图像边缘检测器的设计与实现
基于C#的模板算子法数字图像边缘检测技术分析与实现
５ １０ ） ４０ ４
摘 要 ：边缘检测是图像处理中的重要 内容，边缘是图像中灰度值不连续或突变的结果。边缘检测的方法有很 多，本文仅 就典型的模板 算子法进行分析 并对原 Ｓｂｌ ｏｅ算子 、Ｐｅ ｉ 算子边缘检 测方向模板进行扩展 ，然后 用 ｃ ≠ ｒ ｔ ｗｔ ≠ 编程语 言实现这些算 法。 关键 词 ：边缘检 测 ；模板 算子 ；算 法扩展 ；ｃ≠ ≠
Ａｂｓｒ ｃ ： ｇ ｔ ｃｉｎ ｉ ｎ ｉ ｐ ｒａ ａｔ ｏ ｍ ａ ｅ ｐｒ ｃ ｓ ｉｇ， ｇ ａ ａｕｅ ｅ ｇｅ ｉ ｎ ｔ ｃ ｔｎ ｏ ｏ ｔ ｔｏ ｔ ａ ｔＥｄ ｅ ｄｅｅ ｔｏ ｓ ａ ｍ ｏ ｔｎｔｐ ｒ ｆ ｉ ｇ ｏ ｅ ｓｎ ｉ ｍａ ｅ ｙ ｖ ｌ ｄ ｓ ｏ ｏｎｉ ｕ ｕｓ ｒ ｍｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓＥｄｇ ｅｅ ｔｏ ｍｅｈｏ ｓ ａｅ ｍ ａ ，ｈｓ ｏ ｅ ａｏ ｎｌ ｎ ｅ ｐ ｃ ｆａ ｔ ｐｃ ｌｔｍ ｐｌｔ ｔ ｄ ｆ ｒａ ａｙｓｓ ａ ｈ ｒｇｎａ ｅ ｕｔ． ｅ ｄ ｔ ｃｉｎ ｔ ｄ ｒ ｎｙｔ ｉ ｐ ｒ ｔｒｏ ｙ ｉ ｒ ｓ ｅ ｔｏ ｙ ｉａ ｅ ａｅ ｍｅｈｏ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎｄ ｔ ｅ ｏ ｉｉ ｌ Ｓｏ ｅ ｐｅａｏ ， ｅ ｔ ｏ ｒ ｔｒ ｅ ｇ ｅｅ ｔ ｉｅ ｔｏ ｏ ｈｅ ｔｍ ｐ ａｅ ｅ ｐａ ｉｎ．ｎｄ Ｃ≠ ｒ ｇ ａ ｍ ｉｇ ｌｎｇ ｇ ｉ ｈ ｓ ｂ ｌｏ ｒ ｔｒＰｒｗｉｔ ｐｅａ ｏ ｄ ｅ ｄ ｔｃｉ ｄｒ ｃｉｎ ｆｔ ｅ ｌｔ ｘ ｎｓｏ ａ ｝ｐ ｏ ｒ ｍ ｏｎ ｎ ａ ｕａ ｅ ｕｓｎｇ ｔ ｅ ｅ ａｇ ｉ ｍ ｓ ｌｏｒｔ ｈ ．
计算机光盘软件与应用
软件设计开发
Ｃ ｍ ｕ ｅ Ｄ Ｓ ｆ ｗ ｒ ｎ ｐ ｌ ｃ ｔ ｏ ｓ ｏ ｐ ｔ ｒ Ｃ ｏ ｔ ａ ｅ ａ ｄＡ ｐ ｉａ ｉｎ ２ １ 年第 １ ０１ ７期
基于Matlab的图像边缘检测算法的实现及应用汇总
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。
边缘检测及拟合-概述说明以及解释
边缘检测及拟合-概述说明以及解释1.引言1.1 概述边缘检测及拟合是图像处理和计算机视觉领域中重要的技术研究方向，旨在从图像中提取出物体或目标的边缘信息，并进一步对边缘进行拟合和分析。
通过边缘检测和拟合，可以实现诸如物体检测、轮廓提取、目标跟踪、三维重构等多种计算机视觉任务。
边缘是指图像中灰度或颜色变化剧烈的区域。
边缘检测的目标是在图像中准确地标记和定位出这些边缘。
边缘检测是计算机视觉中常用的技术，具有广泛的应用领域，例如机器人导航、图像识别、医学影像处理等。
通过边缘检测，我们可以对图像进行分割，从而将图像分成不同的区域，方便后续处理。
边缘拟合是对图像中的边缘进行曲线或直线拟合的过程。
通过对边缘进行拟合，可以得到更加平滑的边缘曲线或直线，从而更好地描述物体的形状和轮廓。
边缘拟合广泛应用于图像重建、形状分析、目标识别等领域，能够提高边缘的准确性和鲁棒性。
边缘检测和拟合是紧密相连的两个过程，相互影响并共同完成对图像边缘的提取和分析。
边缘检测是边缘拟合的基础，而边缘拟合可以通过拟合来修正和优化边缘检测的结果。
在实际应用中，边缘检测和拟合经常需要同时进行，相互补充来提高整体的效果和精度。
本文将对边缘检测和拟合的概念进行介绍，并总结常用的方法和应用领域。
同时还会重点探讨边缘检测与拟合的关系，包括相互影响、综合应用以及未来的研究方向。
通过深入研究边缘检测及拟合的原理和方法，我们可以更好地理解图像的结构和特征，为计算机视觉和图像处理领域的相关应用提供有力支持。
文章结构部分的内容可以如下所示：1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三部分。
- 引言部分介绍了边缘检测及拟合的相关概念和研究意义，并对文章的结构进行了概述。
- 正文部分包括了边缘检测和边缘拟合两个主要部分。
- 边缘检测部分主要介绍了边缘检测的概念、常用方法和应用领域。
- 边缘拟合部分主要介绍了边缘拟合的概念、拟合方法和实际应用。
- 边缘检测与拟合的关系部分探讨了二者之间的相互影响，以及如何综合应用边缘检测和拟合方法，并给出了拓展研究方向的建议。
基于matlab的图像边缘检测算法研究和仿真设计
基于matlab的图像边缘检测算法研究和仿真目录第1章绪论 11.1 序言 11.2 数字图像边缘检测算法的意义 1第2章传统边缘检测方法及理论基础 2 2.1 数字图像边缘检测的现状与发展 22.2 MATLAB和图像处理工具箱的背景知识 32.3 数字图像边缘检测关于边缘的定义 42.4 基于一阶微分的边缘检测算子 42.5 基于二阶微分的边缘检测算子 7第3章编程和调试 103.1 edge函数 103.2 边缘检测的编程实现 11第4章总结 13第5章图像边缘检测应用领域 13附录参考文献 15第1章绪论§1.1 序言理解图像和识别图像中的目标是计算机视觉研究的中心任务，物体形状、物体边界、位置遮挡、阴影轮廓及表面纹理等重要视觉信息在图像中均有边缘产生。
图像边缘是分析理解图像的基础，它是图像中最基本的特征。
