一種連通域標(biāo)記的紫外單光子計(jì)數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種連通域標(biāo)記的紫外單光子計(jì)數(shù)的方法，對(duì)于每一幀圖像，進(jìn)行以下操作：通過比較得到暗環(huán)境輸出圖像像素灰度的最大值，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定閾值；基于閾值對(duì)有光照情況下日盲紫外圖像像素的灰度進(jìn)行二值化處理；對(duì)二值化圖像進(jìn)行第一次標(biāo)記并儲(chǔ)存；對(duì)二值化圖像進(jìn)行第二次反方向標(biāo)記并儲(chǔ)存；通過依次讀取標(biāo)記值進(jìn)行連通域的統(tǒng)計(jì)。本方法可以基于FPGA開發(fā)平臺(tái)上實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，且占用較少的資源、易于硬件實(shí)現(xiàn)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。
【專利說明】
一種連通域標(biāo)記的紫外單光子計(jì)數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種紫外日盲電暈檢測技術(shù)，特別是一種連通域標(biāo)記的紫外單光子計(jì) 數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、電力負(fù)荷要求的不斷提高，電力系統(tǒng)中使用的各種類 型的高壓設(shè)備的損壞、故障也不斷增加，相應(yīng)地，對(duì)預(yù)防性維護(hù)的要求也不斷提高。輸電線 路和變電站電氣設(shè)備在大氣環(huán)境下工作，在某些情況下，隨著絕緣性能的降低、結(jié)構(gòu)缺陷的 出現(xiàn)，會(huì)產(chǎn)生電暈放電和表面局部放電現(xiàn)象。電氣設(shè)備放電過程中，電暈和局部放電部位將 向外輻射大量紫外線，這樣，便可以利用電暈放電和局部放電的產(chǎn)生和增強(qiáng)來間接評(píng)估運(yùn) 行設(shè)備的絕緣狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣設(shè)備的缺陷。
[0003] 另一方面，由于大氣對(duì)日盲紫外波段衰減強(qiáng)烈，信號(hào)微弱，要進(jìn)行有效的信號(hào)探 測，紫外成像器件增益必須較高，因此紫外相機(jī)有獨(dú)特的噪聲特點(diǎn)，且紫外相機(jī)有時(shí)會(huì)工作 在光子計(jì)數(shù)模式，因此在紫外相機(jī)中需要專門研制針對(duì)紫外相機(jī)的算法模塊。本發(fā)明就是 在紫外相機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種連通域標(biāo)記的紫外單光子計(jì)數(shù)方法。因?yàn)樵趩喂庾忧闆r 下，光子極其微弱，熒光屏上顯示的的已不是連續(xù)的圖像，而是一個(gè)個(gè)的單光子點(diǎn)，每個(gè)亮 點(diǎn)記作一個(gè)光子事件，統(tǒng)計(jì)連通域的數(shù)量，就可以實(shí)現(xiàn)光子的計(jì)數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種連通域標(biāo)記的紫外單光子計(jì)數(shù)的方法，該方法可以基 于FPGA開發(fā)平臺(tái)上實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，且占用較少的資源、易于硬件實(shí)現(xiàn)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。
[0005] -種連通域標(biāo)記的紫外單光子計(jì)數(shù)的方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1，通過比較得到暗環(huán)境輸出圖像像素灰度的最大值，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定閾 值；
[0007] 步驟2,基于閾值對(duì)有光照情況下日盲紫外圖像像素的灰度進(jìn)行二值化處理；
