基于图像增强技术的直方图算法探析

摘 要：虽然目前运用高速图像采集系统对图像进行拍摄技术已经取得一定的发展，但然仍存在着一些缺陷，主要表现在在所拍摄的图像中，很难对电器触头进行详细的观察。造成这一现象的原因主要有两个，即开关电弧所具有的发光特性以及触头系统和灭弧室所具有的反光特性。因此，需要采取相关措施对电弧强度作增强处理，本文介绍的是直方图或者局部直方图的图像

关键词：低压电器 开关电弧 图像增强 直方图算法

中图分类号：TN948 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0004-01

1 图像增强技术简析

对于图像增强来说，它其实是数字图像处理当中的一项基本内容。它主要指的是根据相关的需求对一幅图像当中的某些重点信息进行一定程度上的突出。同时，它还能够做到对信息的有效选择，将一些不必要的信息进行削弱或者去除。这样一来，就可以对图像的质量进行一定的改善，同时也对图像信息的有效性进行了增强。

2 直方图概况

2.1 直方图的原理

对于一幅数字图像来说，如果它对应于每一灰度值，就可以对具备这一灰度值的象素数进行相应的统计。并由此实现对于象素数-灰度值图形的绘制。那么，我们就将这一图形称作为相关图像的灰度直方图，简称为直方图。对于直方图来说，它分别将灰度值以及象素数作为其横坐标以及纵坐标。

2.2 直方图的性质

直方图具有一系列的性质，下面我们对其进行一一阐述，主要如以下几点。

（1）它主要是一幅图像之中各个像素灰度出现频率次数的统计结果。因此，它只对图像中不同灰度值出现的次数进行一定程度上的反映，而对其所在的位置却不进行处理。

（2）直方图与图像之间存在一定的对应关系。通常情况下，一幅图像只有一个确定的直方图与之相对应；然而，对于不同的图像来说，它们可能存在着相同的直方图。

（3）一幅图像各个子区的直方图之和等于该图像全图的直方图。

3 低压电器开关电弧图像采集系统概述

对于低压电器来说，其触头间电弧的燃烧需要的时间往往较为短暂，一般情况下仅仅在10ms以内。要在如此的段的时间内进行电弧图像的采集存在着一定的难度，因此必须对相关采集工具进行有效的利用，而且采集工具必须具有一定的针对性、高速性。目前市场上出现了一种运用CCD研制出的开关电弧采集系统。

为了对这一系统的时间以及空间分辨率进行一定程度上的提高，需要对相关图像的空间分辨率以及以及图像的灰度等级进行一定程度的提升，但同时也需要对传输速率进行相关保证。我们选取了一种交流接触器，其型号为CJX1-12/22，我们将其触头的负载电流调至为220V/5A，然后在这种状况下进行对于电弧原始图像的拍摄。这一开关电弧采集系统在进行照明时所采用的光源为卤钨光源，这种光源具有一定的强度，但是，当发出的光经过一些部件之后会发生一定程度上的衰减，这些部件主要有直管显微镜、析光镜以及三透镜。而CCD存在着较为短暂的积分时间，这样一来，在所拍摄到的电弧图像之中仅仅能够较为清晰的观察到燃弧的相关形态，但却不能够对灭弧室以及触头图像进行直接的观察。为了对这一问题进行有效的解决，同时对其视觉效果进行一定程度的改善，需要对数字图像增强算法进行有效运用并实现目的。

4 基于图像增强技术的直方图算法分析

目前状况下，运用高速图像采集系统对图像进行拍摄，技术已经取得一定的发展，然仍存在存在着一些缺陷，主要表现在在所拍摄的图像中，很难对电器触头进行详细的观察。造成这一现象的原因主要有两个，分别是开关电弧所具有的发光特性以及触头系统以及灭弧室所具有的反光特性。而对电弧图像进行一定程度上的增强就是为了在相应的电弧图像之中，对其触头系统以及灭弧系统弱的相关特征进行进一步的增强。从另一种角度来看，也就是对其电弧图像的对比度进行增强。

对于直方图来说，它在多种空间域处理技术当中都发挥了基础性的作用。我们设两个变量r以及s，r代表的是图像未进行增强之前的像素灰度级，s代表的是图像经过增强之后的像素灰度级。与之相对应的是，灰度级分布的概率密度就分别为Pr（r）以及Ps（s）。我们对像素的灰度值进行假设，假设其已经归一化在区间[0，1]之内，这样一来，就能够对讨论起到一定的简化作用。同时，在相关的灰度级坐标之中，设置r=0表示的是黑，而r=1表示的是白。

这样一来，在相应的区间之中，任何一个r的值进行一定程度的变换时，其变换的函数主要为：

同时，在进行变化之时，对于T（r）来说，需要满足一定的条件，主要是如下的两个条件：（1）它必须是单值单调增加函数。（2）它的值必须在0～1之间，并包含0和1。这样一来，T（r）满足单值单调增加函数的条件，就可以使得灰度级根据从黑道白的顺序进行排列；而T（r）满足其值必须在0～1之间，并包含0和1，就可以对其在映射变换之后的像素灰度值维持在允许的范围之内进行一定程度的保证。

从s到r的反变换为：

与上面相同，s也需要对上面所阐述的两个条件进行满足。而通过概率理论我们可以知道：如果在Pr（r）和变换函数s=T（r）已经知道的情况下，且T-1（s）是单值。

单调增加函数，那么就会有：

对于直方图图像增强算法来说，它其实就是通过对函数T（r）进行一定程度的变换，通过这种变化对图像灰度级的概率密度函数进行有效的控制，进而改变图像的外貌。

5 结语

本文针对低压电器开关电弧图像增强的直方图算法做了简要分析。首先，对低压电器开关电弧图像采集系统进行简要阐述，然后运用数学模型的方法对直方图的基本算法进行分析，并得出结论：用这一方法对触头以及电弧的相对位置进行观察，能取得较好的效果。

参考文献

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