在Marr的计算机视觉系统中，图像边缘提取占据着非常重要位置，它位于系统的最底层，为其它模块所依赖。
图像边缘提取作为计算机视觉领域最经典的研究课题，长期受到人们的重视。
图像边缘主要划分为阶跃状和屋脊状两种类型。
阶跃状边缘两侧的灰度值变化明显，屋脊状边缘则位于灰度增加与减少的交界处。
传统的图像边缘检测方法大多是从图像的高频分量中提取边缘信息，微分运算是边缘检测与提取的主要手段。
由于传统的边缘检测方法对噪声敏感，所以实际运用效果有一定的局限性。
近年来，越来越多的新技术被引入到边缘检测方法中，如数学形态学、小波变换、神经网络和分形理论等。
Canny于1986年提出基于最优化算法的边缘检测算子，得到了广泛的应用，并成了与其它实验结果作比较的标准。
其原因在于他最先建立了优化边缘检测算子的理论基础，提出了迄今为止定义最为严格的边缘检测的三个标准。
另外其相对简单的算法使得整个过程可以在较短的时间实现。
实验结果也表明，Canny算子在处理受加性高斯白噪声污染的图像方面获得了良好的效果[1]。
毕业设计论文-基于蚁群算法的图像边缘检测-附代码
毕业设计论文-基于蚁群算法的图像边缘检测-附代码上海工程技术大学毕业设计(论文) 基于蚁群算法的图像边缘检测目录摘要 ...............................................................1 ABSTRACT .............................................................2 1 绪论 (3)1.1 研究背景 ...........................................................31.2 研究现状和发展方向 (4)6 1.3 研究目的和意义 .....................................................2 图像边缘检测概述 ..................................................... 7 2.1 边缘的定义及类型 ................................................... 8 2.2 常用的边缘检测方法 (10)2.3 其他边缘检测方法 .................................................. 15 2.3.1 基于小波变换的边缘检测 .......................................... 15 2.3.2 基于数学形态学的边缘检测 (16)17 2.4 传统边缘检测的不足 ................................................3 蚁群算法 ............................................................ 17 3.1蚁群算法的基本原理 (18)3.2 基于蚁群算法的图像边缘检测 ........................................21 4 实验结果及分析 ...................................................... 22 4.1 基于蚁群算法的图像边缘检测流程 .................................... 22 4.2 实验结果与性能分析 (26)4.2.1 参数对边缘检测的影响 ............................................ 294.2.2 与传统方法的比较 ................................................ 35 5 总结与展望 .......................................................... 37 参考文献 .............................................................. 39 附录 ................................................. 错误～未定义书签。
基于Sobel算子的数字图像边缘检测与FPGA实现
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《基于FPGA的边缘检测系统设计》范文
《基于FPGA的边缘检测系统设计》篇一一、引言随着人工智能和计算机视觉技术的快速发展，边缘检测作为图像处理中的关键技术，其应用场景越来越广泛。
为了满足实时性和高效性的需求，基于FPGA（现场可编程门阵列）的边缘检测系统设计成为了一个重要的研究方向。
本文将详细介绍基于FPGA的边缘检测系统设计，包括系统架构、算法实现、硬件设计及优化等方面。
二、系统架构设计1. 整体架构基于FPGA的边缘检测系统主要由图像采集模块、预处理模块、边缘检测模块、后处理模块和输出模块组成。
其中，图像采集模块负责获取待处理的图像数据；预处理模块对图像进行去噪、灰度化等操作；边缘检测模块是系统的核心部分，负责实现边缘检测算法；后处理模块对检测结果进行优化处理；输出模块将处理后的图像数据输出。
2. 边缘检测模块设计边缘检测模块是整个系统的关键部分，其性能直接影响到系统的整体效果。
在FPGA上实现边缘检测算法，需要充分考虑算法的并行性和硬件资源的利用率。
常见的边缘检测算法包括Sobel算子、Canny算子等。
