基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統技術方案

本發明專利技術涉及圖像處理技術領域，特別涉及一種基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統，包括圖像采集模塊，用于采集目標區域的第一圖像數據；圖像處理模塊，用于接收所述第一圖像數據并進行預處理，并對預處理后的第二圖像數據進行圖像增強以形成第三圖像數據，采用基于卷積神經網絡的語義分割模型處理所述第三圖像數據，以將所述第三圖像數據中的像素值轉化為氣體濃度，根據所述氣體濃度對井下進行安全監測；根據圖像數據中異常像素的熱輻射突變程度和異常特征指數，對小波變換方法中閾值進行自適應調整完成圖像增強處理，消除了強光對圖像數據的影響，增強圖像數據處理方法的魯棒性，提高了有害氣體識別的準確性。提高了有害氣體識別的準確性。提高了有害氣體識別的準確性。

【技術實現步驟摘要】
基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統


[0001]本專利技術涉及圖像處理
，特別涉及一種基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統。

技術介紹

[0002]井下綜合安全監控系統是一種應用于煤礦井下環境的一種監控系統，它通過安裝攝像頭等設備對井下的環境進行實時的監控和數據采集，保證了井下工作人員的人身安全以及生產工作的正常進行。
[0003]在煤礦的井下環境中存在著非常多的安全隱患，比如煤礦坍塌，煤塵濃度過高，火災以及瓦斯爆炸、中毒、窒息等危害，其中瓦斯的積聚是導致煤礦事故的主要原因之一。瓦斯主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。在標準狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態存在，戊烷以上為液體。如遇明火，即可燃燒，發生瓦斯爆炸，直接威脅著礦工的生命安全；因此，礦井工作對瓦斯十分重視，在井下綜合安全監控系統中對瓦斯等有害氣體的實時監測非常重要。
[0004]在井下工作時需要對周圍環境提供充足的照明，指引安全的道路和出口，在井下瓦斯濃度超過安全范圍時，普通的照明設備會因為電火花等原因引發瓦斯爆炸等嚴重事故；而甲烷瓦斯等有害氣體會發出一定程度的紅外輻射，因此通過紅外攝像頭可以探測這些有害氣體的紅外輻射，來達到監控井下有害氣體濃度的目的。
[0005]但紅外攝像頭通常使用低分辨率的傳感器，像素數量較少，圖像細節不夠豐富，同時在低照度環境下，紅外攝像頭采集的圖像中的噪點和暗區較多，影響圖像質量，導致對礦井中有害氣體的監測質量不佳，影響井下氣體綜合安全監測的準確性，無法有效地發現和預防瓦斯等有害氣體的積聚，進而影響井下工作人員的人身安全。