[0008] 步驟3，對(duì)二值化圖像進(jìn)行第一次標(biāo)記并儲(chǔ)存；
[0009] 步驟4,對(duì)輸出的二值化圖像進(jìn)行第二次反方向標(biāo)記并儲(chǔ)存；
[0010] 步驟5,通過依次讀取標(biāo)記值進(jìn)行連通域的統(tǒng)計(jì)；
[0011] 步驟6,進(jìn)行下一幀圖像的更新。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)可以實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)視頻中每一幀中連通 域的數(shù)量，適用于日盲紫外相機(jī)光子計(jì)數(shù)；（2)所用的硬件資源少，只用到了一片外部存儲(chǔ) 芯片SRAM，算法簡單，易于FPGA硬件實(shí)現(xiàn)。
[0013] 下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖。
[0015]圖2為本發(fā)明10X10像素陣列上顯示的光子示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明步驟2的;^意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明步驟3的;^意圖。
[0018]圖5為本發(fā)明步驟4的;^意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 步驟1，通過比較得到暗環(huán)境輸出圖像像素灰度的最大值，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定閾值 &thr ；
[0020] 步驟2,基于第一步得到的閾值athr對(duì)有光照情況下日盲紫外圖像像素的灰度進(jìn)行 二值化處理；
[0021] 步驟3,對(duì)二值化圖像進(jìn)行第一次標(biāo)記，并輸入外部存儲(chǔ)芯片中；
[0022] 步驟4,對(duì)二值化圖像進(jìn)行第二次反方向標(biāo)記，并存儲(chǔ)進(jìn)外部存儲(chǔ)器；
[0023] 步驟5,通過依次讀出外部存儲(chǔ)器中的標(biāo)記值進(jìn)行連通域的統(tǒng)計(jì)；
[0024]步驟6,進(jìn)行下一幀圖像的更新。
[0025] 具體地
[0026] 對(duì)于步驟1，通過逐個(gè)比較暗環(huán)境中輸出像素灰度值，得到灰度的最大值amax，并在 此基礎(chǔ)上設(shè)定閾值athr。設(shè)圖像像素灰度值為ao，ai, . . .aN-i，N為一幀圖像總的像素?cái)?shù)，則所 有像素灰度值數(shù)據(jù)的最大值為：
[0027] Elmax - {ao，ai，? ? ? EIN-1}
[0028] 設(shè)定的閾值為：
[0029] athr = amax+10〇
[0030] 對(duì)于步驟2,依據(jù)在暗環(huán)境中得到的閾值athr對(duì)當(dāng)前輸入的像素灰度值進(jìn)行二值化 處理，大于閾值athi?的像素灰度值為255，小于閾值athr的像素灰度值設(shè)定為0:
[0032]對(duì)于步驟3,記lable(c，r)是坐標(biāo)為第c列、第r行對(duì)應(yīng)的像素灰度值第一次標(biāo)記所 得的標(biāo)記值，記lab 1 e為當(dāng)前標(biāo)記的最大值，標(biāo)記方式如下：
[0033] (1)若的二值化像素灰度值為0，則標(biāo)記為0;
[0034] (2)若二值化像素灰度值為255,則對(duì)于標(biāo)記過的lable(C-l， r)，lable(C，r-l)，存 在
[0035] A、lable(c_l，r)和lable(c，r-l)都為0時(shí)，lable(c，r) = lable+1，
[0036] B、lable(c_l，r) >0且lable(c，r_l) =0時(shí)，lable(c，r) = lable(c_l，r)，
[0037] C、lable(c_l，r) =0且lable(c，r_l) >0時(shí)，lable(c，r) = lable(c，r_l)，
[0038] D、lable(c_l，:r) >0且lable(c，r_l) >0時(shí)，
[0039] 若lable(c_l，r)>lable(c，r_l)時(shí)，lable(c，r) = lable(c，r_l)，