在FPGA上实现这些算法，可以通过查找表、流水线等方式提高运算速度。
此外，还可以采用硬件加速技术，如利用FPGA的并行计算能力，实现多级联的边缘检测操作。
三、算法实现1. 预处理算法预处理算法主要包括去噪和灰度化。
去噪可以采用高斯滤波、中值滤波等方法，以消除图像中的噪声；灰度化则是将彩色图像转换为灰度图像，以减少计算量。
这些算法在FPGA上的实现，需要考虑到硬件资源的限制和运算速度的要求。
2. 边缘检测算法边缘检测算法是本系统的核心部分，其性能直接影响到系统的整体效果。
在FPGA上实现边缘检测算法，需要充分考虑到算法的并行性和硬件资源的利用率。
例如，Sobel算子可以通过查找表的方式实现，提高运算速度；Canny算子则需要实现双阈值、非极大值抑制等操作，这些操作在FPGA上可以通过流水线的方式实现，以提高运算效率。
四、硬件设计及优化1. FPGA选型及资源分配在选择FPGA芯片时，需要根据系统的需求和预算进行综合考虑。
图像边缘检测各种算子MATLAB实现以及实际应用
《图像处理中的数学方法》实验报告学生姓名：***教师姓名：曾理学院：数学与统计学院专业：信息与计算科学学号：********联系方式：139****1645梯度和拉普拉斯算子在图像边缘检测中的应用一、数学方法边缘检测最通用的方法是检测灰度值的不连续性，这种不连续性用一阶和二阶导数来检测。
1.（1）一阶导数：一阶导数即为梯度，对于平面上的图像来说，我们只需用到二维函数的梯度，即：∇f=[g xg y]=[ðf ðxðfðy],该向量的幅值：∇f=mag(∇f)=[g x2+g y2]1/2= [(ðf/ðx)2+(ðf/ðy)2]1/2,为简化计算，省略上式平方根，得到近似值∇f≈g x2+g y2；或通过取绝对值来近似，得到：∇f≈|g x|+|g y|。
（2）二阶导数：二阶导数通常用拉普拉斯算子来计算，由二阶微分构成：∇2f(x,y)=ð2f(x,y)ðx2+ð2f(x,y)ðy22.边缘检测的基本思想：（1）寻找灰度的一阶导数的幅度大于某个指定阈值的位置；（2）寻找灰度的二阶导数有零交叉的位置。
3.几种方法简介（1）Sobel边缘检测器：以差分来代替一阶导数。
Sobel边缘检测器使用一个3×3邻域的行和列之间的离散差来计算梯度，其中，每行或每列的中心像素用2来加权，以提供平滑效果。
∇f=[g x2+g y2]1/2={[(z7+2z8+z9)−(z1+2z2+z3)]2+[(z3+2z6+z9)−(z1+2z4+z7)]2}1/2（2）Prewitt边缘检测器:使用下图所示模板来数字化地近似一阶导数。
与Sobel检测器相比，计算上简单一些，但产生的结果中噪声可能会稍微大一些。
g x=(z7+z8+z9)−(z1+z2+z3)g y=(z3+z6+z9)−(z1−z4−z7)（3）Roberts边缘检测器：使用下图所示模板来数字化地将一阶导数近似为相邻像素之间的差，它与前述检测器相比功能有限（非对称，且不能检测多种45°倍数的边缘）。
图像处理中的边缘检测与图像增强技术
图像处理中的边缘检测与图像增强技术边缘检测是图像处理领域中的重要技术，它主要用于提取图像中的边缘信息，帮助我们分析和理解图像。
图像增强则是通过改变图像的亮度、对比度等参数，使得图像更加明亮和清晰。
本文将介绍边缘检测和图像增强的原理、常用算法和应用领域。
一、边缘检测技术边缘是图像中灰度变化比较大的区域，通常表示物体边界或者纹理的边界。
边缘检测的目标是在图像中找到这些边缘，并将其提取出来。
常见的边缘检测算法有Sobel算子、Prewitt算子、Roberts算子和Canny算子。
1. Sobel算子Sobel算子是一种最简单和最常用的边缘检测算法之一。
它通过在图像中进行卷积运算，通过计算像素点与其邻域像素点之间的差异来作为边缘的强度。
Sobel算子有水平和垂直两个方向的算子，通过计算两个方向上的差异来得到最终的边缘值。
2. Prewitt算子Prewitt算子也是一种常用的边缘检测算法，它与Sobel算子类似，也是通过计算像素点与其邻域像素点之间的差异来作为边缘的强度。
不同之处在于Prewitt算子使用了不同的卷积核，其结果可能会略有差异。
3. Roberts算子Roberts算子是一种简单的边缘检测算法，它使用了一个2x2的卷积核。
通过计算相邻像素点之间的差异，Roberts算子可以提取图像中的边缘信息。
然而，Roberts算子相对于其他算法来说，其结果可能会较为粗糙。
4. Canny算子Canny算子是一种边缘检测的经典算法，由于其较好的性能和效果，被广泛应用于边缘检测领域。
Canny算子主要包括以下几步：首先，对图像进行高斯滤波，以平滑图像；其次，计算图像的梯度和边缘方向；然后，通过非极大值抑制去除不是边缘的像素；最后，通过双阈值算法将边缘连接为一条连续的线。
二、图像增强技术图像增强是指通过改变图像的亮度、对比度等参数，使得图像更加明亮和清晰。
图像增强可以提高图像的质量，使得图像更适合用于后续的分析和处理。
图像边缘检测算法的比较与实现
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０ 引 言
