一种连通域标记的紫外单光子计数的方法
【专利摘要】本发明提供一种连通域标记的紫外单光子计数的方法，对于每一帧图像，进行以下操作：通过比较得到暗环境输出图像像素灰度的最大值，并在此基础上设定阈值；基于阈值对有光照情况下日盲紫外图像像素的灰度进行二值化处理；对二值化图像进行第一次标记并储存；对二值化图像进行第二次反方向标记并储存；通过依次读取标记值进行连通域的统计。本方法可以基于FPGA开发平台上实时实现，且占用较少的资源、易于硬件实现、实时性强、计数准确。
【专利说明】
一种连通域标记的紫外单光子计数的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种紫外日盲电晕检测技术，特别是一种连通域标记的紫外单光子计 数的方法。
【背景技术】
[0002] 随着电网规模的不断扩大、电力负荷要求的不断提高，电力系统中使用的各种类 型的高压设备的损坏、故障也不断增加，相应地，对预防性维护的要求也不断提高。输电线 路和变电站电气设备在大气环境下工作，在某些情况下，随着绝缘性能的降低、结构缺陷的 出现，会产生电晕放电和表面局部放电现象。电气设备放电过程中，电晕和局部放电部位将 向外辐射大量紫外线，这样，便可以利用电晕放电和局部放电的产生和增强来间接评估运 行设备的绝缘状况，及时发现绝缘设备的缺陷。
[0003] 另一方面，由于大气对日盲紫外波段衰减强烈，信号微弱，要进行有效的信号探 测，紫外成像器件增益必须较高，因此紫外相机有独特的噪声特点，且紫外相机有时会工作 在光子计数模式，因此在紫外相机中需要专门研制针对紫外相机的算法模块。本发明就是 在紫外相机的基础上设计了一种连通域标记的紫外单光子计数方法。因为在单光子情况 下，光子极其微弱，荧光屏上显示的的已不是连续的图像，而是一个个的单光子点，每个亮 点记作一个光子事件，统计连通域的数量，就可以实现光子的计数。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种连通域标记的紫外单光子计数的方法，该方法可以基 于FPGA开发平台上实时实现，且占用较少的资源、易于硬件实现、实时性强、计数准确。
[0005] -种连通域标记的紫外单光子计数的方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1，通过比较得到暗环境输出图像像素灰度的最大值，并在此基础上设定阈 值；
[0007] 步骤2,基于阈值对有光照情况下日盲紫外图像像素的灰度进行二值化处理；
[0008] 步骤3，对二值化图像进行第一次标记并储存；
[0009] 步骤4,对输出的二值化图像进行第二次反方向标记并储存；
[0010] 步骤5,通过依次读取标记值进行连通域的统计；
[0011] 步骤6,进行下一帧图像的更新。
[0012] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1)可以实时的统计视频中每一帧中连通 域的数量，适用于日盲紫外相机光子计数；（2)所用的硬件资源少，只用到了一片外部存储 芯片SRAM，算法简单，易于FPGA硬件实现。
[0013] 下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的方法流程图。
[0015]图2为本发明10X10像素阵列上显示的光子示意图。
[0016]图3为本发明步骤2的;^意图。
[0017]图4为本发明步骤3的;^意图。
[0018]图5为本发明步骤4的;^意图。
【具体实施方式】
[0019] 步骤1，通过比较得到暗环境输出图像像素灰度的最大值，并在此基础上设定阈值 &thr ；
[0020] 步骤2,基于第一步得到的阈值athr对有光照情况下日盲紫外图像像素的灰度进行 二值化处理；
[0021] 步骤3,对二值化图像进行第一次标记，并输入外部存储芯片中；
[0022] 步骤4,对二值化图像进行第二次反方向标记，并存储进外部存储器；
[0023] 步骤5,通过依次读出外部存储器中的标记值进行连通域的统计；
[0024]步骤6,进行下一帧图像的更新。
[0025] 具体地
[0026] 对于步骤1，通过逐个比较暗环境中输出像素灰度值，得到灰度的最大值amax，并在 此基础上设定阈值athr。设图像像素灰度值为ao，ai, . . .aN-i，N为一帧图像总的像素数，则所 有像素灰度值数据的最大值为：
[0027] Elmax - {ao，ai，? ? ? EIN-1}
[0028] 设定的阈值为：
[0029] athr = amax+10〇
[0030] 对于步骤2,依据在暗环境中得到的阈值athr对当前输入的像素灰度值进行二值化 处理，大于阈值athi?的像素灰度值为255，小于阈值athr的像素灰度值设定为0:
[0032]对于步骤3,记lable(c，r)是坐标为第c列、第r行对应的像素灰度值第一次标记所 得的标记值，记lab 1 e为当前标记的最大值，标记方式如下：
[0033] (1)若的二值化像素灰度值为0，则标记为0;
[0034] (2)若二值化像素灰度值为255,则对于标记过的lable(C-l， r)，lable(C，r-l)，存 在