[0040] 若lable(c_l，r) <lable(c，r_l)時(shí)，lable(c，r) = lable(c_l，r) 〇
[0042]對(duì)于步驟4,記lable2(c，r)為坐標(biāo)為第c列、第r行對(duì)應(yīng)的像素灰度值第二次反方 向標(biāo)記的灰度值，標(biāo)記方式如下：
[0043] (1)若二值化像素灰度值為0，則標(biāo)記為0;
[0044] (2)若二值化像素灰度值為255,則對(duì)于標(biāo)記過的lable2(c+l，r)，lable2(c，r_l)， 存在
[0045] E、lable2(c+l，r)和lable2(c，r_l)都為0時(shí)，lable2(c，r) = lable(c，r)，
[0046] F、lable2(c+l，r) = 0且lable2(c，r_l) >0時(shí)，lable2(c，r) = lable(c，r_l)，
[0047] G、lable2(c+l，r) >0且lable2(c，r_l) = 0時(shí)，lable2(c，r) = lable2(c+l，r)，
[0048] H、lable2(c+l，:r) >0且lable2(c，r_l) >0時(shí)，
[0049] 若lable2(c+l，r)>lable2(c，r_l)時(shí)，lable2(c，r) = lable2(c，r_l)，
[0050] 若lable2(c+l，r) <lable2(c，r_l)時(shí)，lable2(c，r) = lable2(c+l，r)。
[0052] 對(duì)于步驟3和步驟4,兩次標(biāo)記的不同點(diǎn)如下：
[0053] (1)第一次標(biāo)記是基于二值化后，上一行和本行第一標(biāo)記標(biāo)記后的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記 此點(diǎn)；第二次標(biāo)記是基于第一次標(biāo)記，上一行和本行第二次標(biāo)記值標(biāo)記此點(diǎn)，顯示在公式上 就是a(c，r)>0和lablel(c，r)>0的不同，其中，a(c，r)是二值化后的數(shù)據(jù)，只能取0和255， 而lablel(c，r)可以取大于或等于的零的任意整數(shù)
[0054] (2)第一次和第二次標(biāo)記取坐標(biāo)的順序不同，第一次是從左向右，從上到下；第二 次是從右向左，從上到下，反映在公示中時(shí)第一次標(biāo)記坐標(biāo)(c，r)，要基于( C-l.r)，（C.r-l) 坐標(biāo)的標(biāo)記值，第二次標(biāo)記坐標(biāo)(c，r)，要基于(c+1. r)，（ c. r-1)坐標(biāo)的標(biāo)記值。
[0055] 對(duì)于步驟5,從外部存儲(chǔ)器順序讀出標(biāo)記后的值，統(tǒng)計(jì)其中不為零的個(gè)數(shù)。
[0056] lablemax(n) =max{ lable2( 1), lable2(2), . . . Iable2(n)}
[0058]經(jīng)過倆次標(biāo)記后，在統(tǒng)計(jì)的過程中，要找出其中不等于0的標(biāo)記值的不同數(shù)值的個(gè) 數(shù)，標(biāo)記的值和SRAM存儲(chǔ)地址呈正相關(guān)。按順序讀出SRAM中的數(shù)據(jù)，如果當(dāng)前SRAM的讀出地 址為n，其標(biāo)記值大于前面所有點(diǎn)的最大值時(shí)，即可以表示成lable max(n)，則連通區(qū)域a(_t) 加1。其中l(wèi)able2(n)為第二次標(biāo)記后，儲(chǔ)存在地址為n的標(biāo)記的值，lable max(n)為前n個(gè)標(biāo)記 的值的最大值。a_nt(n+l)為統(tǒng)計(jì)到地址為n時(shí)連通域的個(gè)數(shù)。
[0059]對(duì)于步驟6,更新外部存儲(chǔ)器中圖像的像素值。為了提高實(shí)行性，對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化， 在存儲(chǔ)的同時(shí)進(jìn)行二值化處理以及第一次的的像素灰度值的標(biāo)記。
[0060] 實(shí)施例