边 缘 检 测 方 法 的 优 劣 直 接 影 响 着 图像 特 征 提 取 及 其 它 后 续 处 理 ， 图 像 预 处 理 中 的 关 键 。边 缘 是 指 其 周 围像 素 灰 是 度发 生阶跃变 化或屋顶 状变化 的那些 像素 的集合 ， 图像 的 大 部 分 信 息 都 存 在 于 图像 的 边 缘 中 ， 要 表 现 为 图 像 局 部 特 征 主 的 不 连 续 性 ， 图 像 灰 度 变 化 比 较 剧 烈 的 地 方 。在 一 幅 图 像 是 中 ， 缘 有 方 向和 幅 度 两 个 特 性 。沿 边 缘 走 向 的 灰 度 变 化 平 边 缓 ， 垂 直 于 边 缘 走 向 的 灰 度 变 化 剧 烈 。边 缘 检 测 是 对 灰 度 而 变 化 的度 量 与 定 位 ， 度 变 化 的 显 著 程 度 可 以通 过 导 数 来 度 灰 量 ， 函数 导 数 能 够 反 映 图 像 灰 度 变 化 的 显 著 程 度 ，因 此 边 即 缘检测 的一个基 本思想 就是通 过求一 阶导数 的局部极 大值 ，
ｐ ｒ ｎ ｓ ｒ ｅ ｆ ｒ ｄｕ ｉ ｇＭ ＡＴ ｅｉ ｍｅ ｔ ｅｐ ｒｏ ｍｅ ｓ ａ ｎ ＬＡＢ ｖ ｌａ ｅ ｈ ｓ ｄ ｅ ｅｅ ｔ ｎ ａｇ ｒｔ ｍｓ Ｔ ｅ ｅ ｏ ａ ｃ ｓ ｌ ｅ ａｙ ｅ ｎ ｏ ａ ｅ ｔ ｅ ａ ｕ ｔ ｅ ｅｅ ｇ ｔｃ ｉ ｌ ｏ ｈ ｏ ｔ ｄ ｏ ｉ ｈ ｒ ｒ ｎ ｅ ｅ ｕ ｔ ａ ｌ ｚ ｄ ａ ｄｃ ｍｐ ｄ ｐｆ ｍ ｒ ｓ ｒ ａ ｎ ｒ
一种图像边缘检测FPGA实现的快速设计方法
（ 厦门理 工学院电子与电气工程 系，福建 厦 门 ３ １２ ） ６ ０４
［ 摘
要］基 于硬件描述语 言 （ Ｄ ） 或者逻辑 图的设计 方法难度较 大，周期 较长 ，利 用 Ｘｌｘ的 高 ＨＬ ｉ ｉ ｎ
层次 Ａ ｃｌＳ ｃｅＤ Ｐ设计工具 ，按 照约定的编程规 则，可以将 ＭＡ Ａ ， Ｂ Ｍ语 言编写 的算法快 速转 变为 Ｆ Ｇ 实 兀． ＰＡ 现． 简要 回顾 了图像边缘检测的基本原理 ，给 出了 Ｓｂｌ ｏｅ 算子 边缘 检测 算法的 实现流程 ，核 心代 码和硬 件 时序仿真的结果．设计过程表明 ，基于 Ａ ｃｌＳ ｃｅＤ Ｐ工具的设计方法较好地 降低 了设计难度 ，提 高了效率． ［ 关键词］ 边缘检测 ；Ａ ｅｌＳ ；Ｆ Ｇ ｃｅＤ Ｐ Ｐ Ａ ［ 中图分类号］Ｔ ４ ２ ［ Ｎ ９ 文献标 志码］Ａ ［ 文章编号］１０ ３０ （０ ０ １— ０ ６— ０ ８— ８ ４ ２ １ ）０ ０ ５ ０ ４
日 圈
２ 图像 处 理 的 硬 件 实 现 方 法
二维的数字图像可以转化为一维 向量进行处理．传 统的实时图像处 理 ，例 如压缩 、编 解码 等 一 般 采 用 可编 程 的 Ｄ Ｐ处 理 器 ．近 年 来 ，随着 Ｓ ９ ｉ、６ ｉ Ｆ Ｇ ０Ｂ ｎ ５Ｂ Ｐ Ａ的出现 ，Ｆ Ｇ ｎ Ｐ Ａ在提高容量和降低价格方面都有 了长 足的进步，例如 Ｘｌｘ 司的 Ｖｒ ｘ Ｓ ｉ 公 ｉ ｎ ｉｅ５Ｄ Ｐ型 Ｆ Ｇ ，最大 的一种总 门数 ｔ ＰＡ 已经达到了上千万之多 ，集成了上千个 ２ １ 位带符号乘法器 ，在数字 ５ ８
一
做比较，并进行二值化 ，从而得到 图像的边缘．边缘检测算子包括 Ｒ ｂｒ 、Ｓｂｌ ｒ ｉ、Ｋｉ ｈ ｏｅ ｓ ｏｅ、Ｐｅ ｔ ｒｃ 、 ｔ ｗｔ ｓ Ｌ Ｇ等．以常用的Ｓｂｌ Ｏ ｏｅ算子为例，考察一幅数字图像的某一像素点厂 Ｙ 上下左右相邻点的灰度的 （ ） ，
实时图像边缘检测的设计及FPGA实现
Ｅｄ ｅ Ｄｅｅ ｔ ｎ ｏ ａ・ ｍ ｅ Ｉ ａ ｅ Ｂａ ｅ ｎ ＦＰ ｇ ｔｃｉ ｆＲｅ ｌ ｏ Ｔｉ ｍ ｇ ｓ ｄ ｏ ＧＡ
摘 要 传 统 Ｓｂ ｌ 法实现边缘检 测是基 于静态图像 ，而在 实时 图像 处理 中，边缘 检测存在 一定 的复杂度 和难 ｏｅ 算
度 ，文 中将 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ应 用于实时图像 边缘检 测 系统 ，从 而 实现动 态实时图像 的边缘检 测。通过 搭建 实验 平 台仿真验证表
明 ，检 测精度和数据 处理 的运 算效率均有所提 高。 关键词 Ｓｂｌ ｏ ｅ 算法 ；边缘检 测 ；实时图像 ；Ｆ Ｇ ＰＡ
＋１ Βιβλιοθήκη ＋１ ０ １ ＋２ ０ —２
＋１ ０ —１
一
—
—
（） ： ａ 水平方向梯度， 检测垂直边缘 （ ） ： ｂ 垂直方向梯度 ， 检测水平边缘
１ Ｓ ｂＩ ｏ ｅ 边缘检测基本原 理
Ｓｂｌ ｏｅ算子是 图像边缘检测算法 中的常用算法 ， 其
收 稿 日期 ：２ １ —６ １ ０ １０ —６
ａ 叶技２１ 第 ４ 第２ ０ 年 ２ １期 １ 卷
Ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｃ． Ｔ ｃ ． Ｄｅ ． ５．２ １ ｌ ｃｒ ｎｃ Ｓ ｉ ＆ ｅ ｈ ／ ｅ １ ０ Ｉ
实 时 图像 边 缘 检 测 的 设计 及 Ｆ Ｇ Ａ实现 Ｐ
刘 紫燕
（ 贵州大学 计算 机科 学与信息学院 ，贵州 贵 阳 ５０２ ） ５０５
像灰度级突变 、 纹理结构突变和彩色变化等。图像 的 边缘信息包含了大部分 的图像特征信息， 对图像分析
图像处理中的边缘检测技术研究
图像处理中的边缘检测技术研究图像处理技术在现代社会中得到了广泛应用。
而边缘检测作为图像处理的重要环节之一，对于图像的分析和识别具有重要意义。
在本文中，我们将探讨边缘检测技术的研究现状、应用场景以及未来发展方向。
一、研究现状边缘检测技术是图像处理的基础，它通过寻找图像中灰度值变化比较大的区域来确定边缘的位置。
目前，边缘检测技术已经取得了很大的进展，主要包括基于梯度的方法、基于模板的方法以及基于机器学习的方法。
