2，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114549808 A 3