[0035] A、lable(c_l，r)和lable(c，r-l)都为0时，lable(c，r) = lable+1，
[0036] B、lable(c_l，r) >0且lable(c，r_l) =0时，lable(c，r) = lable(c_l，r)，
[0037] C、lable(c_l，r) =0且lable(c，r_l) >0时，lable(c，r) = lable(c，r_l)，
[0038] D、lable(c_l，:r) >0且lable(c，r_l) >0时，
[0039] 若lable(c_l，r)>lable(c，r_l)时，lable(c，r) = lable(c，r_l)，
[0040] 若lable(c_l，r) <lable(c，r_l)时，lable(c，r) = lable(c_l，r) 〇
[0042]对于步骤4,记lable2(c，r)为坐标为第c列、第r行对应的像素灰度值第二次反方 向标记的灰度值，标记方式如下：
[0043] (1)若二值化像素灰度值为0，则标记为0;
[0044] (2)若二值化像素灰度值为255,则对于标记过的lable2(c+l，r)，lable2(c，r_l)， 存在
[0045] E、lable2(c+l，r)和lable2(c，r_l)都为0时，lable2(c，r) = lable(c，r)，
[0046] F、lable2(c+l，r) = 0且lable2(c，r_l) >0时，lable2(c，r) = lable(c，r_l)，
[0047] G、lable2(c+l，r) >0且lable2(c，r_l) = 0时，lable2(c，r) = lable2(c+l，r)，
[0048] H、lable2(c+l，:r) >0且lable2(c，r_l) >0时，
[0049] 若lable2(c+l，r)>lable2(c，r_l)时，lable2(c，r) = lable2(c，r_l)，
[0050] 若lable2(c+l，r) <lable2(c，r_l)时，lable2(c，r) = lable2(c+l，r)。
[0052] 对于步骤3和步骤4,两次标记的不同点如下：
[0053] (1)第一次标记是基于二值化后，上一行和本行第一标记标记后的数据进行标记 此点；第二次标记是基于第一次标记，上一行和本行第二次标记值标记此点，显示在公式上 就是a(c，r)>0和lablel(c，r)>0的不同，其中，a(c，r)是二值化后的数据，只能取0和255， 而lablel(c，r)可以取大于或等于的零的任意整数
[0054] (2)第一次和第二次标记取坐标的顺序不同，第一次是从左向右，从上到下；第二 次是从右向左，从上到下，反映在公示中时第一次标记坐标(c，r)，要基于( C-l.r)，（C.r-l) 坐标的标记值，第二次标记坐标(c，r)，要基于(c+1. r)，（ c. r-1)坐标的标记值。
[0055] 对于步骤5,从外部存储器顺序读出标记后的值，统计其中不为零的个数。
[0056] lablemax(n) =max{ lable2( 1), lable2(2), . . . Iable2(n)}
[0058]经过俩次标记后，在统计的过程中，要找出其中不等于0的标记值的不同数值的个 数，标记的值和SRAM存储地址呈正相关。按顺序读出SRAM中的数据，如果当前SRAM的读出地 址为n，其标记值大于前面所有点的最大值时，即可以表示成lable max(n)，则连通区域a(_t) 加1。其中lable2(n)为第二次标记后，储存在地址为n的标记的值，lable max(n)为前n个标记 的值的最大值。a_nt(n+l)为统计到地址为n时连通域的个数。
[0059]对于步骤6,更新外部存储器中图像的像素值。为了提高实行性，对算法进行优化， 在存储的同时进行二值化处理以及第一次的的像素灰度值的标记。
[0060] 实施例
[0061] 在本实施例中，首先在暗环境中比较像素灰度值，从而得到一帧图像的最大值，在 此基础上得到二值化图像的阈值。比如一帧图像的分辨率是720X576,遮挡紫外像增强器 镜头，逐个比较得到一帧图像中像素最大的灰度值a max，再次基础上设定二值化图像的阈值 为
[0062] clthr - ￡tmax+10
[0063] 其次，如图3所示，对输出日盲单光子紫外图像进行二值化处理，如图2所示，大于 其阈值的灰度值记为255，小于阈值的灰度值记作0，与此同时存储进入外部存储器SRAM中， 其中圆点表示亮点，其他为黑点。。
[0064]接着，如图4所示，进行第一次标记。因为显示的PAL制图像分辨率为720X576,从 外部存储器SRAM中按地址顺序为0，1，2,3，..，414719不断的顺序读出，设要标记的像素位 置坐标为(r，c)，即cRr列时，当此点经二值化处理后的值为255时，要和(r-l， C)，（r，C-l) 标记过的值进行比较，若两标记的值都为0,标记值加一赋给此点，若要比较的两个标记值 中一个等于〇，一个大于〇，那么把大于零的标记值赋予此点;若二者的标记值都大于〇，那么 对二者进行比较，把较小的一个标记值赋给此点；若此点经二值化处理后的值等于〇是，那 么此点的标记值仍为零。