基于梯度的方法是最常用的边缘检测技术之一，它通过计算图像灰度值的变化率来确定边缘的位置。
Sobel算子和Canny算子是常用的基于梯度的方法，它们可以有效地检测出图像中的边缘并消除噪声。
基于模板的方法是另一种常用的边缘检测技术，它通过定义一些特定的模板来寻找图像中的边缘。
例如，拉普拉斯算子和LoG算子都是基于模板的方法，它们可以在不同尺度下检测出图像中的边缘。
基于机器学习的方法是近年来边缘检测技术的发展方向之一，它通过训练大量的图像样本来学习模型，然后利用学习到的模型来检测图像中的边缘。
深度学习技术在这一领域取得了显著的成就，例如卷积神经网络（CNN）可以对图像进行端到端的处理，从而实现更加准确的边缘检测。
二、应用场景边缘检测技术在图像处理领域有着广泛的应用场景。
首先，边缘检测技术在计算机视觉中起着重要的作用，它可以帮助机器识别和理解图像中的物体和结构。
例如，在自动驾驶中，边缘检测可以帮助车辆判断道路的位置和边界，从而实现精准的行驶。
其次，边缘检测技术在医学图像处理中也有广泛的应用。
医学图像中包含了丰富的信息，如X光片、CT扫描和MRI图像等，边缘检测可以提取出图像中各种组织和器官的边缘信息，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
此外，边缘检测技术还应用于图像分割、图像增强以及计算机图形学等领域。
在图像分割中，边缘检测可以将图像分割为不同的区域，从而实现图像的目标区域提取；在图像增强中，边缘检测可以提高图像的清晰度和对比度，使其更加逼真；在计算机图形学中，边缘检测可以帮助渲染引擎更加真实地渲染出场景中的物体边缘。
图像处理中滤波器及边缘检测算法的实验与研究
，
同
一
模式 的权 重 因子 可 以 作用 在 每
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也 就 意味着 线性滤 波器是 空 间不 变 的
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(2 )
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积模 板 来 实现 滤 波
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对 图像 处 理 来 说
，
且 在 大 多数情 况 下
对 其他类 型 的 噪声 也 有 很 好 的效 果
。
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线 性 滤 波 器 使 用 连 续 窗 函 数 内像 素 加 权 来 实 现 滤 波
特别
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数作 平 滑 滤 波器
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这 种 函 数 的表 达 式 如公 式 (2 ) 所 示
r ■ 矿
典型 的是
一
。
均 值滤 波 器 可 以 通 过 卷 积 模 板 的 等权 值卷 积 运
㈨
，
算来 实现
来决定 2 2
．
卷 积模板 的大小可 以根 据 图像 素点数 的多少
(也 称 为噪声 ) 所 污 染
。
些 常见 的 噪声 有 椒 盐 噪 声
，
、
脉
，
。
冲噪声
、
高斯 噪声 等
。
因此
。
在 对 图像进
一
步处理 之前
高斯 平 滑 滤 波 器
声 的 同时 ，又 不 至 于使 图像 边 缘 十 分模 糊 。 边 缘 保 持 算 法 的基 本 过 程 为 ：对 灰 度 图 像 的每 一 个 像
基于EDA的图像边缘检测器的设计研究
２ 、系 统 总 体 设 计 方 案
２１边缘 检 测处 理 器的设 计 流程 ． 首先Ｄ Ｐ Ｓ 按照每三列划分为一 帧的原则 进行帧窗 口划分将从 图像传感器 中获取到得灰度 图（０ ８０×６ ０Ｉ 帧窗 口的 图像数据又 ０ ）Ｉ 。 按 照每 三 行 划 分 为 一 个像 素 处 理 窗 口的 原 则一 一 进 行 处理 。 素处 像 理窗 口在 图形帧窗 口内是按照从上 向下的方 向移动 ， 步长定为一 行， 而帧窗 口的整 幅图形 窗 口中则是从左 到右的方 向进行移动 ， 步 距定为一列 。 接着等 待处理 的数 据流被送 到存储缓冲器 中， 从存储 缓冲器 中再送到像素处理 窗口中， 经过像素处理 窗 口处理后的图像 送到各个滤波器进行滤波处理 ， 最后将有关结果送入输出处理模块 待处理后 输出。
根据 以上设计思路 ， 系统 分解为 四个大模 块【： 将 ４ 其总体结构 ］ 如 图１ 示 。 所 帧窗 口模 块 Ｆ Ｏ主要 负 责 接 收 Ｄ Ｐ 过 来 的一 个 帧 窗 口的 数 Ｆ Ｓ送 据 量 ， 实质 是 一 个双 端 口按 照 先 人 先 出栈 Ｆ Ｏ的 原理 ， 的数 据 其 Ｆ 它 宽 度 为 ８ 深 度 为 一 个 帧 窗 １ 内的 像 素 点 个 数 （０ ×３ １０ ）串 人 ， ２ １ ６ ０ ＝ ８０ 。 并处模 块Ｓ Ｏ Ｐ 主要负责为像 素窗 口刷新模块做准备 ， 把帧窗 口的数 据 转 换 为像 素处 理 窗 口的 列像 素 向量 。 素 窗 口刷新 模 块 Ｒ ＲＥ Ｈ 像 Ｅ Ｓ 就 是 实 现 对 需 要 处 理 的像 素 数 据 的刷 新 。 数据 处理 模块 Ｐ ＯＣ ，－ Ｒ Ｆ ８ ＳＯ ＢＥ Ｌ的滤 波 函数 为 ： ＝ （ Ｗ Ｆ ０＋Ｆ ３＋Ｆ ３＋Ｆ６） 一 Ｏ 是设计研究 的重要 内容 ， （ ２ Ｆ ＋ ５ ８；Ｖ＝（ ０ Ｆ ＋ ＋ ２ 一 Ｆ ＋ ７ Ｆ ＋ ８ ； Ｒ＝ Ｆ ＋ ５ Ｆ ＋Ｆ ） Ｆ ＋ １ Ｆ１ Ｆ ） （ ６ Ｆ ＋ ７ Ｆ ）Ｄ Ｓ Ｒ是 图形边缘处理器 的核心 关键部分 ， 其主要任务 是是实现 （ ＋ ０ ０ ３ 一（ ５ Ｆ ＋ ８ ７ ；ＤＬ Ｆ ＋Ｆ ＋Ｆ ＋ ５ 一 Ｆｌ Ｆ ＋Ｆ ＋Ｆ ） Ｆ ＋ ８ Ｆ ＋Ｆ ） ＝（ １ ２ ２ Ｆ ） 设计优劣将 影响整个 图形边缘处理器 的效果。
