基于图像处理的煤矿传送带撕裂检测方法与流程

本发明涉及图像数据处理，具体涉及基于图像处理的煤矿传送带撕裂检测方法。

背景技术：

1、带式输送机具有输送量大、输送效率高、装卸方便且能够持续不间断作业的优点，广泛应用于工业生产当中。煤矿传送带在工作过程中被用作牵引、运输的工具，常常处于恶劣的生产环境下，传送带老化、硬物挤压、负载过大等原因造成传送带的撕裂、跑偏、表面损伤等故障，严重时发生传送带断裂，造成生产事故以及停产。故煤矿传送带的缺陷检测在生产过程中显得尤为重要，但由于煤矿作业环境恶劣，采集到的传送带图像往往会出现光照不均匀的现象，影响缺陷检测的准确性。

2、同态滤波可以对光照不均匀图像进行增强和校正，使得图像中的细节更加清晰可见。它通过在频域中对图像的对数进行操作，将原始图像转换为可增强的频域表示，并在频域中进行滤波操作后再进行逆变换，以得到增强后的图像。算法中正确选择适当的增强阈值可以保留图像中所需的细节，并减少不必要的噪声或伪影。

3、现有的问题：煤矿作业环境复杂多变，采集的不同传送带图像所受光照不均匀的影响程度不同，会出现全局较亮或较暗、局部高亮或阴影等不同程度的影响。故不同传送带图像需要不同的增强阈值，而过高的增强阈值可能引入过度增强和伪影，过低的增强阈值可能无法有效增强所需的图像细节。

技术实现思路

1、本发明提供基于图像处理的煤矿传送带撕裂检测方法，以解决现有的问题。

2、本发明的基于图像处理的煤矿传送带撕裂检测方法采用如下技术方案：

3、本发明一个实施例提供了基于图像处理的煤矿传送带撕裂检测方法，该方法包括以下步骤：

4、使用工业相机采集煤矿传送带下侧图像，得到传送带表面图像；使用二维离散傅里叶变换方法，传送带表面图像转换为频谱图；

5、获取频谱图中参考横线上的参考直线段，根据参考直线段上的频率点到频谱图中心点的欧式距离和参考直线段上的频率点的频率值与其对应的拟合曲线值的差异，确定参考直线段上的频率点的异常程度；

6、获取频谱图中的主体参考直线段，根据主体参考直线段上的频率点对应的滑窗内所有参考直线段上的频率点的异常程度，确定标准窗口；根据标准窗口内所有参考直线段上的频率点的异常程度和频率值，确定裂痕频率中心点；

7、以裂痕频率中心点为圆点作圆，根据圆内所有参考直线段上的频率点的数量和异常程度，确定裂痕半径；

8、获取标准直线段，根据标准直线段上相邻频率点的频率值差异，确定标准直线段上所有的频率点的斜率；将以裂痕频率中心点为圆点、半径为裂痕半径的圆与标准直线段的交点，记为裂痕边界点；根据标准直线段上所有频率点的斜率和异常程度以及到裂痕边界点的欧式距离，确定最佳增强阈值；

9、根据最佳增强阈值，确定低通滤波器；使用低通滤波器对频谱图进行滤波处理，得到增强后的频谱图；对增强后的频谱图进行逆傅里叶变换，得到增强后的传送带表面图像；根据增强后的传送带表面图像，得到裂痕区域。

10、进一步地，所述获取频谱图中参考横线上的参考直线段，根据参考直线段上的频率点到频谱图中心点的欧式距离和参考直线段上的频率点的频率值与其对应的拟合曲线值的差异，确定参考直线段上的频率点的异常程度，包括的具体步骤如下：

11、取频谱图中过频谱图中心点的横线和过频谱图中心点的横线上方与下方的若干条相邻的横线，记为参考横线，得到a条参考横线；其中a为预设的横线数量；

12、将参考横线以其中心点划分为两个直线段，记为参考直线段；

13、使用最小二乘法对参考直线段上的所有频率点的频率值进行曲线拟合，得到参考直线段上的每个频率点的频率值对应的拟合曲线值；

14、将参考直线段上的频率点到频谱图中心点的欧式距离的归一化值和参考直线段上的频率点的频率值与其对应的拟合曲线值的差值的绝对值的乘积，记为参考直线段上的频率点的异常程度。

15、进一步地，所述获取频谱图中的主体参考直线段，根据主体参考直线段上的频率点对应的滑窗内所有参考直线段上的频率点的异常程度，确定标准窗口，包括的具体步骤如下：

16、将频谱图中过频谱图中心点的参考横线对应的参考直线段，记为主体参考直线段；

17、使用预设的滑窗在主体参考直线段上逐频率点遍历，得到主体参考直线段上每个频率点对应的滑窗；

18、将主体参考直线段上每个频率点对应的滑窗内所有参考直线段上的频率点的异常程之和，记为主体参考直线段上每个频率点的整体异常程度；

19、将主体参考直线段上所有频率点的整体异常程度中的最大值对应的频率点对应的滑窗，记为标准窗口。

20、进一步地，所述根据标准窗口内所有参考直线段上的频率点的异常程度和频率值，确定裂痕频率中心点，包括的具体步骤如下：

21、根据标准窗口内所有参考直线段上的频率点的异常程度和标准窗口内每个参考直线段上的频率点的频率值，确定标准窗口内每个参考直线段上的频率点为裂痕频率中心点的概率；

