基于圖像增強(qiáng)技術(shù)的直方圖算法探析

　　摘 要：雖然目前運(yùn)用高速圖像采集系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行拍攝技術(shù)已經(jīng)取得一定的發(fā)展，但然仍存在著一些缺陷，主要表現(xiàn)在在所拍攝的圖像中，很難對(duì)電器觸頭進(jìn)行詳細(xì)的觀察。造成這一現(xiàn)象的原因主要有兩個(gè)，即開關(guān)電弧所具有的發(fā)光特性以及觸頭系統(tǒng)和滅弧室所具有的反光特性。因此，需要采取相關(guān)措施對(duì)電弧強(qiáng)度作增強(qiáng)處理，本文介紹的是直方圖或者局部直方圖的圖像
　　關(guān)鍵詞：低壓電器 開關(guān)電弧 圖像增強(qiáng) 直方圖算法
　　中圖分類號(hào)：TN948文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2012）09（a）-0004-01
　　1 圖像增強(qiáng)技術(shù)簡(jiǎn)析
　　對(duì)于圖像增強(qiáng)來(lái)說(shuō)，它其實(shí)是數(shù)字圖像處理當(dāng)中的一項(xiàng)基本內(nèi)容。它主要指的是根據(jù)相關(guān)的需求對(duì)一幅圖像當(dāng)中的某些重點(diǎn)信息進(jìn)行一定程度上的突出。同時(shí)，它還能夠做到對(duì)信息的有效選擇，將一些不必要的信息進(jìn)行削弱或者去除。這樣一來(lái)，就可以對(duì)圖像的質(zhì)量進(jìn)行一定的改善，同時(shí)也對(duì)圖像信息的有效性進(jìn)行了增強(qiáng)。
　　2 直方圖概況
　　2.1 直方圖的原理
　　對(duì)于一幅數(shù)字圖像來(lái)說(shuō)，如果它對(duì)應(yīng)于每一灰度值，就可以對(duì)具備這一灰度值的象素?cái)?shù)進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)。并由此實(shí)現(xiàn)對(duì)于象素?cái)?shù)-灰度值圖形的繪制。那么，我們就將這一圖形稱作為相關(guān)圖像的灰度直方圖，簡(jiǎn)稱為直方圖。對(duì)于直方圖來(lái)說(shuō)，它分別將灰度值以及象素?cái)?shù)作為其橫坐標(biāo)以及縱坐標(biāo)。
　　2.2 直方圖的性質(zhì)
　　直方圖具有一系列的性質(zhì)，下面我們對(duì)其進(jìn)行一一闡述，主要如以下幾點(diǎn)。
　　（1）它主要是一幅圖像之中各個(gè)像素灰度出現(xiàn)頻率次數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。因此，它只對(duì)圖像中不同灰度值出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)行一定程度上的反映，而對(duì)其所在的位置卻不進(jìn)行處理。
　?。?）直方圖與圖像之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通常情況下，一幅圖像只有一個(gè)確定的直方圖與之相對(duì)應(yīng)；然而，對(duì)于不同的圖像來(lái)說(shuō)，它們可能存在著相同的直方圖。
　?。?）一幅圖像各個(gè)子區(qū)的直方圖之和等于該圖像全圖的直方圖。
　　3 低壓電器開關(guān)電弧圖像采集系統(tǒng)概述
　　對(duì)于低壓電器來(lái)說(shuō)，其觸頭間電弧的燃燒需要的時(shí)間往往較為短暫，一般情況下僅僅在10ms以內(nèi)。要在如此的段的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行電弧圖像的采集存在著一定的難度，因此必須對(duì)相關(guān)采集工具進(jìn)行有效的利用，而且采集工具必須具有一定的針對(duì)性、高速性。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種運(yùn)用CCD研制出的開關(guān)電弧采集系統(tǒng)。