片剂表面缺陷检测方法中图像边缘检测算法的比较与实现
一
、
引言 Leabharlann 为输 出 ，也产 生一 幅边缘 幅度 图像 。
．
边缘 检测 在 图像 处理 与计 算机 视 觉 中 占有特 殊 的位 置 ，它是 底层 视觉 处理 中重要 的环 节之 一 ，也 是实 现基 于边 界 的图像 分割 的基 础 ［］ １。一 直 以来 ，学者 对 这一 问题 做 了很 多的 的研 究 ， 除 了常 用 的 局部 算 子 及 以后在 此 基 础 上 发 展起 来 的种 种 改 进 方法 外 ，又提 出了许 多新 的技术 ，其 中突 出的有 Ｌ Ｇ Ｏ 、用 Ｆ ｃ ｔ模型 ａｅ 检测 边缘 、Ｃ ｎｙ 的最佳 边缘 检测 、 统计 滤波检 测 以及 随断 层技 ａｎ 术兴 起 的三维 边 缘检测 ［ ，３ 。在 片 剂的缺 陷 检测 与识 别 中，提 ２ ］ 取 片剂 图像边 缘和 缺 陷边 缘是研 究 的重 点 ， 是缺 陷识 别 的基础 ， 也 因此 ，做 好对 片 剂 图像 边 缘 的检测 和提 取非 常有 必要 。 二、边缘检测算法原理 边缘 检测 的实质 是采 用某 种 算法 来提 取 出图像 中对 象与 背景 间 的交 界线 。我 们将 边缘 定义 为 图像 中灰 度发 生 急剧变 化 的区域 边界。图像灰度的变化情况可 以用图像灰度分布的梯度来反映， 因此我们可以用局部图像微分技术来获得边缘检测算子。经典的 边 界提 取技 术大 都基 于微 分运 算 。首 先通 过平 滑来 滤 除图像 中 的 噪 声 ，然后 进行 一阶 微分 或 二阶 微分 运算 ，求 得梯 度 最大值 或 二 阶 导数 的过 零 点，最 后选 取适 当的 阈值来 提取 边 界 。经典 的边缘 检 测算 子包 括 ：Ｒｂ ｒ ｓ算子 ，Ｐ ｅ ｉｔ算 子 ，Ｓｂ １算 子 ，Ｌ ｇ ｏ ｅｔ ｒｗｔ ｏｅ ｏ （ａ ｌｃａ ｆＧｕ ｓ ａ ）算子 等 ，下面 将这 些算 子进 行介 绍 ： Ｌｐ ａ ｉｎｏ ａ ｓ ｉｎ （ ） ｏ ｅｔ 边 缘算 子 。 ｏ ｅｔ 算 子是一 种利 用局 部差 分 一 Ｒｂ ｒ ｓ Ｒｂ ｒ ｓ 算 子 寻找边 缘 的算 子 ，由下 式给 出 ：
基于matlab的图像边缘检测原理及应用
目录一．前言----------------------------------------- 二．边缘检测的与提取-----------------------1.边缘检测的定义---------------------------2.图像边缘检测算法的研究内容---------3.边缘检测算子------------------------------3.1.Sobel算子-----------------------------3.2.Canny算子----------------------------4.基于Matlab的实验结果与分析--------- 三．图像边缘检测的应用---------------------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。
而边缘检测算法则是图像边缘检测问题中经典技术难题之一，它的解决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；又由于边缘检测在许多方面都有着非常重要的使用价值，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。
该课程设计具体考察了两种最常用的边缘检测算子并运用MATLAB进行图像处理比较。
二.边缘检测于算子1.边缘检测的定义图像边缘是图像最基本的特征，边缘在图像分析中起着重要的用。
所谓边缘（edge）是指图像局部特征的不连续性。
灰度或结构信息的突变称为边缘，例如：灰度级的突变、颜色的突变、纹理结的突变。
图像处理中的边缘检测与图像增强算法研究
图像处理中的边缘检测与图像增强算法研究边缘检测和图像增强是图像处理中的两个重要方面。
边缘检测是通过查找图像中明暗变化的位置来识别物体的轮廓，并可以用于目标检测、图像分割等应用。
图像增强则是通过改善图像的外观和质量，使其更易于分析和理解。
本文将对边缘检测和图像增强算法进行研究和探讨。
边缘检测算法是图像处理中的基础算法之一，常用的方法包括基于梯度的算法、基于模板的算法和基于机器学习的算法等。
基于梯度的边缘检测算法使用图像中像素的亮度变化来寻找物体的边缘。
其中最经典的算法是Sobel、Prewitt和Canny算法。
Sobel算法通过计算像素点的一阶导数来检测边缘，它利用水平和垂直两个方向上的Sobel算子对图像进行卷积操作，然后通过求平方和再开方的方式得到边缘强度。
Prewitt算法与Sobel算法类似，但使用的是不同的算子。
Canny算法是一种基于多阶段操作的边缘检测算法，它具有良好的噪声抑制和边缘定位能力。
