基于Matlab的图像边缘检测算法的实现及应用

目录

摘要 ..................................................................................................................................... 1 引言 ..................................................................................................................................... 2 第一章绪论 ........................................................................................................................ 3

1.1 课程设计选题的背景及意义 ............................................................................. 3 1.2 图像边缘检测的发展现状 ................................................................................. 4 第二章边缘检测的基本原理 ........................................................................................... 5

2.1 基于一阶导数的边缘检测 ................................................................................. 8 2.2 基于二阶导的边缘检测 ..................................................................................... 9 第三章边缘检测算子 ..................................................................................................... 10

3.1 Canny算子.......................................................................................................... 10 3.2 Roberts梯度算子 ............................................................................................... 11 3.3 Prewitt算子 ........................................................................................................ 12 3.4 Sobel算子 ........................................................................................................... 13 3.5 Log算子 .............................................................................................................. 14 第四章 MATLAB简介 .................................................................................................. 15

4.1 基本功能 ............................................................................................................ 15 4.2 应用领域 ........................................................................................................... 16 第五章编程和调试 .......................................................................................................... 17

5.1 edge函数............................................................................................................. 17 5.2 边缘检测的编程实现 ....................................................................................... 17 第六章总结与体会 .......................................................................................................... 20 参考文献........................................................................................................................... 21

摘要

边缘是图像最基本的特征，包含图像中用于识别的有用信息，边 缘检测是数字图像处理中基础而又重要的内容。该课程设计具体考察 了 5种经典常用的边缘检测算子,并运用 Matlab进行图像处理结果比 较。梯度算子简单有效，LOG 算法和 Canny 边缘检测器能产生较细 的边缘。

边缘检测的目的是标识数字图像中灰度变化明显的点，而导函数 正好能反映图像灰度变化的显著程度，因而许多方法利用导数来检测 边缘。在分析其算法思想和流程的基础上，利用 MATLAB对这 5种 算法进行了仿真实验，分析了各自的性能和算法特点，比较边缘检测 效果并给出了各自的适用范围。

关键词：边缘检测；图像处理；MATLAB仿真

引言

边缘检测在图像处理系统中占有重要的作用，其效果直接影响着 后续图像处理效果的好坏。许多数字图像处理直接或间接地依靠边缘 检测算法的性能，并且在模式识别、机器人视觉、图像分割、特征提 取、图像压缩等方面都把边缘检测作为最基本的工具。但实际图像中 的边缘往往是各种类型的边缘以及它们模糊化后结果的组合，并且在 实际图像中存在着不同程度的噪声，各种类型的图像边缘检测算法不 断涌现。早在 1965 年就有人提出边缘检测算子，边缘检测的传统方 法包括 Kirsch，Prewitt，Sobel，Roberts，Robins，Mar-Hildreth 边缘 检测方法以及 Laplacian-Gaussian（LOG）算子方法和 Canny 最优算 子方法等。

本设计主要讨论其中 5种边缘检测算法。在图像处理的过程需要 大量的计算工作,我们利用MATLAB各种丰富的工具箱以及其强大的 计算功能可以更加方便有效的完成图像边缘的检测。并对这些方法进 行比较

第一章 绪论

1.1 课程设计选题的背景及意义

边缘是图像的最基本特征，它包含了用于识别的有用信息，为人 们描述或识别目标以及解释图像提供了一个重要的特征参数。物体的 边缘是以图像局部特性的不连续性为形式出现的。从本质上说，边缘 常常意味着一个区域的终结和另一个区域的开始，它普遍存在于目标 与背景、目标与目标、区域与区域、基元与基元之间，是图像分割所 依赖的重要特征，也是纹理特征的重要信息源和形状特征的基础。有 了图像边缘，我们就可以确定物体的几何尺寸并进一步对其测量，确 定物体在空间中的几何位置，确定物体的形状特征并对物体进行识 别。图像的边缘信息在图像分析和计算机视觉中都是十分重要的，是 图像识别中提取图像特征的一个重要属性。尽管边缘在数字图像处理 中的作用非常重要，但是到目前为止还没有关于边缘的精确且被广泛 承认的数学定义。这里将边缘定义为图像局部特性的不连续性，如灰 度的突变、颜色的突变、纹理结构的突变等。对于灰度图像，边缘是 指灰度的突变，是图像中灰度变化较剧烈的地方，也即我们通常所说 的信号发生奇异变化的地方。通常沿边缘走向的像素变化平缓，而垂 直于边缘走向的像素变化剧烈。图像的边缘有方向和幅度两个特性。 按照幅度的变化，边缘可粗略分为两种 :一种是阶跃型边缘，它两边 象素的灰度值有显著不同；另一种是屋顶状边缘，它位于灰度值从增