22、将标准窗口内所有参考直线段上的频率点为裂痕频率中心点的概率中最大值对应的参考直线段上的频率点，记为裂痕频率中心点。

23、进一步地，所述根据标准窗口内所有参考直线段上的频率点的异常程度和标准窗口内每个参考直线段上的频率点的频率值，确定标准窗口内每个参考直线段上的频率点为裂痕频率中心点的概率对应的具体计算公式为：

24、

25、其中为标准窗口内第y个参考直线段上的频率点为裂痕频率中心点的概率，为标准窗口内第y个参考直线段上的频率点的频率值，为标准窗口内第y个参考直线段上的频率点的异常程度，为标准窗口内所有非第y个参考直线段上的频率点的异常程度均值。

26、进一步地，所述以裂痕频率中心点为圆点作圆，根据圆内所有参考直线段上的频率点的数量和异常程度，确定裂痕半径，包括的具体步骤如下：

27、根据裂痕频率中心点到频谱图中心点的欧式距离，得到预设的半径取值范围；

28、以裂痕频率中心点为圆点，将预设的半径取值范围内每个半径与每个半径减一后对应的圆内所有参考直线段上的频率点的数量和异常程度之间的差异，得到预设的半径取值范围内每个半径对应的异常程度变化率；

29、将预设的半径取值范围内所有半径对应的异常程度变化率中的最大值对应的半径，记为裂痕半径。

30、进一步地，所述以裂痕频率中心点为圆点，将预设的半径取值范围内每个半径与每个半径减一后对应的圆内所有参考直线段上的频率点的数量和异常程度之间的差异，得到预设的半径取值范围内每个半径对应的异常程度变化率对应的具体计算公式为：

31、

32、其中为半径为r时对应的异常程度变化率，为以裂痕频率中心点为圆点、半径为r的圆内第i个参考直线段上的频率点的异常程度，为以裂痕频率中心点为圆点、半径为r的圆内所有参考直线段上的频率点的数量，为以裂痕频率中心点为圆点、半径为r-1的圆内第j个参考直线段上的频率点的异常程度，为以裂痕频率中心点为圆点、半径为r-1的圆内所有参考直线段上的频率点的数量。

33、进一步地，所述获取标准直线段，根据标准直线段上相邻频率点的频率值差异，确定标准直线段上所有的频率点的斜率，包括的具体步骤如下：

34、将频谱图中心点到裂痕频率中心点的直线段，记为标准直线段；

35、将标准直线段上后一个频率点的频率值减去前一个频率点的频率值的差值，记为标准直线段上所述前一个频率点的斜率，得到标准直线段上所有的频率点的斜率。

36、进一步地，所述根据标准直线段上所有频率点的斜率和异常程度以及到裂痕边界点的欧式距离，确定最佳增强阈值，包括的具体步骤如下：

37、若标准直线段上的频率点的斜率小于等于预设的斜率阈值，则将标准直线段上的频率点的斜率特征值设置为预设的斜率特征值；

38、若标准直线段上的频率点的斜率大于预设的斜率阈值，则将标准直线段上的频率点的斜率的归一化值加一，记为标准直线段上的频率点的斜率特征值；

39、将标准直线段上的频率点的相邻两频率点的异常程度之差的绝对值的二分之一，记为标准直线段上的频率点的异常程度变化率；

40、根据标准直线段上的频率点的斜率特征值和标准直线段上的频率点的异常程度变化率以及标准直线段上的频率点到裂痕边界点的欧式距离，确定标准直线段上的频率点对应的最佳增强阈值概率；

41、将标准直线段上所有的频率点对应的最佳增强阈值概率中的最大值对应的频率点到频谱图中心点的欧式距离，记为最佳增强阈值。

42、进一步地，所述根据标准直线段上的频率点的斜率特征值和标准直线段上的频率点的异常程度变化率以及标准直线段上的频率点到裂痕边界点的欧式距离，确定标准直线段上的频率点对应的最佳增强阈值概率对应的具体计算公式为：

43、

44、其中为标准直线段上第x个频率点对应的最佳增强阈值概率，标准直线段上第x个频率点的斜率特征值，为标准直线段上第x个频率点到裂痕边界点的欧式距离，和分别为标准直线段上第x+1和第x-1个频率点的异常程度。

45、本发明的技术方案的有益效果是：

46、本发明实施例中，根据传送带表面图像的频谱图中的参考直线段上的频率点到频谱图中心点的欧式距离和参考直线段上的频率点的频率值与其对应的拟合曲线值的差异，确定参考直线段上的频率点的异常程度，再根据主体参考直线段上的频率点对应的滑窗内所有参考直线段上的频率点的异常程度，确定标准窗口，根据标准窗口内所有参考直线段上的频率点的异常程度和频率值，确定裂痕频率中心点，以裂痕频率中心点为圆点作圆，根据圆内所有参考直线段上的频率点的数量和异常程度，确定裂痕半径，从而获得裂痕边界点，根据标准直线段上所有频率点的斜率和异常程度以及到裂痕边界点的欧式距离，确定最佳增强阈值，根据最佳增强阈值，确定低通滤波器，使用低通滤波器对频谱图进行滤波处理，得到增强后的频谱图，对增强后的频谱图进行逆傅里叶变换，得到增强后的传送带表面图像，根据增强后的传送带表面图像，得到精准的裂痕区域。其根据频谱图中由裂痕导致的高频范围大小，寻找最佳增强阈值，在图像中减少光照不均匀的影响，增强裂痕与皮带正常区域的对比度，准确判断裂痕的存在及其位置信息。