基于直方圖均衡化的徑賽圖像增強(qiáng)技術(shù)研究

盧步濤 洪慶達(dá) 陳旭文 鄭順新

摘 要：受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，難以獲取清晰的徑賽比賽圖像，影響比賽結(jié)果的判決。分析了數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)的基本原理，重點(diǎn)對(duì)直方圖均衡化技術(shù)進(jìn)行研究，并應(yīng)用其對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，利用matlab工具進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明，直方圖均衡化技術(shù)有效改善圖像對(duì)比度，有利比賽結(jié)果判決。

關(guān)鍵詞：徑賽圖像;直方圖均衡化;圖像增強(qiáng);matlab中圖分類(lèi)號(hào)：TP37

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）04-51-03

引言

一直以來(lái)，受生理特點(diǎn)、比賽環(huán)境及比賽精度要求的影響，依靠肉眼判斷徑賽比賽結(jié)果的傳統(tǒng)方法受到極大爭(zhēng)議，難以滿(mǎn)足公平、公正的判決要求。隨著當(dāng)代科技的迅猛發(fā)展，日新月異的人工智能深刻改變著各種傳統(tǒng)習(xí)慣。近年，各類(lèi)大型體育賽事都引入自動(dòng)判決系統(tǒng)，基于機(jī)器視覺(jué)的智能設(shè)備為賽果判斷、爭(zhēng)議解決提供了極大幫助，但其高昂的價(jià)格成本難以得到普及應(yīng)用，不利于在各種小型賽事中推廣。研究新一代的徑賽判別系統(tǒng)對(duì)于競(jìng)技體育發(fā)展具有極大意義，也是市場(chǎng)發(fā)展的需要。

在各類(lèi)徑賽比賽中，起跑點(diǎn)、沖刺點(diǎn)、徑賽接力區(qū)等都是徑賽判決的關(guān)鍵區(qū)域。運(yùn)用CCD（電荷耦合器件）高速攝像設(shè)備實(shí)時(shí)采集、傳輸數(shù)據(jù)是比賽判決的基本也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。然而，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境多種因素（如陽(yáng)光、風(fēng)雨、霧霾、震動(dòng)等）影響，實(shí)時(shí)圖像在采集、傳輸、存儲(chǔ)、A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生一些信號(hào)噪聲，難以達(dá)到結(jié)果判決的標(biāo)準(zhǔn)。在將判決數(shù)據(jù)交付給裁判前，抑制、消除噪聲，提取高質(zhì)量的圖像是所有判決系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)——圖像增強(qiáng)成為數(shù)字圖像處理中非常重要的組成部分。本文將基于直方圖均衡化討論徑賽圖像數(shù)字處理技術(shù)，以便獲取最佳的比賽圖像。

1 直方圖均衡化

1.1 圖像增強(qiáng)技術(shù)概述

圖像增強(qiáng)技術(shù)有兩種類(lèi)型：頻域處理法和空間域處理法。^[1]頻域處理法以圖像二維傅里葉變換理論以及快速實(shí)現(xiàn)算法為基礎(chǔ)，根據(jù)噪聲一般分布在高頻譜段的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)具有低通特性的濾波器系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行處理。頻域處理法首先把圖像進(jìn)行傅里葉變換到變換域，在變換域中對(duì)圖像的變換系數(shù)進(jìn)行處理（濾波），然后通過(guò)反變換把處理結(jié)果返回到空間域，獲得濾波后的圖像?？臻g域處理法則直接對(duì)圖像平面（空間域）中的像素點(diǎn)進(jìn)行處理，通過(guò)變換灰度值來(lái)增強(qiáng)構(gòu)成圖像的像素。由于頻域法采用全局處理方式，且需要進(jìn)行域的變換與反變換，操作比較費(fèi)時(shí)，而空間域法僅僅進(jìn)行局部處理，且可以使用計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單的模板卷積操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，兩者相比，空間域法具有運(yùn)算量少，算法簡(jiǎn)單，增強(qiáng)效果好等優(yōu)勢(shì)。本文主要討論空間域處理法中比較突出的直方圖均衡化數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)。

衡化處理后的輸出圖像見(jiàn)圖3，很明顯該圖像的對(duì)比度提高、清晰度增強(qiáng)。圖4處理后的圖像直方圖比較均勻分布在灰度范圍內(nèi)。實(shí)踐證明，直方圖均衡化能有效增強(qiáng)圖像，達(dá)到預(yù)期目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

分析了數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)，特別是圖像直方圖均衡化的算法原理，并通過(guò)MATLAB對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。結(jié)果證明，直方圖均衡化增加了圖像灰度級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍，大大提高圖像的亮度和對(duì)比度，突出圖像感興趣的細(xì)節(jié)，達(dá)到圖像增強(qiáng)的效果，為徑賽評(píng)判提供更有效的判決依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] [美]Rafael C.Gonzalez等著，阮秋琦等譯.數(shù)字圖像處理（第三版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014： 142-150.

[2] 胡曉軍，徐飛著.MATLAB應(yīng)用圖像處理（第二版）[M].北京：西安電子科技大學(xué)出版社，2011： 39-42.

[3] 李開(kāi)端，李樹(shù)軍.基于直方圖統(tǒng)計(jì)學(xué)的圖像增強(qiáng)算法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11（23）：5572-5575.

[4] 陳超等著.MATLAB應(yīng)用實(shí)例精講——圖像處理與GUI設(shè)計(jì)篇[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011： 93-99.

[5] 丁暢，董麗麗，許文海. “直方圖”均衡化圖像增強(qiáng)技術(shù)研究綜述[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2017，53（23）：12-17.