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学位论文-—图像边缘检测程序设计.doc

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学位论文-—图像边缘检测程序设计.doc

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2012 年秋季学期

图像处理综合训练

题目：图像边缘检测程序设计

专业班级：

姓名：

学号：

指导教师：

成绩：

摘要 ......................................................................................................1

一、前言 ....................................................................................................2

二、算法分析与描述 ................................................................................3

三、详细设计过程 ....................................................................................7

四、调试过程中出现的问题及相应解决办法 ......................................11

五、程序运行截图及其说明 ..................................................................12

六、简单操作手册 ..................................................................................15

设计总结 ..................................................................................................18

参考资料 ..................................................................................................19

致谢 ..........................................................................................................20

附录 ..........................................................................................................21

摘要

图像处理就是对图像信息加工以满足人的视觉心理或应用需求的方法。图像处

理方法有光学方法和电子学方法。数字图像处理是利用数字计算机或其它的硬件

设备对图像信息转换而得到的电信号进行某些数学处理以提高图像的实用性。

边缘检测是目前图像分析领域中的基础技术，也是数字图像处理中的一项重要

内容。它利用图像一阶倒数的极值或二阶倒数的过零点信息来提取边缘。本文对

图像边缘检测的几种经典算法包括一阶微分的 Sobel 算子、Robert 算子、

Priwitt 算子，二阶微分 laplacian 算子及 Canny 算子。通过实例图像对不同边

缘检测算法的效果进行分析，比较了不同算法的特点和适用范围。

关键词：图像处理；边缘检测；一阶微分；二阶微分

一、前言

在实际图像边缘检测问题中图像的边缘作为图像的一种基本特征经常被应用

到较高层次的图像应用中去。它在图像识别图像分割图像增强以及图像压缩等的

领域中有较为广泛的应用也是它们的基础。

图像边缘是图像最基本的特征之一往往携带着一幅图像的大部分信息。而边缘

存在于图像的不规则结构和不平稳现象中也即存在于信号的突变点处这些点给

出了图像轮廓的位置。这些轮廓常常是我们在图像边缘检测时所需要的非常重要

的一些特征条件这就需要我们对一幅图像检测并提取出它的边缘。边缘是以图像

的局部特征不连续的形式出现的，也就是指图像局部亮度变化最显著的部分，同

时边缘也是不同区域的分界处。

边缘检测是图像特征提取的重要技术之一，边缘常常意味着一个区域的终结

和另一个区域的开始。图像的边缘包含了物体形状的重要信息,它不仅在分析图

像时大幅度地减少了要处理的信息量,而且还保护了目标的边界结构，它对于我

们进行高层次的特征描述、识别和理解等有着重大的影响。又由于边缘检测是图

像分割、目标区域的识别、区域形状提取等图像分析领域十分重要的基础，是图

像识别中提取图像特征的一个重要属性。图像理解和分析的第一步往往就是边缘

检测。在工程应用中占有十分重要的地位，所以人们一直在致力于研究和解决如

何构造出具有良好性质及好的效果的边缘检测算子的问题。

本次的目的是从理论上对几种经典的边缘检测算法（Sobel 算子、Robert 算子、

Priwitt 算子、laplacian 算子及 Canny 算子）进行分析，并用实现这些算法。

最后，通过实例图像对不同边缘检测算法的效果进行分析，找出各种算法的适用

范围。

二、算法分析与描述

2.1 基于一阶微分的边缘的检测

1、Sobel 算子

Sobel 算子和P rew it t 算子都是一阶的微分算子,都是先对图像进行平

滑处理, 虽然两者都是加权平均滤波, 但是前者邻域的像素对当前像素产生的影

响不是等价的, 距离不同的像素具有不同的权值, 对算子结果产生的影响也不同。

这两种算子对噪声都有一定的抑制作用, 但不能完全排除检测结果中出现虚假边

缘的情况。这两者对灰度渐变低噪声的图像有较好的检测效果, 但是对于混合多

复杂噪声的图像处理效果就不理想了。

正如前面所讲，采用

33�

邻域可以避免在像素之间内插点上计算梯度．考虑

一下上图中所示的点

[ , ]i j

周围点的排列．Sobel 算子也是一种梯度幅值，

M s s

x y

� �

2 2

(1．1)

其中的偏导数用下式计算：

)()(

456210

670432

acaaacaas

��

(1．2)

其中常数

2�c

和其他的梯度算子一样，

和

可用卷积模板来实现，如图 1.1 所示：

101

202

101

�

121

000

121

��

�

图 1．1

请注意这一算子把重点放在接近于模板中心的像素点．Sobel 算子是边缘检测器

中最常用的算子之一．

456

210

],[

aaa

ajia

aaa

（图 1．2）

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