基于matlab的图像边缘提取算法实现及应用
Matlab在边缘检测与边界提取中的应用
Matlab在边缘检测与边界提取中的应用在计算机视觉领域中，边缘检测与边界提取是非常重要的任务。
边缘是图像中物体不同区域之间的分界线，边界提取则是通过检测图像中的边缘，从而凸显物体的轮廓。
边缘检测与边界提取在许多应用中都发挥着重要作用，如图像分割、目标识别和机器视觉等。
Matlab是一种功能强大且流行的科学计算软件，它提供了许多用于边缘检测和边界提取的工具和函数。
下面将介绍一些常用的Matlab函数和技术，它们在边缘检测与边界提取中的应用。
一、基于梯度的边缘检测梯度是表示图像中变化的指标，边缘通常是图像灰度值变化剧烈的区域。
Matlab中的Sobel、Prewitt和Roberts等函数可以方便地计算图像的梯度，从而实现边缘检测。
例如，使用Sobel算子可以对图像进行边缘检测：```I = imread('image.jpg');gray = rgb2gray(I);sobel_x = edge(gray, 'sobel', 'horizontal');sobel_y = edge(gray, 'sobel', 'vertical');imshowpair(sobel_x, sobel_y, 'montage');```上述代码首先加载并灰度化图像，然后使用Sobel算子分别计算水平和垂直方向上的梯度。
最后，使用imshowpair函数将水平和垂直边缘结果以并排的方式展示出来。
二、基于Canny算法的边缘检测Canny算法是一种广泛应用于边缘检测的算法，它通过多步骤的处理来准确地检测边缘。
在Matlab中，可以使用edge函数以及一些参数来实现Canny算法。
下面是一个使用Canny算法进行边缘检测的示例：```I = imread('image.jpg');gray = rgb2gray(I);canny = edge(gray, 'canny');imshow(canny);```上述代码中，首先加载并灰度化图像，然后使用edge函数采用Canny算法进行边缘检测。
Matlab实现：图像边缘提取
Matlab实现：图像边缘提取1、边缘提取算法⽅法⼀：⼀阶微分算⼦Sobel算⼦Sobel算⼦检测⽅法对灰度渐变和噪声较多的图像处理效果较好，Sobel算⼦对边缘定位不是很准确，图像的边缘不⽌⼀个像素。
Roberts算⼦Roberts算⼦检测⽅法对具有陡峭的低噪声的图像处理效果较好，但是利⽤roberts算⼦提取边缘的结果是边缘⽐较粗，因此边缘的定位不是很准确。
Prewitt算⼦Prewitt算⼦检测⽅法对灰度渐变和噪声较多的图像处理效果较好。
但边缘较宽，⽽且间断点多。
Canny算⼦Canny算⼦是⽬前边缘检测最常⽤的算法，效果也是最理想的。
Canny⽅法不容易受噪声⼲扰，能够检测到真正的弱边缘。
优点在于，使⽤两种不同的阈值分别检测强边缘和弱边缘，并且当弱边缘和强边缘相连时，才将弱边缘包含在输出图像中。
⽅法⼆：⼆阶微分算⼦Laplacian算⼦Laplacian算⼦法对噪声⽐较敏感，所以很少⽤该算⼦检测边缘，⽽是⽤来判断边缘像素视为与图像的明区还是暗区。
2、实验结果分析⼀、边缘提取：Sobel算⼦检测⽅法对灰度渐变和噪声较多的图像处理效果较好，sobel算⼦对边缘定位不是很准确，图像的边缘不⽌⼀个像素；Roberts算⼦检测⽅法对具有陡峭的低噪声的图像处理效果较好，但是利⽤roberts算⼦提取边缘的结果是边缘⽐较粗，因此边缘的定位不是很准确；Prewitt算⼦检测⽅法对灰度渐变和噪声较多的图像处理效果较好。
但边缘较宽，⽽且间断点多；Laplacian算⼦法对噪声⽐较敏感，所以很少⽤该算⼦检测边缘，⽽是⽤来判断边缘像素视为与图像的明区还是暗区；Canny⽅法不容易受噪声⼲扰，能够检测到真正的弱边缘。
优点在于，使⽤两种不同的阈值分别检测强边缘和弱边缘，并且当弱边缘和强边缘相连时，才将弱边缘包含在输出图像中。
⼆、边缘复合增强Sobel、Robert、Prewitt算⼦的增强效果并不是很明显，尤其是Robert算⼦，因为它提取的边缘点过于稀疏和离散；Laplacian算⼦和canny算⼦的增强效果都⽐较理想，将边缘叠加上去后，整个⼿的轮廓和边缘都很清晰，直观上看，canny算⼦实现的效果⽐Laplacian算⼦好，最明显的地⽅就是⼿指尖的边缘。
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]。
matlab边缘提取及拟合
matlab边缘提取及拟合边缘提取及拟合是数字图像处理中的一个重要的步骤。
边缘可以用于图像分割、物体识别、目标跟踪等领域。
本文将介绍边缘提取的常用方法以及拟合方法，并结合MATLAB代码进行讲解。