技術實現思路

[0006]為解決上述現有技術中井下氣體安全監測準確性不高的問題，本專利技術提供的基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統，包括：圖像采集模塊，用于采集目標區域的第一圖像數據；圖像處理模塊，用于接收所述第一圖像數據并進行預處理，并對預處理后的第二圖像數據進行圖像增強以形成第三圖像數據，采用基于卷積神經網絡的語義分割模型處理所述第三圖像數據，以將所述第三圖像數據中的像素值轉化為氣體濃度，根據所述氣體濃度對井下進行安全監測；所述圖像增強包括：選取所述第二圖像數據中ROI區域，采用Harris角點檢測方法標記所述ROI區域的異常像素，根據所述異常像素的熱輻射突變程度和異常特征指數，通過閾值調整模型；
調整離散小波變換方法的閾值，其中，為所述異常特征指數，為熱輻射突變度，為離散小波變換方法中固定閾值，為歐拉常數；利用所述離散小波變換方法處理所述第二圖像數據，以增強圖像數據的對比度和清晰度；再對經過所述離散小波變換方法處理的圖像數據進行離散小波反變換和亮度調整，形成所述第三圖像數據。
[0007]在一實施例中，所述第一圖像數據通過防爆熱成像紅外攝像頭采集，所述目標區域為井下防爆燈照明區域。
[0008]在一實施例中，所述預處理包括使用非局部均值濾波方法對所述第一圖像數據進行降噪處理，所述第二圖像為去噪后的第一圖像數據，所述第二圖像數據中的每個像素點均具有對應的熱輻射能量值。
[0009]在一實施例中，標記所述ROI區域的異常像素包括：通過Sobel算子方法計算所述ROI區域中每個像素點的梯度值；采用所述Harris角點檢測方法判斷每個所述像素點的角點響應值；比較第一像素點與其周圍第二像素點的所述角點響應值，當所述第一像素點的角點響應值大于所述第二像素點的角點響應值時，所述第一像素點為異常像素。
[0010]在一實施例中，所述熱輻射突變度根據突變模型獲取；其中，為突變模型系數，為以所述異常像素為中心建立的窗口區域中相鄰像素之間的熱輻射差異度，為所述窗口區域中相鄰像素之間熱輻射差異的同質度；為所述窗口區域中所有像素的衰變平滑度；以所述異常像素為中心的建立的窗口區域，對所述窗口區域的像素輸入其對應的熱輻射能量值，以所述窗口區域內最高的所述熱輻射能量值為熱輻射能量階數，通過熱輻射共生矩陣得到所述窗口區域內的所述熱輻射差異度和熱輻射同質度。
[0011]在一實施例中，根據衰變模型獲取所述衰變平滑度；其中，為所述窗口區域中位置處的像素值，為所述窗口區域的中心像素值，為所述窗口區域中像素的最大熱輻射能量值，為所述窗口區域中像素的最小熱輻射能量值；為所述窗口區域中除中心像素外的
其他像素與中心像素的差值絕對值的和。
[0012]在一實施例中，所述異常特征指數通過異常特征模型獲取；其中，為異常特征指數，為異常區域的面積均勻度，為所述異常區域與所述窗口區域之比。
[0013]在一實施例中，根據獲取異常區域的面積均勻度；其中，為灰度游程矩陣中第個游程長度，為灰度游程矩陣中最大的游程長度；所述游程長度通過以下獲取：在所述窗口區域內進行灰度游程矩陣計算，以最小所述熱輻射突變度為界限，將熱輻射突變度大于最小所述熱輻射突變度的像素設定為X像素，小于最小所述熱輻射突變度的像素設定為Y像素，二值化所述窗口區域并進行游程編碼，以獲取每個像素所處的游程長度。
[0014]在一實施例中，根據獲取所述異常區域與所述窗口區域之比；其中，異常區域為X像素游程長度之和。
[0015]在一實施例中，通過劃分所述第三圖像數據中氣體區域和背景區域，采用基于卷積神經網絡的語義分割模型處理所述第三圖像數據輸出分割后的第四圖像數據，并對第四圖像數據進行定量化處理；根據防爆熱成像紅外攝像頭的響應曲線與標準氣體濃度的對應關系，將所述第四圖像數據中的像素值轉化為氣體濃度，通過所述氣體濃度對井下進行安全監測。
[0016]與現有技術相比，本專利技術提供的基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統，通過采集井下防爆燈照明區域的圖像數據并進行處理，據圖像數據中異常像素的熱輻射突變程度和異常特征指數，對小波變換方法中閾值進行自適應調整完成圖像增強處理，消除了強光對圖像數據的影響，增強圖像數據處理方法的魯棒性，提高了有害氣體識別的準確性。
附圖說明
[0017]為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本專利技術提供的安全監控系統的架構圖；圖2為本專利技術提供的紅外攝像頭采集井下的圖像數據示意圖；圖3為本專利技術提供的防爆燈具光照對氣體影響的示意圖；圖4為本專利技術提供的中心像素和窗口區域的示意圖。
具體實施方式
[0019]為使本專利技術實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統，其特征在于：包括：圖像采集模塊，用于采集目標區域的第一圖像數據；圖像處理模塊，用于接收所述第一圖像數據并進行預處理，并對預處理后的第二圖像數據進行圖像增強以形成第三圖像數據，采用基于卷積神經網絡的語義分割模型處理所述第三圖像數據，以將所述第三圖像數據中的像素值轉化為氣體濃度，根據所述氣體濃度對井下進行安全監測；所述圖像增強包括：選取所述第二圖像數據中ROI區域，采用Harris角點檢測方法標記所述ROI區域的異常像素，根據所述異常像素的熱輻射突變程度和異常特征指數，通過閾值調整模型；調整離散小波變換方法的閾值，其中，為調整后的閾值，為所述異常特征指數，為熱輻射突變度，為離散小波變換方法中固定閾值，為歐拉常數；利用所述離散小波變換方法處理所述第二圖像數據，以增強圖像數據的對比度和清晰度；再對經過所述離散小波變換方法處理的圖像數據進行離散小波反變換處理和亮度調整，形成所述第三圖像數據。2.根據權利要求1所述的基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統，其特征在于：所述第一圖像數據通過防爆熱成像紅外攝像頭采集，所述目標區域為井下防爆燈照明區域。3.根據權利要求1所述的基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統，其特征在于：所述預處理包括使用非局部均值濾波方法對所述第一圖像數據進行降噪處理，所述第二圖像為去噪后的第一圖像數據，所述第二圖像數據中的每個像素均具有對應的熱輻射能量值。4.根據權利要求1所述的基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統，其特征在于：標記所述ROI區域的異常像素包括：通過Sobel算子方法計算所述ROI區域中每個像素點的梯度值；采用所述Harris角點檢測方法判斷每個所述像素點的角點響應值；比較第一像素點與其周圍第二像素點的所述角點響應值，當所述第一像素點的角點響應值大于所述第二像素點的角點響應值時，所述第一像素點為異常像素。5.根據權利要求1所述的基于照明控制體系的井下綜合安全監控系統，其特征在于：所述熱輻射突變度根據突變模型獲取；其中，為突變模型系數，為以異常像素為中心建立的窗口區域中相鄰像素之間的熱輻射差異度...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董慧彬，仝鑫，祁虎娃，姚方慶，張善波，杜俊殼，
申請(專利權)人：山東樂普礦用設備股份有限公司，
類型：發明
國別省市：