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基于多尺度快速双边滤波和小波变换的矿井图像增强算法
1
作者
王媛彬
何东阳
+4 位作者
樊红卫
王旭
贺文卿
闫昭旭
李千禧
《煤炭科学技术》
北大核心
2025年第10期237-250,共14页
受煤矿井下复杂地质环境和人造光源布置不均的影响,井下监控视频图像容易出现照度不均、细节丢失、对比度低等问题,而现有算法在增强过程中容易出现颜色失真、光晕伪影等不足。鉴于此,提出一种基于多尺度快速双边滤波和小波变换的矿井...
受煤矿井下复杂地质环境和人造光源布置不均的影响,井下监控视频图像容易出现照度不均、细节丢失、对比度低等问题,而现有算法在增强过程中容易出现颜色失真、光晕伪影等不足。鉴于此,提出一种基于多尺度快速双边滤波和小波变换的矿井图像增强算法。首先,采用同态滤波对矿井图像做初步增强后转换到HSV空间,此时保持色调分量不变,建立多尺度快速双边滤波,从亮度分量中提取光照分量,同时构造双伽马校正函数对光照分量进行增强;其次,基于Retinex理论,计算反射分量,并采用限制对比度自适应直方图均衡化算法(CLAHE)和灰度调整函数对反射分量进行增强;然后,使用小波变换融合光照分量和反射分量,得到增强的亮度分量,另设计饱和度修正函数矫正饱和度分量,提高矿井图像的色彩饱和度;最后,将色调分量和增强的亮度分量、饱和度分量融合,并从HSV空间转换回RGB空间。结果表明:对比BPDHE、CLAHE、NPE、SRIE、BIMEF和PnPRetinex算法,研究提出的算法处理后的矿井图像在均值、平均梯度、标准差、信息熵和空间频率方面分别提高了25.31%、42.75%、9.59%、1.60%、41.26%,研究提出的算法能有效增强矿井图像的照度、细节和对比度,同时减少光晕伪影、颜色失真等现象。在提取光照分量时,多尺度快速双边滤波相比于经典双边滤波运行速度平均提高了87.29%。应用YOLOV8检测增强后的矿井工人图像,其平均检测精度达到了90%,相较于原始图像平均提高了40%,这有效提升了智能检测的准确度。
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关键词
RETINEX理论
快速双边滤波
HSV空间
双伽马校正函数
小波变换
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职称材料
基于注意力机制和空洞卷积的CycleGAN煤矿井下低照度图像增强算法
被引量：
2
2
作者
王媛彬
郭亚茹
+3 位作者
刘佳
王旭
吴冰超
刘萌
《煤炭科学技术》
CSCD
北大核心
2024年第S2期375-383,共9页
井下环境复杂,充斥着大量粉尘和水汽且人造光源光照不均,导致井下监控设备采集到的图像往往呈现出照度低、细节特征丢失等问题,严重影响了矿业安全监控设备的实时性,不利于后续计算机视觉任务,同时井下数据采集困难,难以制作配对的井下...
井下环境复杂,充斥着大量粉尘和水汽且人造光源光照不均,导致井下监控设备采集到的图像往往呈现出照度低、细节特征丢失等问题,严重影响了矿业安全监控设备的实时性,不利于后续计算机视觉任务,同时井下数据采集困难,难以制作配对的井下低照度图像数据集用于模型训练。针对上述问题,提出了一种基于CycleGAN的低照度图像增强算法。针对矿井下采集配对数据集困难,使用CycleGAN网络进行无监督学习;为改善生成器网络的细节特征提取能力,利用无参注意力机制(simAM)和双通道注意力机制(CBAM)构建图像增强网络,提高复杂背景下模型的抗干扰能力,使模型恢复图像细节特征效果更好;引入由残差空洞卷积构建亮度增强模块,在提升图像亮度的同时增大生成器网络的感受野,有利于细节的恢复,提高图像视觉质量;以Patch-GAN作为网络的判别器,将输入映射成一个矩阵,更加全面的关注到图像不同区域的细节特征,提高判别器对图像细节的分辨能力。实验结果表明,相较于算法CycleGAN,所提方法在峰值信噪比(PSNR)、结构相似度(SSIM)、信息熵和视觉信息保真度(VIF)上平均提高了11.31%、8.07%、2.58%、6.18%。
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关键词
图像增强
低照度图像
注意力机制
空洞卷积
CycleGAN
Patch-GAN
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职称材料
题名
基于多尺度快速双边滤波和小波变换的矿井图像增强算法
1
作者
王媛彬
何东阳
樊红卫
王旭
贺文卿
闫昭旭
李千禧
机构
西安科技大学电气与控制工程学院
西安市电气设备状态监测与供电安全重点实验室
西安科技大学机械工程学院
兖矿能源集团有限公司
出处
《煤炭科学技术》
北大核心
2025年第10期237-250,共14页
基金
国家自然科学基金资助项目(52174198)
陕西省重点研发计划资助项目(2023YBSF-133)
西安市科技计划资助项目(24GXFW0049)。
文摘