一、边缘提取方法1. Sobel算子Sobel算子是一种基于梯度的边缘检测算法，其原理是利用像素点周围的灰度值来计算梯度，从而得到边缘。
在MATLAB中，可以使用imgradient函数实现Sobel算子。
代码示例：I = imread('lena.png');[Gx, Gy] = imgradientxy(I);[Gmag, Gdir] = imgradient(Gx, Gy);imshowpair(Gmag, Gdir, 'montage');2. Canny算子Canny算子是一种基于多级阈值的边缘检测算法，其原理是先通过高斯滤波器对图像进行平滑处理，然后计算梯度，再进行非极大值抑制和双阈值分割，最后得到边缘。
在MATLAB中，可以使用edge函数实现Canny算子。
代码示例：I = imread('lena.png');BW = edge(I, 'canny');imshow(BW);二、拟合方法1. 直线拟合直线拟合是一种常用的边缘拟合方法，其原理是通过最小二乘法对边缘点进行拟合，从而得到一条直线。
在MATLAB中，可以使用polyfit函数实现直线拟合。
代码示例：I = imread('lena.png');BW = edge(I, 'canny');[H, T, R] = hough(BW);P = houghpeaks(H, 10);lines = houghlines(BW, T, R, P);imshow(I), hold onmax_len = 0;for k = 1:length(lines)xy = [lines(k).point1; lines(k).point2];plot(xy(:,1),xy(:,2),'LineWidth',2,'Color','green');% Plot beginnings and ends of linesplot(xy(1,1),xy(1,2),'x','LineWidth',2,'Color','yellow');plot(xy(2,1),xy(2,2),'x','LineWidth',2,'Color','red');% Determine the endpoints of the longest line segmentlen = norm(lines(k).point1 - lines(k).point2);if ( len > max_len)max_len = len;xy_long = xy;endend2. 圆拟合圆拟合是一种边缘拟合方法，其原理是通过最小二乘法对边缘点进行拟合，从而得到一个圆。
基于MATLAB的图像锐化及边界提取
摘要图像增强是指依据图像所存在的问题，按特定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时，削弱或去除某些冗余信息的处理方法。
其主要目的是使得处理后的图像对给定的应用比原来的图像更加有效同时可以有效的改善图像质量。
图像增强技术主要包含直方图修改处理、图像平滑化处理、图像尖锐化处理和彩色处理技术等。
本文先对图像增强的原理进行概述，然后对图像增强的方法分类并给出直方图增强、平滑和锐化等几种常用的增强方法、彩色图像增强的理论基础，通过MATLAB实验得出的实际处理效果来对比各种算法的优缺点，讨论不同的增强算法的技术要点，并对其图像增强方法进行性能评价。
关键词MATLAB ；图像锐化；边界提取AbstractImage enhancement is based on the problems existing in the images, according to the specific need to highlight some of the information in an image, at the same time, to weaken or remove some redundant information processing method. Its main purpose is to make the image after processing for a given application is more effective than the original image at the same time can effectively improve the image quality. Image enhancement technology mainly includes histogram modification, image smoothing processing, image intensification processing and color processing technology, etc. This article first overview of the