基于模板的边缘检测算法使用特定的模板或滤波器来寻找图像中的边缘。
其中最常用的算法是拉普拉斯算子和LoG算法。
拉普拉斯算子通过计算像素点的二阶导数来检测边缘，它使用一个离散的拉普拉斯模板对图像进行卷积操作，得到边缘强度。
LoG算法则是在拉普拉斯算子的基础上加入了高斯平滑操作，用于减少噪声对边缘检测的影响。
基于机器学习的边缘检测算法通过训练模型来学习图像中的边缘特征，以完成边缘检测任务。
常用的机器学习算法包括支持向量机(SVM)、人工神经网络(ANN)和卷积神经网络(CNN)等。
这些算法通过提取图像的特征，并利用已标注的训练样本来训练模型，然后用于边缘检测。
图像增强算法旨在提高图像的质量和外观，使得图像更易于观察和分析。
常用的图像增强算法包括直方图均衡化、滤波器、锐化和噪声去除等。
直方图均衡化是一种通过重新分布图像像素的亮度值来增强图像对比度的方法。
它通过计算图像中每个亮度级别的像素数目，并将亮度级别映射为新的值，以达到改善图像对比度的目的。
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第12章
图像边缘检测器的设计与分析
DATA0 D
Q
D
Q
D
Q
DATA1 D
Q
D
Q
D
Q
DATA2 D
Q
D
Q
D
Q
CLK Q2 Q1Q0 Q5 Q3 Q8Q7Q6
图12.8 像素刷新模块REFRESH的内部结构图
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
4．滤波模块FILTER
对于Sobel算法的各个滤波器，H、V、DR、DL经 变换后可得到： H=(Q0+Q3+Q3+Q6) ? (Q2+Q5+Q5+Q8); V=(Q0+Q1+Q1+Q2) ? (Q6+Q7+Q7+Q8) DR=(Q1+Q0+Q0+Q3)?(Q5+Q8+Q8+Q7); DL=(Q1+Q2+Q2+Q5)? (Q3+Q6+Q6+Q7) 因此我们对于滤波模块FILTER的设计可采用两级
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
Q0 Q3 Q6 Q2 Q5 Q8 Q0 Q1 Q2 Q6 Q7 Q8 Q1 Q0 Q3 Q5 Q8 Q7 Q1 Q2 Q5 Q3 Q6 Q7
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
第12章 图像边缘检测器的设计与分析
12.1 系统设计要求 12.2 系统设计方案
12.3 主要LPM原理图和VHDL源程序
12.4 系统仿真/硬件验证
12.5 设计技巧分析
12.6 系统扩展思路
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
12.1 系统设计要求
在嵌入式图形系统处理领域，图像处理的速度问 题一直是一个很难突破的设计瓶颈。一般情况下，控 制领域及数据处理领域几乎是单片机和数字信号处理 器的天下，但是在数据处理量大，实时性要求更为苛 刻的场合，传统的MCU根本无法适应实时大批量数据 处理场合，而DSP虽然具备指令流水线和很高的处理 速度，但是由于其本质仍然是依靠串行执行指令来完 成相应的图像处理算法的，所以其处理速度依然很受 限制。
V=(Q0+2Q1+Q2) ? (Q6+2Q7+Q8) DR=(Q1+2Q0+Q3) ? (Q5+2Q8+Q7); DL=(Q1+2Q2+Q5) ? (Q3+2Q6+Q7) Magnitude＝Max(H, V, DR, DL)
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
为了减少设计的复杂度，上面式子中的乘法运算 可以改写成加法运算： H=(Q0+Q3+Q3+Q6) ? (Q2+Q5+Q5+Q8); V=(Q0+Q1+Q1+Q2) ? (Q6+Q7+Q7+Q8) DR=(Q1+Q0+Q0+Q3)?(Q5+Q8+Q8+Q7);
图12.9 滤波模块FILTER的内部结构图
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
对于上述滤波数据的处理，在不采用流水线的情 况下，像素从进入处理器到结果输出，需要经过两级 加法和一级减法的时延，但是使用流水线技术后(其本 质为对中间结果进行寄存)，结果输出仅仅滞后三个时 钟频率，但是增加了数据吞吐量，同时也提高了时钟 频率。为提高加法运算的速度，本设计中的加法器采 用超前进位加法器。下面对其作一个简单的回顾：
DL=(Q1+Q2+Q2+Q5)? (Q3+Q6+Q6+Q7)
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
12.2.3 总体设计方案 根据图像处理的知识及分析，我们可得到此边缘检
测处理器的工作流程如图12.4所示。首先，DSP将从图
像传感器中获取的灰度图(800×600)按照每三列划分为 一帧的原则进行帧窗口划分。帧窗口的图形数据又按照
像的边界处理。 MAGOUT：像素边界判别信号输出，MAGOUT
为1时，表示当前像素为边界像素，为0表示为非边界
像素。
ห้องสมุดไป่ตู้12章
图像边缘检测器的设计与分析
CCD
Driver
D8～D15
D0～D7 WR
INT0
DATA WR READY FLEX10K20 CLK T_D CS MAGOUT
