Оптимизация технологического процесса повышения контрастности на изображениях, полученных в шахтах

Рассмотрена оптимизация технологического процесса повышения контрастности на изображениях, полученных в шахтах за счет автоматизации оценки количественных характеристик качества. Приведены нотации технологического процесса в методологии IDEF0 до и после оптимизации. Произведен анализ методов и алгоритмов повышения контрастности, применяемых для обработки цифровых изображений, полученных с видеокамер, встроенных в головной светильник шахтера. Рассмотрены особенности цифровых изображений с головного светильника шахтера, их яркостные характеристики. Приведены гистограммы распределения яркости на изображениях до и после обработки исследуемыми методами. Рассчитаны количественные характеристики контрастности изображений. Сделаны рекомендации о выборе количественных характеристик качества для использования в работе при автоматическом выборе системой метода повышения контрастности.

Зайцева Е. В., Кочнева А. А., Катунцов Е. В. Оптимизация технологического процесса повышения контрастности на изображениях, полученных в шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 7. – С. 115–130. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_7_0_115.

Зайцева Екатерина Викторовна¹ —канд. техн. наук, доцент, e-mail: Zaytseva_EV@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-7944-0468,
Кочнева Алина Александровна¹ —канд. техн. наук, доцент, e-mail: Kochneva_AA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-8189-782X,
Катунцов Евгений Владимирович¹ —канд. техн. наук, доцент, e-mail: Katuntsov_EV@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-8345-0979,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Зайцева Е.В., e-mail: Zaytseva_EV@pers.spmi.ru.

1. Новиков А. В., Паневников К. В., Писарев И. В. Многофункциональная система безопасности угольных шахт — визуализация событий (горнотехнических процессов) с рабочего места шахтера // Горная промышленность. — 2021. — № 5. — С. 65—69. DOI: 10.30686/1609-91922021-5-65-69.

2. Ol’t Yu., Maksarov V. V., Makhov V. E. Intelligence systems for quality assessment of threaded surfaces and flaw monitoring based on digital light field recording // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2020, vol. 56, no. 11, pp. 915—926. DOI: 10.1134/S1061830920110054.

3. Koteleva N., Valnev V. Automatic Detection of Maintenance Scenarios for Equipment and Control Systems in Industry // Applied Sciences (Switzerland). 2023, vol. 13, no. 24, article 12997. DOI: 10.3390/app132412997.

4. Rudakov M. L., Rabota E. N., Kolvakh K. A. Assessment of the individual risk of fatal injury to coal mine workers during collapses // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020, vol. 4, pp. 88—93. DOI: 10.33271/nvngu/2020-4/088.

5. Непша Ф. С., Воронин В. А., Ливен А. С., Корнеев А. С. Оценка целесообразности применения когенерационных установок на угольных шахтах Кузбасса // Записки Горного института. — 2023. — Т. 259. — С. 141—150. DOI: 10.31897/PMI.2023.2.

6. Бузмаков С. А., Санников П. Ю., Кучин Л. С., Игошева Е. А., Абдулманова И. Ф. Применение беспилотной аэрофотосъемки для диагностики техногенной трансформации природной среды при эксплуатации нефтяного месторождения // Записки Горного института. — 2023. — Т. 260. — С. 180—193. DOI: 10.31897/PMI.2023.22.

7. Маховиков А. Б., Крыльцов С. Б., Матрохина К. В., Трофимовец В. Я. Система защищенной корпоративной связи для металлургического предприятия // Цветные металлы. — 2023. — № 4. — С. 5—13. DOI: 10.17580/tsm.2023.04.01.

8. Захаров В. Н., Гвишиани А. Д., Вайсберг Л. А., Дзеранов Б. В. Большие данные и устойчивое функционирование горнотехнических систем // Горный журнал. — 2021. — № 11. — С. 45—52. DOI: 10.17580/gzh.2021.11.06.

9. Litvinenko V. S., Bowbrick I., Naumov I. A., Zaitseva Z. Global guidelines and requirements for professional competencies of natural resource extraction engineers: Implications for ESG principles and sustainable development goals // Journal of Cleaner Production. 2022, vol. 338, pp. 1—9. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.130530.

10. Вальков В. А., Виноградов К. П., Валькова Е. О., Мустафин М. Г. Создание растров высокой информативности по данным лазерного сканирования и аэрофотосъемки // Геодезия и картография. — 2022. — Т. 989. —№ 11. — С. 40—49. DOI: 10.22389/0016-7126-2022-989-11-40-49.

11. Zhang H., Tao P., Meng X., Liu M., Liu X. An optimum deployment algorithm of camera networks for open-pit mine slope monitoring // Sensors. 2021, vol. 21, no. 4, article 1148. DOI: 10.3390/ s21041148.

12. Обухова Н. А., Баранов П. С., Мотыко А. А., Чиркунова А. А., Поздеев А. А. Восстановление малоконтрастных текстов архивных документов на основе применения гиперспектральных технологий / Цифровая обработка сигналов и ее применение DSPA–2023. Доклады XXV Международной конференции. — М., 2023. — С. 210—214.

13. Пряхин Е. И., Трошина Е. А. Деградация после термического и химического воздействия матричных кодов, сформированных с помощью лазеров на изделиях из латуни и алюминиевого сплава // Цветные металлы. — 2022. — № 7. — С. 87—91. DOI: 10.17580/tsm.2022.07.10.

14. Грузман И. С., Киричук В. С., Косых В. П., Перетягин Г. И., Спектор А. А. Цифровая обработка изображений в информационных системах. — Новосибирск: НГТУ, 2000. — 156 с.

15. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. — М.: Техносфера, 2005. — 1072 с.

16. Сергеев М. Б., Соловьев Н. В., Стадник А. И. Методы повышения контрастности растровых изображений для систем цифровой обработки видеоинформации // Информационно-управляющие системы. — 2007. — № 1 (26). — С. 2—7.

17. Мазаков Е. Б. Из истории кибернетики: кафедра информационных систем и вычислительной техники Горного университета // Вопросы истории. — 2022. — № 5(1). — С. 107—117. DOI: 10.31166/VoprosyIstorii202205Statyi01.

18. Захлебин А. С., Калибеков А., Курячий М. И. Построение геопривязанного ортофотоплана участка местности по изображениям с телевизионной камеры БПЛА вертолетного типа / Электронные средства и системы управления. Материалы докладов Международной научнопрактической конференции. — 2020. — № 1-2. — С. 187—189.

19. Sytko I. I., Makhov V. E. Study of dynamic properties of measuring equipment at the design stage // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 1728, no. 1, article 012020. https://iopscience. iop.org/article/10.1088/1742-6596/1728/1/012020.

20. Мовчан А. К., Капустин В. В., Курячий М. И., Чалдина Е. С. Методы и алгоритмы прецизионного измерения дальности активно-импульсными телевизионными измерительными системами // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. — 2020. — Т. 23. — № 2. — С. 7—14. DOI: 10.21293/1818-0442-2020-23-2-7-14.

21. Motyko A. A., Chirkunova A. A., Baranov P. S., Obukhova N. A. Hyperspectral technology in state of the art computer vision application / Seminar on Information Computing and Processing (ICP), 2023, pp. 1—4. DOI: 10.1109/ICP60417.2023.10397293.

22. Chaldina E. S., Movchan A. K., Kapustin V. V., Kuryachiy M. I. Multi-area range measurement method using active—pulse television measuring systems / 21th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM-2020). 2021, no. 21, pp. 293—297. DOI: 10.1109/EDM49804.2020.9153500.

23. Brooks C. N., Dobson R. J., Dean D. B., Banach D., Oommen T., Havens T. C., Ahlborn T., Cook S. J., Clover A. Evaluating the use of unmanned aerial vehicles for transportation purposes. Michigan Department of Transportation, Michigan, USA, 2015. Report No. RC-1616, 201 р.

24. Potapov A. I., Makhov V. E., Smorodinskii Y. G., Manevich E. Y. Smart-camera-based linear sizing // Russian Journal of Non-destructive Testing. 2019, vol. 55, no. 7, pp. 524—532.

25. Temkin I., Myaskov A., Deryabin S., Konov I., Ivannikov A. Design of a digital 3D model of transport—technological environment of open-pit mines based on the common use of telemetric and geospatial information // Sensors. 2021, vol. 21, no. 18, article 6277. DOI: 10.3390/s21186277.

26. Chirkunova A. A. Methods for increasing the contrast sensitivity of the image sensor / 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2017, pp. 1—4. DOI: 10.1109/EIConRus.2017.7910641.

27. Arena F., Pau G., Severino A. An overview on the current status and future perspectives of smart cars // Infrastructures. 2020, vol. 5, no. 7, article 53. DOI: 10.3390/infrastructures 5070053.

28. Kamenskiy A. V. High-speed recursive-separable image processing filters // Computer Optics. 2022, vol. 46, no. 4, pp. 659—665.

29. Красильников Н. Н. Цифровая обработка изображений. — М.: Вузовская книга, 2001. — 320 с.

30. Шапиро Л., Стокман Дж. Компьютерное зрение. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. — 752 с.

31. Vostrikov A., Sergeev M., Balonin N., Chernyshev S. В. Digital masking using mersenne matrices and their special images / Procedia Computer Science. Knowledge-Based and Intelligent Information and Engineering Systems: Proceedings of the 21st International Conference. 2017, pp. 1151— 1159. DOI: 10.1016/j.procs.2017.08.156.

32. Востриков А. А., Сергеев М. Б., Литвинов М. Ю. Маскирование цифровой визуальной информации: термин и основные определения // Информационно-управляющие системы. — 2015. — № 5 (78). — С. 116—123. DOI: 10.15217/issn1684-8853.2015.5.116.

33. Михайлов В. В., Колпащиков Л. А., Соболевский В. А., Соловьев Н. В., Якушев Г. К. Методологические подходы и алгоритмы распознавания и подсчета животных на аэрофотоснимках // Информационно-управляющие системы. — 2021. — № 5 (114). — С. 20—32. DOI: 10.31799/1684-8853-2021-5-20-32.

34. Убоженко Д. Ю., Закутаев А. А., Широбоков В. В. Исследование вопросов унификации калибровочного обеспечения квантово-оптических и радиолокационных средств // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2021. — № 6. — С. 244—250.

35. Подгорнова Ю. А., Садыков С. С., Самандаров И. Р., Воронцов С. А. Исследование критериев распознавания доброкачественных заболеваний на маммограммах / Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов и обработки изображений. Материалы XVI Международной научно-технической конференции. — Курск, 2021. — С. 279—281.

36. Podgornova Yu. A., Sadykov S. S. Comparative analysis of segmentation algorithms for the allocation of microcalcifications on mammograms / CEUR Workshop Proceedings. Proceedings of the 5th Information Technology and Nanotechnology-2019: Image Processing and Earth Remote Sensing. 2019, pp. 122—127. DOI: 10.18287/1613-0073-2019-2391-121-127.