principle of image enhancement and image enhancement method of classification and histogram enhancement, smoothing and sharpening of several common enhancement method, the theoretical basis of color image enhancement, through practical processing effect of MATLAB experiment compared the advantages and disadvantages of various algorithms, discussed the main technical points of the different enhancement algorithm, and its image enhancement method for performance evaluation.Key wordsMATLAB；image sharpening； edge extraction·目录摘要 0Abstract (1)第一章绪论 (3)1.1 图像锐化及边界提起发展背景和意义 (3)1.2 图像锐化处理的现状和研究方法 (3)1.3MATLAB简介 (4)1.4 MATLAB对图像处理的特点 (4)第二章基于MATLAB的图像锐化 (5)2.1图像锐化概述 (5)2.2 线性锐化滤波器 (5)2.3 非线性锐化滤波器 (6)2.3.1 Roberts算子 (6)2.3.2 Prewitt锐化算子 (7)2.3.3 Sobel锐化算子 (8)2.3.4 一阶微分锐化的效果比较 (9)2.3.5 二阶微分锐化其算法为： (9)第三章基于MATLAB的边界提取 (11)3.1图像边界提取的概念 (11)3.2微分算子法 (11)3.2.1 Sobel算子 (12)3.2.3 prewitt算子 (12)3.2.4 Laplacian算子 (13)3.2.5 Canny边缘检测法 (13)3.2.6各种方法边界提取的图像 (15)3.2.7结论 (17)参考文献 (18)致谢 (19)第一章绪论1.1 图像锐化及边界提起发展背景和意义数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。
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)附录 (22)附录A：程序代码 (22)附录B：各种边缘检测算子得到的边缘图像效果 (23)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仿真如需程序/Word版本，请访问: 嵌入式软件院。
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。
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）。
基于MATLAB的图像边缘提取并计算其角度和距离
MATLAB目的：检测下列图像的白色区域和红色区域的边缘，并计算其角度和距离。
1)利用烟草包装纸、基准线以及传送带三者之间的特性，首先将高速相机拍摄到的图片进行红色通道分离。
2)将通道分离后的图片进行二值化，得到二值图像3)将所得到的二值图像进行边缘检测4)将边缘检测后的图像先腐蚀运算，再进行膨胀运算，得到最终图像5)将图8最终得到的两条边界线使用MATLAB进行最小二乘法拟合，分别得到两条边界线的关系式，并使用数学方法计算出两条边界线的角度以及图像最左端的直线距离。
此例中，计算得到的两边沿的偏离角大小为3.15°，两边沿最左端距离大小为303.51像素。
clear clcimage=imread('Image.jpg'); %读取图片imtool(image); %显示所读取的图片imager = image(:,:,1); %提取图片红色通道imtool(imager);BW = im2bw(imager,0.15); %二值化BW = ~BW;imtool(BW);BW1 = edge(BW,'canny',0.95); %检测边缘imtool(BW1);se1 = strel('line',9,176); %腐蚀IM1 = imerode(BW1,se1);imtool(IM1);se2 = strel('line',60,176); %膨胀IM2 = imdilate(IM1,se2);imtool(IM2);[a,b]=size(IM2);[h,w]=find(IM2==1); %筛选边界点，像素值为1yx=[h,w];yx_size = size(yx); %像素点坐标对数%数据筛选出上下边界线以供拟合p=1;q=1;for k=1:yx_size(1,1)if(yx(k,1)>=600)yx1(p,:) = yx(k,:);p = p+1;elseyx2(q,:) = yx(k,:);q = q+1;endendyx1_c1 = yx1(:,1);yx1_c2 = yx1(:,2);yx2_c1 = yx2(:,1);yx2_c2 = yx2(:,2);%绘制分离边界的像素点plot(w,h,'r.')axis([0 b 0 a]);hold on%绘制拟合的直线xy1=polyfit(yx1_c2,yx1_c1,1);plot(1:b,polyval(xy1,1:b),'b-')axis([0 b 0 a]);hold onxy2=polyfit(yx2_c2,yx2_c1,1);plot(1:b,polyval(xy2,1:b),'y-')axis([0 b 0 a]);hold on%计算两直线的夹角angle_xy = 180*atan( abs((xy2(1,1)-xy1(1,1)))/(1+xy1(1,1) *xy2(1,1)) )/pi %角度%计算最左端的距离，以像素点为单位dist_xy = polyval(xy1,0)-polyval(xy2,0)。
matlab提取图像轮廓（图像边缘提取）
matlab提 取 图 像 轮 廓 （ 图 像 边 缘 提 取 ）
利用edge（）函数提取图像轮廓，绘制出对象的边界和提取边界坐标信息，matlab实现代码如下：
close all;clear all;clc; % 提取图像轮廓，提取图像边缘 I = imread('yifu.jpg'); c = im2bw(I,graythresh(I)); figure; subplot(131);imshow(I); c = flipud(c); %实现矩阵c上下翻转 b = edge(c,'canny'); [u,v] = find(b); %返回边界矩阵b中非零元素的位置 xp = v; %行值v赋给xp yp = u; %列值u赋给yp x0 = mean([min(xp),max(xp)]); %x0为行值的均值 y0 = mean([min(yp),max(yp)]); %y0为列值得均值 xp1 = xp-x0; yp1 = yp-y0; [cita,r] = cart2pol(xp1,yp1); q = sortrows([cita,r]); %从r列开始比较数值并按升序排序 cita = q(:,1); %赋角度Байду номын сангаас r = q(:,2); %赋半径模值 subplot(132);polar(cita,r); %画极坐标下的轮廓图 [x,y] = pol2cart(cita,r); x = x+x0; y = y+y0; subplot(133);plot(x,y);axis equal;
程序运行结果：
基于MATLAB的图像边缘提取并计算其角度和距离
MATLAB目的：检测下列图像的白色区域和红色区域的边缘，并计算其角度和距离。
1)利用烟草包装纸、基准线以及传送带三者之间的特性，首先将高速相机拍摄到的图片进行红色通道分离。
2)将通道分离后的图片进行二值化，得到二值图像3)将所得到的二值图像进行边缘检测4)将边缘检测后的图像先腐蚀运算，再进行膨胀运算，得到最终图像5)将图8最终得到的两条边界线使用MATLAB进行最小二乘法拟合，分别得到两条边界线的关系式，并使用数学方法计算出两条边界线的角度以及图像最左端的直线距离。
此例中，计算得到的两边沿的偏离角大小为3.15°，两边沿最左端距离大小为303.51像素。
clear clcimage=imread('Image.jpg'); %读取图片imtool(image); %显示所读取的图片imager = image(:,:,1); %提取图片红色通道imtool(imager);BW = im2bw(imager,0.15); %二值化BW = ~BW;imtool(BW);BW1 = edge(BW,'canny',0.95); %检测边缘imtool(BW1);se1 = strel('line',9,176); %腐蚀IM1 = imerode(BW1,se1);imtool(IM1);se2 = strel('line',60,176); %膨胀IM2 = imdilate(IM1,se2);imtool(IM2);[a,b]=size(IM2);[h,w]=find(IM2==1); %筛选边界点，像素值为1yx=[h,w];yx_size = size(yx); %像素点坐标对数%数据筛选出上下边界线以供拟合p=1;q=1;for