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VLIB 实验指导书
(EL-DM6437)
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目 录
前言
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1
实验一. Canny 算子
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2
实验二.哈夫直线检测
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10
实验三.膨胀与腐蚀
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17
实验四.联通区域标记
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23
实验五.色彩空间
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29
实验六.积分图像
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31
实验七.图像金字塔
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33
实验八.高斯和梯度金字塔
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36
实验九. IIR 滤波
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40
实验十.角点检测
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44
实验十一.非极大值抑制
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48
实验十二.光流法
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51
实验十三.勒让德矩
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58
实验十四. Nelder-Mead 单纯形算子
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63
实验十五.灰度直方图统计
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66
实验十六. L1 距离与 B 距离
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69
实验十七.卡尔曼滤波器
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72
实验十八.加权移动平均和加权移动方差
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77
实验十九.静态背景提取
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80
实验二十.高斯混合背景模型
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83
1
前言
如果一个孩子想搭积木,却两手空空的话,该如何开始呢?首先,当然是伐木、切削、
打磨并给加工后的木块刷漆制成积木,一切准备工作就绪,才能开始搭。和搭积木比起来,
前面的准备工作对一个孩子来讲实在太过艰难。 我想, 许多视频开发的初学者就像这个孩 子
一样, 尽管头脑中充满了各种各样新奇有趣的方法, 但在将这些方法诉诸实践的时候, 却 发
现基本算法的实现就像制作积木一样难以逾越。
好在 TI 扮演了积木制造厂的角色,它为我们提供的 VLIB 函数库中包括了 Canny 边缘
提取、 Hough 直线检测、 Harris 角点评分等多种基本算法的函数,大大缩短了开发者的工 作
时间。
笔者在得到 VLIB 函数库之后, 花了一个多月时间对其中的函数进行学习和验证, 并 且
把学习过程中的心得记录了下来,写成了这本小册子。
TI 提供了 VLIB 函数使用的示例,但这些示例严谨有余,灵活不足,读起来晦涩难懂
。
这本小册子的目的就是对 VLIB 说明文档和示例进行补充, 意图使读者以更简单的方式了 解
这些函数的使用,因此,请务必结合 VLIB 说明文档和 TI 的示例来阅读本册。并且,除非
特殊声明,当本册的内容和 VLIB 说明文档发生冲突时,请以 VLIB 说明文档为准。
VLIB 库中的许多函数,以图像处理方面的经典论文为基础。对于这些论文中的算法,
笔者没有详细描述, 而是力图提纲挈领, 给读者以宏观上的描述。 如果读者对其中细节的 地
方感兴趣,可以参考补充文档中的论文,也可以直接与我们联系。
VLIB 说明文档中有许多用法类似的函数,只是输入参数的类型不同,由于本册侧重 于
函数的使用方法和原理, 因此在对这些用法相似的函数进行说明时, 只选择其中之一。 读 者
可自行推演到同类型的其它函数。