受煤矿井下复杂地质环境和人造光源布置不均的影响,井下监控视频图像容易出现照度不均、细节丢失、对比度低等问题,而现有算法在增强过程中容易出现颜色失真、光晕伪影等不足。鉴于此,提出一种基于多尺度快速双边滤波和小波变换的矿井图像增强算法。首先,采用同态滤波对矿井图像做初步增强后转换到HSV空间,此时保持色调分量不变,建立多尺度快速双边滤波,从亮度分量中提取光照分量,同时构造双伽马校正函数对光照分量进行增强;其次,基于Retinex理论,计算反射分量,并采用限制对比度自适应直方图均衡化算法(CLAHE)和灰度调整函数对反射分量进行增强;然后,使用小波变换融合光照分量和反射分量,得到增强的亮度分量,另设计饱和度修正函数矫正饱和度分量,提高矿井图像的色彩饱和度;最后,将色调分量和增强的亮度分量、饱和度分量融合,并从HSV空间转换回RGB空间。结果表明:对比BPDHE、CLAHE、NPE、SRIE、BIMEF和PnPRetinex算法,研究提出的算法处理后的矿井图像在均值、平均梯度、标准差、信息熵和空间频率方面分别提高了25.31%、42.75%、9.59%、1.60%、41.26%,研究提出的算法能有效增强矿井图像的照度、细节和对比度,同时减少光晕伪影、颜色失真等现象。在提取光照分量时,多尺度快速双边滤波相比于经典双边滤波运行速度平均提高了87.29%。应用YOLOV8检测增强后的矿井工人图像,其平均检测精度达到了90%,相较于原始图像平均提高了40%,这有效提升了智能检测的准确度。
关键词
RETINEX理论
快速双边滤波
HSV空间
双伽马校正函数
小波变换
Keywords
Retinex theory
fast bilateral filtering
HSV space
dual gamma correction function
wavelet transform
分类号
TD76 [矿业工程—矿井通风与安全]
TP391 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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职称材料
题名
基于注意力机制和空洞卷积的CycleGAN煤矿井下低照度图像增强算法
被引量：
2
2
作者
王媛彬
郭亚茹
刘佳
王旭
吴冰超
刘萌
机构
西安科技大学电气与控制工程学院
西安市电气设备状态监测与供电安全重点实验室
兖矿能源集团有限公司
CNRS-University of Strasbourg
出处
《煤炭科学技术》
CSCD
北大核心
2024年第S2期375-383,共9页
基金
国家自然科学基金资助项目(52174198)
陕西省重点研发计划资助项目(2023 YBSF-133)
陕西省秦创原科学家+工程师队伍建设资助项目(2022KXJ-166)。
文摘
井下环境复杂,充斥着大量粉尘和水汽且人造光源光照不均,导致井下监控设备采集到的图像往往呈现出照度低、细节特征丢失等问题,严重影响了矿业安全监控设备的实时性,不利于后续计算机视觉任务,同时井下数据采集困难,难以制作配对的井下低照度图像数据集用于模型训练。针对上述问题,提出了一种基于CycleGAN的低照度图像增强算法。针对矿井下采集配对数据集困难,使用CycleGAN网络进行无监督学习;为改善生成器网络的细节特征提取能力,利用无参注意力机制(simAM)和双通道注意力机制(CBAM)构建图像增强网络,提高复杂背景下模型的抗干扰能力,使模型恢复图像细节特征效果更好;引入由残差空洞卷积构建亮度增强模块,在提升图像亮度的同时增大生成器网络的感受野,有利于细节的恢复,提高图像视觉质量;以Patch-GAN作为网络的判别器,将输入映射成一个矩阵,更加全面的关注到图像不同区域的细节特征,提高判别器对图像细节的分辨能力。实验结果表明,相较于算法CycleGAN,所提方法在峰值信噪比(PSNR)、结构相似度(SSIM)、信息熵和视觉信息保真度(VIF)上平均提高了11.31%、8.07%、2.58%、6.18%。
关键词
图像增强
低照度图像
注意力机制
空洞卷积
CycleGAN
Patch-GAN
Keywords
image enhancement
low illumination image
attention mechanism
null convolution
CycleGAN
Patch-GAN
分类号
TD67 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于多尺度快速双边滤波和小波变换的矿井图像增强算法
王媛彬
何东阳
樊红卫
王旭
贺文卿
闫昭旭
李千禧
《煤炭科学技术》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
基于注意力机制和空洞卷积的CycleGAN煤矿井下低照度图像增强算法
王媛彬
郭亚茹
刘佳
王旭
吴冰超
刘萌
《煤炭科学技术》
CSCD
北大核心
2024
2
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职称材料
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