k=1:yx_size(1,1)if(yx(k,1)>=600)yx1(p,:) = yx(k,:);p = p+1;elseyx2(q,:) = yx(k,:);q = q+1;endendyx1_c1 = yx1(:,1);yx1_c2 = yx1(:,2);yx2_c1 = yx2(:,1);yx2_c2 = yx2(:,2);%绘制分离边界的像素点plot(w,h,'r.')axis([0 b 0 a]);hold on%绘制拟合的直线xy1=polyfit(yx1_c2,yx1_c1,1);plot(1:b,polyval(xy1,1:b),'b-')axis([0 b 0 a]);hold onxy2=polyfit(yx2_c2,yx2_c1,1);plot(1:b,polyval(xy2,1:b),'y-')axis([0 b 0 a]);hold on%计算两直线的夹角angle_xy = 180*atan( abs((xy2(1,1)-xy1(1,1)))/(1+xy1(1,1) *xy2(1,1)) )/pi %角度%计算最左端的距离，以像素点为单位dist_xy = polyval(xy1,0)-polyval(xy2,0)。
在Matlab中进行图像特征提取的基本方法与应用
在Matlab中进行图像特征提取的基本方法与应用图像特征提取是计算机视觉领域的重要研究方向，它能够将图像中的特征信息提取出来，为后续的图像分析和识别任务提供基础。
Matlab作为一种功能强大的数学计算软件，提供了丰富的图像处理工具和算法库，使得图像特征提取变得更加便捷和高效。
本文将介绍在Matlab中进行图像特征提取的基本方法与应用。
一、灰度图像特征提取方法灰度图像特征提取是图像处理中最基本的一种方法，通过对图像的像素值进行统计和分析，得到图像的特征向量。
其中常用的特征提取方法包括灰度直方图、灰度共生矩阵和灰度梯度。
1. 灰度直方图灰度直方图是描述图像像素值分布的一种统计方法，它将图像中各个像素值的个数或占比可视化为直方图。
在Matlab中，可以使用imhist函数计算灰度直方图，并使用bar函数绘制直方图。
2. 灰度共生矩阵灰度共生矩阵是描述图像局部像素间关系的一种方法，通过统计相邻像素对出现的频率，并计算相关统计量，如对比度、相关性、能量等。
在Matlab中，可以使用graycomatrix函数计算灰度共生矩阵，并使用graycoprops函数计算相关统计量。
3. 灰度梯度灰度梯度是描述图像边缘信息的一种方法，通过计算像素值的变化率，可以得到图像中物体的边缘信息。
在Matlab中，可以使用gradient函数计算灰度梯度，并使用mat2gray函数将梯度映射到0-1范围内。
二、颜色特征提取方法除了灰度特征外，图像的颜色信息也是图像特征提取中重要的一部分。
常用的颜色特征提取方法包括颜色直方图、颜色矩和颜色梯度。
1. 颜色直方图颜色直方图是描述图像颜色分布的一种方法，通过统计图像中各个颜色通道的像素个数或占比，并可视化为直方图。
在Matlab中，可以使用histogram函数计算颜色直方图，并使用bar函数绘制直方图。
2. 颜色矩颜色矩是描述图像颜色分布的一种方法，通过计算图像颜色分布的一、二阶矩，可以得到颜色的均值、方差、偏度和峰度等统计量。
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。
基于MATLAB的Canny图像边缘检测优化与实现
基于MATLAB的Canny图像边缘检测优化与实现作者：蔺玉珂杨敏贺中屏曹华王家麒来源：《现代信息科技》2022年第17期摘要：图像边缘是图像最基本也是最重要的特征，是图像处理目前研究的一个热点。
各种算子在图像边缘识别方面各有优缺点，其中Canny算子具有不易受噪声影响且可以检测到真正弱边缘的优势。
通过自行优化Canny边缘检测的处理过程和算子，发现Canny算子对滤波参数的选择和高低阈值的取值范围比较敏感。
与MATLAB内置Canny边缘检测API相比，此方法可以提取更多的图片信息，减少失真。
关键词：边缘识别；Canny算子；阈值优化中图分类号：TP391.4 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）17-0081-04Optimization and Implementation of Canny Image Edge Detection Based on MATLABLIN Yuke， YANG Min， HE Zhongping， CAO Hua， WANG Jiaqi（Chongqing College of Electronic Engineering， Chongqing 401331， China）Abstract： Image edge is the