本册的实验素材都放在 images 文件夹中, 请读者将 VLIB
VLIB
VLIB
VLIB 文档放在 D
D
D
D
盘的根目录下,
由于本册的实验从电脑中读取图像, 因此 VLIB 路径的更改会对程序造成影响。 读者也可 以
放在其他的位置, 但要修改程序中相应的文件路径。 如果在运行程序时出现 “ Please enter your
input ” 的提示,请检查文件路径的设置,另外,由于是从电脑中读入图像,有时读取速度
会很慢,请读者耐心等待。
笔者也是一名视频开发的初学者,因此文档中难免出现错误和疏漏,欢迎您提出宝贵
意见。 最后, 感谢您对这本小册子的关注, 也欢迎广大从事视频开发的同事和同学与我们 联
系和交流。
2
实验一. Canny
Canny
Canny
Canny 算子
一、实验目的
一、实验目的
一、实验目的
一、实验目的
1. 学习 Canny 算子滤波的基本原理;
2. 学习 VLIB 函数库中用于 Canny 滤波的函数的使用方法;
二、实验设备
二、实验设备
二、实验设备
二、实验设备
计算机, CCS3.3 版软件, EL_DM6437 实验平台, DSP 仿真器
三、实验原理
三、实验原理
三、实验原理
三、实验原理
图像的边缘检测算法中, 默认的算子是 Canny
算子。
Canny 算子在边缘检测与连接过 程
中都表现出很好的鲁棒性(健壮性) ,即使在含有噪声的图像中也是如此。
Canny 在 1986 年提出了这种边缘检测的方法,他考察了以往的边缘检测算子,进行了
归纳,得到了三条准则,这三条准则是:
好的检测: 算法能够尽可能多地标识出图像中的实际边缘。
好的定位: 标识出的边缘要与实际图像中的实际边缘尽可能接近。
最小响应: 图像中的边缘只能标识一次,并且可能存在的图像噪声不应标识为边缘。
有了这三个准则, 寻找最优滤波器的问题就转化成了泛函的约束优化问题。 Canny 利 用
变分法求出了这个带有约束的泛函最优化问题的解。 发现这个问题的解可以用高斯函数的 一
阶导数去逼近,在二维情形下,可以使用二维高斯函数的导数作为滤波器函数。
图像的边缘检测中, 抑制噪声与边缘精确定位是无法同时满足的, Canny 算子致力于 在
抗噪声和精确定位之间寻求最佳折衷方案。详细内容请参见补充文档中 Canny 在 1986 年 发
表的论文 Canny_A+Computational+Approach+to+Edge+Detection_P .pdf 。
Canny 算子检测图像边缘的步骤如下:
1.
1.
1.
1.
高斯图像平滑
高斯图像平滑意即使用高斯滤波器对图像进行滤波。 如果高斯滤波器为
,则
平
( )
yxH
,
滑后 。高斯函数形式如下:
( ) ( ) ( )
yxHyxfyxG
,,, ∗=
,其中 a , b , c 都为实数,且 a>0 。
( )
( )
2
2
c
bx
aexf
−
−
=
3
2.
2.
2.
2. 计算梯度幅值与方向
通过一个一阶差分卷积模板 求解出水平及垂直方向的梯
11
11
,
11
11
21
−
−
=
−−
=
HH
度 。接下来计算幅值和方向:
( ) ( )
yxyx
,,,
21
ϕϕ
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
yx
yx
yxyxyx
yxHyxfyxyxHyxfyx
,
,
tan,,,,
,,,,,,,
1
2
12
2
2
1
2211
ϕ
ϕ
θϕϕϕ
ϕϕ
ϕ
−
=+=
∗=∗=
3.
3.
3.
3. 非极大值抑制
为了得到确实的边缘,需要把矩阵中的局部梯度最大的点保留,抑制非极大值。
将方向离散为四个方向:水平、垂直、斜 45 ° 角。将这个点 M(x,y) 和沿着梯度线的两
个点 ( 同方向的两个点 ) 作比较, 如果点 M(x,y) 的梯度值不比这两个点的梯度值更大, 则
将 M(x,y) 设置为 0 ,否则为 1 。
4.
4.
4.
4.
滞后阈值算法 (
(
(
( 双阈值算法 )
)
)
)
对非极大值抑制后的图像进行滞后阈值操作,这包括两个阈值 —— 高阈值与低阈值,
这两个阈值的作用分别为连接和检测。第二个阈值的作用是尽可能的保证边缘的正确
无误,并不惜以某些边缘点损失为代价。第一个阈值的作用是尽可能的弥补第二个阈
值对实际边缘点的丢弃。
设两个阈值分别为 T1 , T2 , 2T1 ≈ T2 。 T1 处理后的图像设为图像 1 , T2 处理后的图 像
设为图像 2 。在图像 2 中把边缘连接成轮廓,当到达轮廓端点时,就在图像 1 的 8 邻 域
位置寻找可以连接到轮廓上的边缘,这样,算法不断地在图像 1 中寻找到满足条件的
边缘(该点处的值大于 T1 ) ,直到将图像 2 连接起来为止。
四、实验步骤和函数说明
四、实验步骤和函数说明
四、实验步骤和函数说明
四、实验步骤和函数说明
一、实验步骤
1. 连接好电脑和仿真器、 EL_DM6437 和仿真器;
2. 给仿真器和 EL_DM6437 上电,打开 CCS 并连接;
3. 打开 test01 Canny 文件夹里的工程文件 VLIB_testExamples.pjt ;
4. 下载程序 out 文件,如果没有就先编译一下 Project -》 Build (
) ;
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