　　為了對(duì)這一系統(tǒng)的時(shí)間以及空間分辨率進(jìn)行一定程度上的提高，需要對(duì)相關(guān)圖像的空間分辨率以及以及圖像的灰度等級(jí)進(jìn)行一定程度的提升，但同時(shí)也需要對(duì)傳輸速率進(jìn)行相關(guān)保證。我們選取了一種交流接觸器，其型號(hào)為CJX1-12/22，我們將其觸頭的負(fù)載電流調(diào)至為220V/5A，然后在這種狀況下進(jìn)行對(duì)于電弧原始圖像的拍攝。這一開關(guān)電弧采集系統(tǒng)在進(jìn)行照明時(shí)所采用的光源為鹵鎢光源，這種光源具有一定的強(qiáng)度，但是，當(dāng)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)一些部件之后會(huì)發(fā)生一定程度上的衰減，這些部件主要有直管顯微鏡、析光鏡以及三透鏡。而CCD存在著較為短暫的積分時(shí)間，這樣一來(lái)，在所拍攝到的電弧圖像之中僅僅能夠較為清晰的觀察到燃弧的相關(guān)形態(tài)，但卻不能夠?qū)缁∈乙约坝|頭圖像進(jìn)行直接的觀察。為了對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行有效的解決，同時(shí)對(duì)其視覺(jué)效果進(jìn)行一定程度的改善，需要對(duì)數(shù)字圖像增強(qiáng)算法進(jìn)行有效運(yùn)用并實(shí)現(xiàn)目的。
　　4 基于圖像增強(qiáng)技術(shù)的直方圖算法分析
　　目前狀況下，運(yùn)用高速圖像采集系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行拍攝，技術(shù)已經(jīng)取得一定的發(fā)展，然仍存在存在著一些缺陷，主要表現(xiàn)在在所拍攝的圖像中，很難對(duì)電器觸頭進(jìn)行詳細(xì)的觀察。造成這一現(xiàn)象的原因主要有兩個(gè)，分別是開關(guān)電弧所具有的發(fā)光特性以及觸頭系統(tǒng)以及滅弧室所具有的反光特性。而對(duì)電弧圖像進(jìn)行一定程度上的增強(qiáng)就是為了在相應(yīng)的電弧圖像之中，對(duì)其觸頭系統(tǒng)以及滅弧系統(tǒng)弱的相關(guān)特征進(jìn)行進(jìn)一步的增強(qiáng)。從另一種角度來(lái)看，也就是對(duì)其電弧圖像的對(duì)比度進(jìn)行增強(qiáng)。
　　對(duì)于直方圖來(lái)說(shuō)，它在多種空間域處理技術(shù)當(dāng)中都發(fā)揮了基礎(chǔ)性的作用。我們?cè)O(shè)兩個(gè)變量r以及s，r代表的是圖像未進(jìn)行增強(qiáng)之前的像素灰度級(jí)，s代表的是圖像經(jīng)過(guò)增強(qiáng)之后的像素灰度級(jí)。與之相對(duì)應(yīng)的是，灰度級(jí)分布的概率密度就分別為Pr（r）以及Ps（s）。我們對(duì)像素的灰度值進(jìn)行假設(shè)，假設(shè)其已經(jīng)歸一化在區(qū)間[0，1]之內(nèi)，這樣一來(lái)，就能夠?qū)τ懻撈鸬揭欢ǖ暮?jiǎn)化作用。同時(shí)，在相關(guān)的灰度級(jí)坐標(biāo)之中，設(shè)置r=0表示的是黑，而r=1表示的是白。
　　這樣一來(lái)，在相應(yīng)的區(qū)間之中，任何一個(gè)r的值進(jìn)行一定程度的變換時(shí)，其變換的函數(shù)主要為：
　　同時(shí)，在進(jìn)行變化之時(shí)，對(duì)于T（r）來(lái)說(shuō)，需要滿足一定的條件，主要是如下的兩個(gè)條件：（1）它必須是單值單調(diào)增加函數(shù)。（2）它的值必須在0～1之間，并包含0和1。這樣一來(lái)，T（r）滿足單值單調(diào)增加函數(shù)的條件，就可以使得灰度級(jí)根據(jù)從黑道白的順序進(jìn)行排列；而T（r）滿足其值必須在0～1之間，并包含0和1，就可以對(duì)其在映射變換之后的像素灰度值維持在允許的范圍之內(nèi)進(jìn)行一定程度的保證。
　　從s到r的反變換為：
　　與上面相同，s也需要對(duì)上面所闡述的兩個(gè)條件進(jìn)行滿足。而通過(guò)概率理論我們可以知道：如果在Pr（r）和變換函數(shù)s=T（r）已經(jīng)知道的情況下，且T-1（s）是單值。
　　單調(diào)增加函數(shù)，那么就會(huì)有：
　　對(duì)于直方圖圖像增強(qiáng)算法來(lái)說(shuō)，它其實(shí)就是通過(guò)對(duì)函數(shù)T（r）進(jìn)行一定程度的變換，通過(guò)這種變化對(duì)圖像灰度級(jí)的概率密度函數(shù)進(jìn)行有效的控制，進(jìn)而改變圖像的外貌。
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　本文針對(duì)低壓電器開關(guān)電弧圖像增強(qiáng)的直方圖算法做了簡(jiǎn)要分析。首先，對(duì)低壓電器開關(guān)電弧圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，然后運(yùn)用數(shù)學(xué)模型的方法對(duì)直方圖的基本算法進(jìn)行分析，并得出結(jié)論：用這一方法對(duì)觸頭以及電弧的相對(duì)位置進(jìn)行觀察，能取得較好的效果。
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