[0061] 在本實(shí)施例中，首先在暗環(huán)境中比較像素灰度值，從而得到一幀圖像的最大值，在 此基礎(chǔ)上得到二值化圖像的閾值。比如一幀圖像的分辨率是720X576,遮擋紫外像增強(qiáng)器 鏡頭，逐個(gè)比較得到一幀圖像中像素最大的灰度值a max，再次基礎(chǔ)上設(shè)定二值化圖像的閾值 為
[0062] clthr - ￡tmax+10
[0063] 其次，如圖3所示，對(duì)輸出日盲單光子紫外圖像進(jìn)行二值化處理，如圖2所示，大于 其閾值的灰度值記為255，小于閾值的灰度值記作0，與此同時(shí)存儲(chǔ)進(jìn)入外部存儲(chǔ)器SRAM中， 其中圓點(diǎn)表示亮點(diǎn)，其他為黑點(diǎn)。。
[0064]接著，如圖4所示，進(jìn)行第一次標(biāo)記。因?yàn)轱@示的PAL制圖像分辨率為720X576,從 外部存儲(chǔ)器SRAM中按地址順序?yàn)?，1，2,3，..，414719不斷的順序讀出，設(shè)要標(biāo)記的像素位 置坐標(biāo)為(r，c)，即cRr列時(shí)，當(dāng)此點(diǎn)經(jīng)二值化處理后的值為255時(shí)，要和(r-l， C)，（r，C-l) 標(biāo)記過的值進(jìn)行比較，若兩標(biāo)記的值都為0,標(biāo)記值加一賦給此點(diǎn)，若要比較的兩個(gè)標(biāo)記值 中一個(gè)等于〇，一個(gè)大于〇，那么把大于零的標(biāo)記值賦予此點(diǎn);若二者的標(biāo)記值都大于〇，那么 對(duì)二者進(jìn)行比較，把較小的一個(gè)標(biāo)記值賦給此點(diǎn)；若此點(diǎn)經(jīng)二值化處理后的值等于〇是，那 么此點(diǎn)的標(biāo)記值仍為零。
[0065]然后，如圖5所示，進(jìn)行第二次標(biāo)記，標(biāo)記順序?yàn)槊啃袕挠蚁蜃?，本發(fā)明顯示的圖像 分辨率為720 X 576即外部存儲(chǔ)器SRAM地址的讀出順序?yàn)椋?br>[0066] 719,718,...，0;1439，1438,...，720;...;414719,414718,...，414000
[0067] 設(shè)要標(biāo)記的像素位置坐標(biāo)為(r，c)，即cRr列時(shí)，當(dāng)此點(diǎn)經(jīng)第一次標(biāo)記后的標(biāo)記值 大于〇時(shí)，要和&+1，(3)，（^(：-1)二次標(biāo)記過的值進(jìn)行比較，若兩標(biāo)記的值都等于0，把第一 次的標(biāo)記值賦給此點(diǎn)，若要比較的兩個(gè)標(biāo)記值中一個(gè)為等于〇,一個(gè)大于〇,那么把大于零的 標(biāo)記值賦予此點(diǎn)；若二者的標(biāo)記值都大于0,那么對(duì)二者進(jìn)行比較，把較小的一個(gè)標(biāo)記值賦 給此點(diǎn)；當(dāng)此點(diǎn)經(jīng)第一次標(biāo)記后的標(biāo)記值大于0時(shí)，那么此點(diǎn)第二次標(biāo)記值仍為零。
[0068] 隨后，對(duì)第二次標(biāo)記后的陣列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)出其中不為零的標(biāo)記值的種類的個(gè) 數(shù)，即為單光子的數(shù)量。
[0069]最后，更新外部存儲(chǔ)器中圖像的像素值。為了提高實(shí)行性，對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化，在存 儲(chǔ)的同時(shí)進(jìn)行二值化處理以及第一次的的像素灰度值的標(biāo)記。
[0070]最終統(tǒng)計(jì)了 {1，2,3,5,6,9,10,11，12,13,14,15,16,18,19,20}共 17個(gè)連通域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種連通域標(biāo)記的紫外單光子計(jì)數(shù)的方法，其特征在于，對(duì)于每一幀圖像，進(jìn)行以下 操作： 步驟1，通過比較得到暗環(huán)境輸出圖像像素灰度的最大值，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定閾值； 步驟2,基于閾值對(duì)有光照情況下日盲紫外圖像像素的灰度進(jìn)行二值化處理； 步驟3，對(duì)二值化圖像進(jìn)行第一次標(biāo)記并儲(chǔ)存； 