most basic and important feature of the image， and it is a hot spot in image processing at present. Various operators have their own advantages and disadvantages in the aspect of image edge recognition. Thereinto， Canny operator has the advantage that it is not easy to be affected by noise and can detect the real weak edges. By self optimizing the processing procedure and operator of Canny edge detection， it is found that the Canny operator is sensitive to the selection of filtering parameters and the value range of high and low thresholds. Compared with Canny edge detection API built in MATLAB， this method can extract more picture information and reduce distortion.Keywords： edge recognition; Canny operator; threshold optimization0 引言圖像识别是计算机对图像进行处理、分析和提取信息，并识别到不同模式不同目标或物体的技术，对质量较差的图像也可以进行一系列增强和重建，能够有效提高图像质量。
数字图像边缘提取算子基于Matlab的实现
数字图像边缘提取算子基于Matlab的实现孔银昌【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2012(31)15【摘要】Digital image edge detection is used widely in practice, at present, can be used for image edge detection operator, this paper based on Canny and Log operator algorithm analysis and programming with Matlab simulation experiment contrast, reach two kinds of operators and for practical application, using suitable image edge detection technology to provide reference.%数字图像边缘检测在实际中有广泛的应用,目前可用于图像边缘检测的算子很多,本文主要通过对Canny和Log算子的分析以及通过Matlab编程仿真实验对比,得出两种算子的适用范围,并为实际采用合适的图像边缘检测技术提供参考.【总页数】2页(P171-172)【作者】孔银昌【作者单位】黄淮学院,驻马店463000【正文语种】中文【中图分类】TP39【相关文献】1.基于Sobel算子的医学图像边缘提取算法的DSP编程设计与实现 [J], 王小东;赵仁宏;季超;蔡占秀;邱召运2.基于MATLAB数字图像边缘检测算子的研究 [J], 黄锋华;刘琪芳;冀金凤3.基于MATLAB的数字图像边缘检测算子的实验对比研究 [J], 农海啸4.硬件实现基于SOBEL算子的图像边缘提取 [J], 焦智;刘秀兰;徐文浩5.基于C#的模板算子法数字图像边缘检测技术分析与实现 [J], 农坚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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大学课程设计报告课程名称：数字图像处理与分析课程设计题目：基于Matlab的图像边缘提取算法实现及应用姓名：学院：专业：年级：学号：目录一．课程设计目的 (3)二．提取图像边缘的背景与意义 (3)三．设计的主要内容与原理 (4)3.1 什么是图像边缘 (4)3.2 图像边缘提取的基本原理与过程 (5)3.3 对边缘检测与提取算法的介绍（以Canny与Log为例）3.3.1坎尼（Canny）边缘算子 (7)3.3.2Log边缘算子 (10)四．边缘提取算法的实现 (11)五对算子的稳定性的探讨 (13)六结束语 (17)致谢 (18)参考文献 (18)一．课程设计目的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，本文主要介绍两种经典的边缘提取算法，这两种都是用MATLAB语言编程实现，对提取结果进行比较和分析。
