基于生成对抗网络的矿井地质雷达图像自适应去噪方法与流程

本发明涉及图像增强，特别涉及基于生成对抗网络的矿井地质雷达图像自适应去噪方法。

背景技术：

1、矿井地质雷达通过向围岩内部发射电磁波并接收反射信号，形成反映围岩内部裂隙、离层、含水构造等异常情况的b-scan图像。受围岩介质不均匀、设备干扰及锚杆等金属支护构件影响，采集的b-scan图像中通常存在噪声、背景杂波及强绕射信号，需要进行图像增强处理，以提高地质异常信号的可辨识度。其中，图像去噪作为实现图像增强的一种具体技术手段或处理步骤。

2、现有技术通常采用滤波、小波变换、背景扣除或深度学习等方法，对矿井地质雷达图像进行去噪和增强。然而，矿井巷道中的锚杆会在b-scan图像中形成较强的双曲线绕射信号，且锚杆绕射信号与地质异常信号可能具有相似的图像特征。现有方法通常未充分结合锚杆支护设计参数以及锚杆实际位置相对于理论位置的偏差，难以准确识别并分离锚杆绕射信号。

3、本申请发明人发现，上述技术难以根据锚杆实际安装位置的偏差准确确定锚杆绕射区域，并从b-scan图像中有效分离锚杆绕射贡献分量，导致锚杆绕射信号可能被误增强为地质异常信号，或者真实地质异常信号在去噪过程中被误削弱，从而影响矿井地质雷达图像增强及地质异常识别的准确性。

技术实现思路

1、本发明提供了基于生成对抗网络的矿井地质雷达图像自适应去噪方法，要解决的技术问题在于：如何在锚杆实际安装位置存在偏差的情况下，准确识别并分离矿井地质雷达b-scan图像中的锚杆绕射贡献分量，避免真实地质异常信号在去噪去除和图像增强过程中被误削弱或误增强。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、基于生成对抗网络的矿井地质雷达图像自适应去噪方法，包括：

4、获取当前探测段的矿井地质雷达b-scan图像、支护设计参数、天线移动轨迹、围岩参考波速以及历史已探测段的历史已确认锚杆集合;

5、根据当前探测段中各锚杆的三维空间坐标、所述天线移动轨迹和所述围岩参考波速，计算各锚杆在所述矿井地质雷达b-scan图像中的理论顶点坐标和理论曲率；

6、根据所述锚杆排号、所述锚杆列号和所述巷道里程，建立当前探测段中各锚杆与所述历史已确认锚杆之间的空间对应关系，根据相对应的历史已确认锚杆的实际顶点坐标与理论顶点坐标之间的位置偏差，修正当前探测段中对应锚杆的理论顶点坐标，以修正后的理论顶点坐标为中心确定搜索窗口，并根据各搜索窗口生成像素级空间先验掩膜；

7、提取所述矿井地质雷达b-scan图像中的双曲线区域，确定各双曲线区域的实际顶点坐标和实际曲率，将实际顶点坐标落入对应搜索窗口且实际曲率与理论曲率之间的偏差处于预设曲率容差范围内的双曲线区域标记为锚杆绕射区，并将对应锚杆加入已确认锚杆集合，将未与任一锚杆匹配的双曲线区域标记为疑似地质异常区；

8、根据所述已确认锚杆集合中各锚杆的三维空间坐标、所述天线移动轨迹和所述围岩参考波速生成对应的理论绕射模板，通过匹配追踪从所述矿井地质雷达b-scan图像中分离各已确认锚杆的绕射贡献分量，得到残差b-scan图像；

9、对所述残差b-scan图像中的疑似地质异常区，基于所述疑似地质异常区与已确认锚杆的深度差值和沿巷道轴向的周期性验证执行二次判别，将经所述二次判别确认包含地质异常信号的区域标记为保护区，并对所述保护区执行图像增强，得到增强图像。

10、进一步，迭代更新所述像素级空间先验掩膜，包括：

11、根据各尚未确认锚杆对应搜索窗口内候选双曲线区域的顶点位置偏差、曲率偏差和模板相关度确定匹配置信度，所述模板相关度为所述候选双曲线区域与对应锚杆的理论绕射模板之间的归一化互相关，其中，所述匹配置信度随所述顶点位置偏差和所述曲率偏差的增大而降低，并随所述模板相关度的增大而提高；

12、按照所述匹配置信度由高到低的顺序，选取预设数量的尚未确认锚杆执行空间匹配；

13、累计获取当前轮及当前轮之前各轮新增已确认锚杆的实际顶点坐标与理论顶点坐标之间的位置偏差，在累计位置偏差样本的数量达到预设样本数量时，沿b-scan图像的道号方向和时间深度方向对所述累计位置偏差样本进行插值，得到偏差场；

14、根据所述偏差场修正其余尚未确认锚杆的搜索窗口位置和所述像素级空间先验掩膜，并重新执行所述空间匹配，直至本轮未新增已确认锚杆或者迭代次数达到预设次数。

15、本发明的有益效果为：

16、1.本发明利用历史已确认锚杆的实际顶点坐标与理论顶点坐标之间的位置偏差，修正当前探测段内锚杆的理论顶点坐标和搜索窗口，能够适应锚杆实际安装位置相对于设计位置的偏差，提高锚杆绕射区域的定位准确性，为后续锚杆干扰分离和地质异常区域的针对性图像增强提供准确的空间基础。

17、2.本发明根据已确认锚杆的空间位置生成理论绕射模板，并通过匹配追踪从矿井地质雷达b-scan图像中分离锚杆绕射贡献分量。与统一滤波或整体去噪相比，能够有针对性地抑制锚杆产生的确定性绕射干扰，减少锚杆绕射信号在图像增强过程中被误增强为地质异常信号的情况，提高图像增强结果的准确性。

18、3.本发明根据疑似地质异常区与已确认锚杆之间的深度差值以及沿巷道轴向的周期性进行二次判别，能够区分锚杆规则排布形成的绕射响应与地质异常体形成的非规则响应，降低虚假异常区域进入图像增强处理范围的概率，提高图像增强对象选择的可靠性。

19、4.本发明仅将经二次判别确认包含地质异常信号的区域标记为保护区，并对所述保护区执行图像增强，能够避免对整幅b-scan图像进行无差别增强，减少真实地质异常信号在去噪过程中被误削弱以及非目标干扰在图像增强过程中被同步放大的情况，从而提高图像增强的针对性和地质异常信号的可辨识度。

1.基于生成对抗网络的矿井地质雷达图像自适应去噪方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，迭代更新所述像素级空间先验掩膜，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述疑似地质异常区执行二次判别，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过匹配追踪从所述矿井地质雷达b-scan图像中分离各已确认锚杆的绕射贡献分量，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述保护区执行图像增强，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述条件生成对抗网络的训练方式包括：

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：