基于圖像增強技術的直方圖算法探析

　　摘 要：雖然目前運用高速圖像采集系統對圖像進行拍攝技術已經取得一定的發展，但然仍存在著一些缺陷，主要表現在在所拍攝的圖像中，很難對電器觸頭進行詳細的觀察。造成這一現象的原因主要有兩個，即開關電弧所具有的發光特性以及觸頭系統和滅弧室所具有的反光特性。因此，需要采取相關措施對電弧強度作增強處理，本文介紹的是直方圖或者局部直方圖的圖像
　　關鍵詞：低壓電器 開關電弧 圖像增強 直方圖算法
　　中圖分類號：TN948文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0004-01
　　1 圖像增強技術簡析
　　對于圖像增強來說，它其實是數字圖像處理當中的一項基本內容。它主要指的是根據相關的需求對一幅圖像當中的某些重點信息進行一定程度上的突出。同時，它還能夠做到對信息的有效選擇，將一些不必要的信息進行削弱或者去除。這樣一來，就可以對圖像的質量進行一定的改善，同時也對圖像信息的有效性進行了增強。
　　2 直方圖概況
　　2.1 直方圖的原理
　　對于一幅數字圖像來說，如果它對應于每一灰度值，就可以對具備這一灰度值的象素數進行相應的統計。并由此實現對于象素數-灰度值圖形的繪制。那么，我們就將這一圖形稱作為相關圖像的灰度直方圖，簡稱為直方圖。對于直方圖來說，它分別將灰度值以及象素數作為其橫坐標以及縱坐標。
　　2.2 直方圖的性質
　　直方圖具有一系列的性質，下面我們對其進行一一闡述，主要如以下幾點。
　　（1）它主要是一幅圖像之中各個像素灰度出現頻率次數的統計結果。因此，它只對圖像中不同灰度值出現的次數進行一定程度上的反映，而對其所在的位置卻不進行處理。
　　（2）直方圖與圖像之間存在一定的對應關系。通常情況下，一幅圖像只有一個確定的直方圖與之相對應；然而，對于不同的圖像來說，它們可能存在著相同的直方圖。
　　（3）一幅圖像各個子區的直方圖之和等于該圖像全圖的直方圖。
　　3 低壓電器開關電弧圖像采集系統概述
　　對于低壓電器來說，其觸頭間電弧的燃燒需要的時間往往較為短暫，一般情況下僅僅在10ms以內。要在如此的段的時間內進行電弧圖像的采集存在著一定的難度，因此必須對相關采集工具進行有效的利用，而且采集工具必須具有一定的針對性、高速性。目前市場上出現了一種運用CCD研制出的開關電弧采集系統。
　　為了對這一系統的時間以及空間分辨率進行一定程度上的提高，需要對相關圖像的空間分辨率以及以及圖像的灰度等級進行一定程度的提升，但同時也需要對傳輸速率進行相關保證。我們選取了一種交流接觸器，其型號為CJX1-12/22，我們將其觸頭的負載電流調至為220V/5A，然后在這種狀況下進行對于電弧原始圖像的拍攝。這一開關電弧采集系統在進行照明時所采用的光源為鹵鎢光源，這種光源具有一定的強度，但是，當發出的光經過一些部件之后會發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間，這樣一來，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形態，但卻不能夠對滅弧室以及觸頭圖像進行直接的觀察。為了對這一問題進行有效的解決，同時對其視覺效果進行一定程度的改善，需要對數字圖像增強算法進行有效運用并實現目的。
　　4 基于圖像增強技術的直方圖算法分析
　　目前狀況下，運用高速圖像采集系統對圖像進行拍攝，技術已經取得一定的發展，然仍存在存在著一些缺陷，主要表現在在所拍攝的圖像中，很難對電器觸頭進行詳細的觀察。造成這一現象的原因主要有兩個，分別是開關電弧所具有的發光特性以及觸頭系統以及滅弧室所具有的反光特性。而對電弧圖像進行一定程度上的增強就是為了在相應的電弧圖像之中，對其觸頭系統以及滅弧系統弱的相關特征進行進一步的增強。從另一種角度來看，也就是對其電弧圖像的對比度進行增強。
　　對于直方圖來說，它在多種空間域處理技術當中都發揮了基礎性的作用。我們設兩個變量r以及s，r代表的是圖像未進行增強之前的像素灰度級，s代表的是圖像經過增強之后的像素灰度級。與之相對應的是，灰度級分布的概率密度就分別為Pr（r）以及Ps（s）。我們對像素的灰度值進行假設，假設其已經歸一化在區間[0，1]之內，這樣一來，就能夠對討論起到一定的簡化作用。同時，在相關的灰度級坐標之中，設置r=0表示的是黑，而r=1表示的是白。
　　這樣一來，在相應的區間之中，任何一個r的值進行一定程度的變換時，其變換的函數主要為：
　　同時，在進行變化之時，對于T（r）來說，需要滿足一定的條件，主要是如下的兩個條件：（1）它必須是單值單調增加函數。（2）它的值必須在0～1之間，并包含0和1。這樣一來，T（r）滿足單值單調增加函數的條件，就可以使得灰度級根據從黑道白的順序進行排列；而T（r）滿足其值必須在0～1之間，并包含0和1，就可以對其在映射變換之后的像素灰度值維持在允許的范圍之內進行一定程度的保證。
　　從s到r的反變換為：
　　與上面相同，s也需要對上面所闡述的兩個條件進行滿足。而通過概率理論我們可以知道：如果在Pr（r）和變換函數s=T（r）已經知道的情況下，且T-1（s）是單值。
　　單調增加函數，那么就會有：
　　對于直方圖圖像增強算法來說，它其實就是通過對函數T（r）進行一定程度的變換，通過這種變化對圖像灰度級的概率密度函數進行有效的控制，進而改變圖像的外貌。
　　5 結語
　　本文針對低壓電器開關電弧圖像增強的直方圖算法做了簡要分析。首先，對低壓電器開關電弧圖像采集系統進行簡要闡述，然后運用數學模型的方法對直方圖的基本算法進行分析，并得出結論：用這一方法對觸頭以及電弧的相對位置進行觀察，能取得較好的效果。
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