TMS320C5402 CLKOUT Executor (Buffered Serial Port) BSP A14 A15
图像边缘检测器的设计与分析
Q0 Q1 Q2
Q3 [i , j ] Q5
Q6 Q7 Q8
图12.3 像素窗
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
水平、垂直、左对角、右对角各图像方向上密度
幅度的变化可以用如下算子进行计算： H=(Q0+2Q3+Q6) ? (Q2+2Q5+Q8) V=(Q0+2Q1+Q2) ? (Q6+2Q7+Q8) DR=(Q1+2Q0+Q3) ? (Q5+2Q8+Q7)
检查出可以最终划分物体的特征。
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
Sobel算法包括带4个3×3掩码的输入图像数据， 即Sobel算子，它设置权重来检测水平、垂直、左对角、 右对角各个不同方向上密度幅度的不同。这个过程通 常被称为过滤。下面我们来看一个3×3的像素窗口， 如图12.3所示。
第12章
界判别，并把处理结果返回到主处理器中。
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
FPGA/CPLD 边缘检测协处理器
图像传感器 (CCD或CMOS)
像素获取
模式识别
速度计算
位置跟踪
DSP图像主处理器
图12.1 DSP+FPGA/CPLD图像处理系统的组成框图
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
在本系统中，系统的设计指标为：数据吞吐量>10 Mb/s；动态响应时间<100 ms/frame。主处理器初步选 用德州公司的DSP芯片TMS320C5402，协处理器拟采 用ALTERA公司的FLEX10K20。图像处理系统的接口 关系如图12.2所示，其中FLEX10K20的接口说明如下： DATA：8位数据输入端口。 WR：写有效信号输入端口。 CLK：同步时钟输入端口。
PIXEL
D
Q
D
Q
D
Q
CLK D COUNTER3 Q Q Q D D
QA
QB
QC
图12.7 串入并出模块SIPO的内部结构图
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
3．像素窗口刷新模块REFRESH 像素刷新窗口的主要功能是接收串入并出模块的3
个并行像素，把窗口中原有的第二列像素推入第三列，
第一列推入第二列，新到的并行像素填入第一列。其 本质为一个移位寄存器。其内部结构如图12.8所示。
每三行划分为一个像素处理窗口的原则逐一进行处理。
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
…
水平滤波器 存储器 缓 冲 像素处 理窗口 垂直滤波器 左斜角滤波器 右斜角滤波器 输出处 理模块
图12.4 图像处理流程示意图
…
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
根据以上设计思路，我们可把整个系统的实现划 分为四个大的模块，其总体结构如图12.5所示。其中：
SUM(I)=A(I) XOR B(I) XOR C(I?1) C(I)=(A(I) AND B(I) ) OR (A(I) XOR B(I) AND C(I?1) 令 P(I)=A(I) XOR B(I); G(I)= A(I) AND B(I)
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
其中P(I)、G(I)均与进位信号无关，则SUM(I)与C(I) 可表达为
并行流水方案，其内部结构如图12.9所示。
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
CLKQA(Q0) QB(Q3) QC(Q6) QD(Q2) QE(Q5) QF(Q8) ＋ D0 Q0 ＋ D0 Q0 － FILTER(H_FILTER) Q1 ＋ D1 Q1 ＋ D2 Q2 ＋ D1 ＋ D3 Q3
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
图12.1是一个DSP+FPGA/CPLD的图像处理系统的 总体框图，其中图像传感器CCD的主要功能是获取外界 图像的各个像素点灰度值；图像主处理器采用数字信号 处理器DSP，主要负责对图像传感器传送的灰度信息进 行存储，并负责调用协处理器进行边界像素判别，找出 我们感兴趣的目标对象，从而得到该对象的运动信息， 以便控制执行装置进行位置跟踪；边缘检测协处理器为 FPGA/CPLD，主要完成主处理器传送过来的像素的边
图12.2 图像处理系统接口关系图
第12章
图像边缘检测器的设计与分析
12.2 系统设计方案
12.2.1 算法选择 图像处理经常用于在连续图像中跟踪移动物体。 它从传感器接收图像的连续流，根据输入图像的数据 选择跟踪物体。初始图像不断被加强，然后进行分割， 以定位物体或找出感兴趣的区域。定位物体或区域后，
拟选用FIFO，堆栈空时向主机发出准备好信号，主机
检测到它的数据传输请求时，传送一帧数据，由于 FIFO的大小与一帧图像的大小是一致的，所以接收完
毕后，堆栈满，Sobel处理器启动边缘检测进程，处理
完一帧数据后，堆栈重新变为空，为下一帧数据处理 作准备。其内部结构如图12.6所示。
第12章
图像边缘检测器的设计与分析