[0065]然后，如图5所示，进行第二次标记，标记顺序为每行从右向左，本发明显示的图像 分辨率为720 X 576即外部存储器SRAM地址的读出顺序为；
[0066] 719,718,...，0;1439，1438,...，720;...;414719,414718,...，414000
[0067] 设要标记的像素位置坐标为(r，c)，即cRr列时，当此点经第一次标记后的标记值 大于〇时，要和&+1，(3)，（^(：-1)二次标记过的值进行比较，若两标记的值都等于0，把第一 次的标记值赋给此点，若要比较的两个标记值中一个为等于〇,一个大于〇,那么把大于零的 标记值赋予此点；若二者的标记值都大于0,那么对二者进行比较，把较小的一个标记值赋 给此点；当此点经第一次标记后的标记值大于0时，那么此点第二次标记值仍为零。
[0068] 随后，对第二次标记后的阵列进行统计，统计出其中不为零的标记值的种类的个 数，即为单光子的数量。
[0069]最后，更新外部存储器中图像的像素值。为了提高实行性，对算法进行优化，在存 储的同时进行二值化处理以及第一次的的像素灰度值的标记。
[0070]最终统计了 {1，2,3,5,6,9,10,11，12,13,14,15,16,18,19,20}共 17个连通域。
【主权项】
1. 一种连通域标记的紫外单光子计数的方法，其特征在于，对于每一帧图像，进行以下 操作： 步骤1，通过比较得到暗环境输出图像像素灰度的最大值，并在此基础上设定阈值； 步骤2,基于阈值对有光照情况下日盲紫外图像像素的灰度进行二值化处理； 步骤3，对二值化图像进行第一次标记并储存； 步骤4,对二值化图像进行第二次反方向标记并储存； 步骤5，通过依次读取标记值进行连通域的统计。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的阈值athr = amax+10，其中amax 为通过逐个比较暗环境中输出像素灰度值，得到灰度的最大值。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中大于阈值athr的像素灰度值为 255，小于阈值athr的像素灰度值设定为0。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤3中记lable(c，r)是坐标为第c 列、第r行对应的像素灰度值第一次标记所得的标记值，具体标记过程如下： (1) 若的二值化像素灰度值为〇，则标记为〇; (2) 若二值化像素灰度值为255,则对于标记过的lable(c_l，r)，lable(c，r_l)，存在 A、 lable(c_l，r)和lable(c，r-l)都为0时，lable(c，r) = lable+l， B、 lable(c_l，r) >0且lable(c，r_l) = 0时，lable(c，r) = lable(c-l，r)， C、 lable(c_l，r) = 0且lable(c，r_l)>0时，lable(c，r) = lable(c，r-l)， D、 lable(c_l，:r) >0且lable(c，r_l) >0时， 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. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤4中记lable2(c，r)为坐标为第c 列、第r行对应的像素灰度值第二次反方向标记的灰度值，具体标记过程如下： (1) 若二值化像素灰度值为〇，则标记为〇; (2) 若二值化像素灰度值为255,则对于标记过的lable2(c+l，r)，lable2(c，r_l)，存在 E、 lable2(c+l，r)和lable2(c，r-l)都为0时，lable2(c，r) = lable(c，r)， F、 lable2(c+l，r) = 0且lable2(c，r_l)>0时，lable2(c，r) = lable(c，r-l)， G、 lable2(c+l，r) >0且lable2(c，r_l) = 0时，Iable2(c，r) = lable2(c+l，r)， H、 lable2(c+l，:r) >0且lable2(c，r_l) >0时， 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. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5通过统计两次标记值中不为0的 个数a count (n+l)， lablemax(n) =max{lable2( 1 )，lable2(2),…lable2(n)}其中，lable2(n)为第二次标记后，储存在外部存储器SRAM地址为n的标记值，lablemax (n)为前n个标记的值的最大值。
【文档编号】G01R31/12GK106054038SQ201610502584
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】钱芸生, 周晓瑜, 胡晓明, 王岩, 吕扬, 王逸伦, 林宇轩, 杨颖 , 郝其琛, 叶琼, 徐华, 张瑜, 钱鑫, 黄贤斌, 范梦萍, 吴宇婧
【申请人】南京理工大学