二．提取图像边缘的背景与意义数字图像边缘检测技术起源于20世纪20年代，当时受条件的限制一直没有取得较大进展，直到20世纪60年代后期电子技术、计算机技术有了相当的发展，数字图像边缘检测处理技术才开始进入了高速发展时期。
经过几十年的发展，数字图像边缘检测处理技术目前己经广泛应用于工业、微生物领域、医学、航空航天以及国防等许多重要领域，多年来一直得到世界各科技强国的广泛关注。
数字图像边缘检测处理技术在最近的10年发展尤为迅速，每年均有数以百计的新算法诞生，其中包括canny算法、小波变换等多种有相当影响的算法，这些算法在设计时大量运用数学、数字信号处理、信息论以及色度学的有关知识，而且不少新算法还充分吸取了神经网络、遗传算法、人工智能以及模糊逻辑等相关理论的一些思想，开阔了进行数字图像边缘检测处理的设计思路。
现代数字图像边缘检测处理的目标有三：可视化、自动化和定量化：（1）可视化:当图像被采集并显示时，这些图像通常需要改善以便观察者更容易解释它们。
感兴趣的目标必须突出或者图像各部位之间的对比度需要增强处理。
自从像CT和MRI等三维成像手段问世以来，可视化，特别是三维结构的可视化受到极大的关注。
（2）自动化:旨在使一些日常的或繁琐的工作自动化。
例如，根据一个染色体分布的显微图像自动确定染色体核型的系统，从一个血液涂片自动生成白细胞分类计数报告的系统。
这些应用的特征是要求最小的人工干预，全自动完成分析工作。
关于白细胞分类计数应用，市售系统是在1970年开发成功的。
但今天这项任务是以完全不同方式（采用流式白细胞计数技术）自动完成。
（3）定量化:有关定量化的图像边缘检测的例子有：测量动脉狭窄的程序以及用电子显微镜观察组织切片中特殊成分的定位和定量（如血色素沉着症中的铁元素）。
在这些应用中，人工介入是允许的，因为处理时间的长短在这些应用中并不是主要矛盾。
数字图像边缘检测处理，即用计算机对图像的边缘进行处理，这一技术是随着计算机技术发展而开拓出来的一个新的应用领域，汇聚了光学、电子学、数学、摄影技术、计算机技术等学科的众多方面。
图像边缘检测处理作为一门学科已经被美国数学学会列为应用数学的一个研究分支。
在其短暂的发展历史中，已经被成功的应用在几乎所有与成像有关的领域。
近年来，图像分析和处理紧紧围绕理论、实现、应用三方面迅速发展起来。
它以众多的学科领域为理论基础，其成果又渗透到众多的学科中，成为理论实践并重，在高新技术领域中占有重要地位的新兴学科分支。
三．设计的主要内容与原理3.1 什么是图像边缘所谓图像边缘（Edlge）是指图像局部特性的不连续性，例如，灰度级的突变，颜色的突变，纹理结构的突变等。
边缘广泛存在于目标与目标、物体与背景、区域与区域（含不同色彩）之间，它是图像分割所依赖的重要特征。
本为主要讨论几种典型的图像灰度值突变的边缘检测方法，其原理也是用于其他特性突变的边缘检测。
图像的边线通常与图像灰度的一阶导数的不连续性有关。
图像灰度的不连续性可分为两类：阶跃不连续，即图像灰度再不连续出的两边的像素的灰度只有明显的差异，如图1.1所示，线条不连续，即图像灰度突然从一个值变化到另一个值，保持一个较小的行程又返回到原来的值。
在实际中，阶跃和线条边缘图像是较少见的，由于空间分辨率（尺度空间）、图像传感器等原因会使阶跃边缘变成斜坡形边缘，线条边缘变成房顶形边缘。
它们的灰度变化不是瞬间的而是跨越一定距离的。
阶跃型房顶型突圆型图1.1 边缘灰度变化在讨论边缘检测方法之前，首先介绍一些术语的定义。
（1）边缘点：图像中灰度显著变化的点。
（2）边缘段：边缘点坐标()j i,及方向θ的总和，边缘的方向可以是梯度角。
（3）轮廓：边缘列表，或者是一条边缘列表的曲线模型。
（4）边缘检测器：从图像抽取边缘（边缘点或边线段）集合的算法。
（5）边缘连接：从无序边缘形成有序边缘表的过程。
（6）边缘跟踪：一个用来确定轮廓图像（指滤波后的图像）的搜索过程。
在实际中边缘点和边缘段都称为边缘。
3.2 图像边缘提取的基本原理与过程边缘是图像最基本的特征，所谓边缘就是指周围灰度强度有反差变化的那些像素的集合，是图像分割所依赖的重要基础，也是纹理分析和图像识别的重要基础。
理想的边缘检测应当正确解决边缘的有无、真假、和定向定位，长期以来，人们一直关心这一问题的研究，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。
要做好边缘检测初步准备条件如下：第一，清楚待检测的图像特性变化的形式，从而使用适应这种变化的检测方法。