步驟4,對(duì)二值化圖像進(jìn)行第二次反方向標(biāo)記并儲(chǔ)存； 步驟5，通過依次讀取標(biāo)記值進(jìn)行連通域的統(tǒng)計(jì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1中的閾值athr = amax+10，其中amax 為通過逐個(gè)比較暗環(huán)境中輸出像素灰度值，得到灰度的最大值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中大于閾值athr的像素灰度值為 255，小于閾值athr的像素灰度值設(shè)定為0。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟3中記lable(c，r)是坐標(biāo)為第c 列、第r行對(duì)應(yīng)的像素灰度值第一次標(biāo)記所得的標(biāo)記值，具體標(biāo)記過程如下： (1) 若的二值化像素灰度值為〇，則標(biāo)記為〇; (2) 若二值化像素灰度值為255,則對(duì)于標(biāo)記過的lable(c_l，r)，lable(c，r_l)，存在 A、 lable(c_l，r)和lable(c，r-l)都為0時(shí)，lable(c，r) = lable+l， B、 lable(c_l，r) >0且lable(c，r_l) = 0時(shí)，lable(c，r) = lable(c-l，r)， C、 lable(c_l，r) = 0且lable(c，r_l)>0時(shí)，lable(c，r) = lable(c，r-l)， D、 lable(c_l，:r) >0且lable(c，r_l) >0時(shí)， 若 lable(c-l，r)>lable(c，r-lMt，lable(c，;r) = lable(c，;r-l)， 若 lable(c-l，r)<lable(c，r-lMt，lable(c，;r) = lable(c-l，;r)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟4中記lable2(c，r)為坐標(biāo)為第c 列、第r行對(duì)應(yīng)的像素灰度值第二次反方向標(biāo)記的灰度值，具體標(biāo)記過程如下： (1) 若二值化像素灰度值為〇，則標(biāo)記為〇; (2) 若二值化像素灰度值為255,則對(duì)于標(biāo)記過的lable2(c+l，r)，lable2(c，r_l)，存在 E、 lable2(c+l，r)和lable2(c，r-l)都為0時(shí)，lable2(c，r) = lable(c，r)， F、 lable2(c+l，r) = 0且lable2(c，r_l)>0時(shí)，lable2(c，r) = lable(c，r-l)， G、 lable2(c+l，r) >0且lable2(c，r_l) = 0時(shí)，Iable2(c，r) = lable2(c+l，r)， H、 lable2(c+l，:r) >0且lable2(c，r_l) >0時(shí)， 若 lable2(c+l，r)>lable2(c，r-lMt，lable2(c，;r) = lable2(c，;r-l)， 若 lable2(c+l，r)<lable2(c，r-lMt，lable2(c，;r) = lable2(c+l，;r)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5通過統(tǒng)計(jì)兩次標(biāo)記值中不為0的 個(gè)數(shù)a count (n+l)， lablemax(n) =max{lable2( 1 )，lable2(2),…lable2(n)}其中，lable2(n)為第二次標(biāo)記后，儲(chǔ)存在外部存儲(chǔ)器SRAM地址為n的標(biāo)記值，lablemax (n)為前n個(gè)標(biāo)記的值的最大值。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK106054038SQ201610502584
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】錢蕓生, 周曉瑜, 胡曉明, 王巖, 呂揚(yáng), 王逸倫, 林宇軒, 楊穎 , 郝其琛, 葉瓊, 徐華, 張瑜, 錢鑫, 黃賢斌, 范夢萍, 吳宇婧
【申請人】南京理工大學(xué)