第二，要知道特性变化总是发生在一定的空间范围内，不能期望用一种检测算子就能最佳检测出发生在图像上的所有特性变化。
当需要提取多空间范围内的变化特性时，要考虑多算子的综合应用。
第三，要考虑噪声的影响，其中一个办法就是滤除噪声，这有一定的局限性;再就是考虑信号加噪声的条件检测，利用统计信号分析，或通过对图像区域的建模，而进一步使检测参数化。
第四，可以考虑各种方法的组合，如先找出边缘，然后在其局部利用函数近似，通过内插等获得高精度定位。
第五，在正确检测边缘的基础上，要考虑精确定位的问题。
经典的边缘检测方法得到的往往是断续的、不完整的结构信息，噪声也较为敏感，为了有效抑制噪声，一般都首先对原图像进行平滑，再进行边缘检测就能成功地检测到真正的边缘。
从人的直观感受来说，边缘对应于物体的几何边界。
图像上灰度变化剧烈的区域比较符合这个要求，我们一般会以这个特征来提取图像的边缘。
但在遇到包含纹理的图像上，这有点问题，比如说，图像中的人穿了黑白格子的衣服，我们往往不希望提取出来的边缘包括衣服上的方格。
这就又涉及到纹理图像的处理等方法。
但一般认为边缘提取是要保留图像的灰度变化剧烈的区域，这从数学上，最直观的方法就是微分(对于数字图像来说就是差分)，在信号处理的角度来看，也可以说是用高通滤波器，即保留高频信号。
用于图像识别的边缘提取往往需要输出的边缘是二值图像，即只有黑白两个灰度的图像，其中一个灰度代表边缘，另一个代表背景。
此外，还需要把边缘细化成只有一个像素的宽度。
图像边缘检测的基本步骤：（1）滤波。
边缘检测主要基于导数计算，但受噪声影响。
但滤波器在降低噪声的同时也导致边缘强度的损失。
（2）增强。
增强算法将邻域中灰度有显著变化的点突出显示。
一般通过计算梯度幅值完成。
（3）检测。
但在有些图像中梯度幅值较大的并不是边缘点。
最简单的边缘检测是梯度幅值阈值判定。
（4）定位。
精确确定边缘的位置。
总的说来传统边缘检测的流程图如下:图2.2 边缘检测的流程图特征提取作为图像边缘检测的一个重要内容，发展了众多的方法。
这些方法经过实践的检验，成为了经典的内容。
经典的边缘检测算子包括:Roberts算子，Prewitt算子，Sobel算子，Log (Laplacian of Gaussian)算子等。
这些经典的边缘提取算子在使用时都是使用预定义好的边缘模型去匹配。
3.3 对边缘检测与提取算法的介绍（以Canny与Log为例）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。
3.3.1坎尼（Canny）边缘算子检测阶跃边缘的基本思想是在图像中找出具有局部最大梯度幅值的像素点。
图像边缘检测必须满足两个条件：一是必须能有效地抑制噪声；二是必须尽量精确确定边缘的位置。
既要提高边缘检测算子对边缘的敏感性，同时也提高了对噪声的敏感。
1.Canny 边缘检测基本原理：(1)具有既能滤去噪声又保持边缘特性的边缘检测最优滤波器，其采用一阶微分滤波器。
采用二维高斯函数的任意方向上的一阶方向导数为噪声滤波器，通过与图像卷积进行滤波；然后对滤波后的图像寻找图像梯度的局部最大值，以此来确定图像边缘。
根据对信噪比与定位乘积进行测度，得到最优化逼近算子。
这就是Canny 边缘检测算子。
(2)类似与Marr （LOG ）边缘检测方法，也属于先平滑后求导数的方法。
2.Canny 边缘检测算法：step1:用高斯滤波器平滑图象；step2:用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向；step3:对梯度幅值进行非极大值抑制；step4:用双阈值算法检测和连接边缘。
其数学描述如下：step1:二维为高斯函数为：),(y x G =221πδ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-2222exp δy x 在某一方向n 上是),(y x G 的一阶方向导数为：n G =nG ∂∂= n ▽G n=⎥⎦⎤⎢⎣⎡θθsin cos G ∇=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂y G x G 式中：n 式方向矢量，▽G 是梯度矢量。
将图像),(y x f 与n G 作卷积，同时改变n 的方向，n G *),(y x f 取得最大值时的n 就是正交于检测边缘的方向。
step2:X E =*x G ∂∂),(y x f ， y E =yG ∂∂*),(y x f ),(y x A =22Y X E E + ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Y X E E Arc tan θ),(y x A 反映了图像(x,y)点处的边缘强度，θ是图像(x,y)点处的法向矢量。