数字图像处理第六章图像分割第四讲边缘检测分割法
数字图像处理中的图像分割算法
数字图像处理中的图像分割算法数字图像处理是指将数字化后的图像进行处理和分析的一门学科。
图像分割是数字图像处理中的一个重要分支，它的目的是将图像中的像素点按照一定的规则划分为若干个不同的区域，以便进行后续的处理和分析。
图像分割广泛应用于计算机视觉、医学影像处理、自动化检测等领域。
本文将对数字图像处理中的图像分割算法进行分类介绍。
一、全局阈值分割法全局阈值分割法是一种常用的图像分割方法。
它的原理是将图像的灰度级别分为两部分，一部分位于阈值以下，一部分位于阈值以上。
这里所说的阈值是指一个固定的值，它可以由人工设置或者通过计算得出。
全局阈值分割法的优点在于方法简单，计算速度快，适用于灰度变化明显的图像。
但是，它的缺点是对于灰度变化不明显或者需要区分多个物体的图像分割效果不佳。
二、基于区域的图像分割法基于区域的图像分割法是一种将图像分割为不同区域的方法。
它的原理是将图像中相邻像素点的相似性作为分割的依据。
常用的算法包括区域生长法、区域分裂法和区域合并法。
这些方法可以通过定义不同的相似度度量标准来实现对图像分割的控制。
基于区域的图像分割法在处理复杂纹理、颜色相近的图像时的效果比全局阈值分割法好，但是它们对分割顺序和初始区域选择的依赖性较强。
三、边缘检测法边缘是图像中最基本的结构之一，它体现了图像中物体的边界信息。
边缘检测法是通过检测图像中的边缘来实现图像分割的一种方法。
边缘检测法的基本思想是在图像中寻找像素值发生突变的点。
常用的边缘检测算法包括Canny算法、Sobel算法和Prewitt 算法等。
边缘检测法可以在提取边缘信息的同时实现图像分割，但是它对噪声和图像分辨率的依赖性较强。
四、基于能量的图像分割法基于能量的图像分割法是将图像分割看做一种优化问题，通过寻找最优分割来实现图像分割的一种方法。
它的基本思想是将图像中的每一个像素点看做一个节点，并将节点之间的连通性看做一种能量关系。
优化分割问题就可以转化为一个能量最小化的问题。
【数字图像处理】边缘检测与图像分割
【数字图像处理】边缘检测与图像分割原⽂链接：作者：1图像分割原理图像分割的研究多年来⼀直受到⼈们的⾼度重视，⾄今提出了各种类型的分割算法。
Pal把图像分割算法分成了6类：阈值分割，像素分割、深度图像分割、彩⾊图像分割，边缘检测和基于模糊集的⽅法。
但是，该⽅法中，各个类别的内容是有重叠的。
为了涵盖不断涌现的新⽅法，有的研究者将图像分割算法分为以下六类：并⾏边界分割技术、串⾏边界分割技术、并⾏区域分割技术、串⾏区域分割技术、结合特定理论⼯具的分割技术和特殊图像分割技术。
⽽在较近的⼀篇综述中，更有学者将图像分割简单的分割数据驱动的分割和模型驱动的分割两类。
下⾯将图像分割⽅法主要分以下⼏类：基于阈值的分割⽅法、基于区域的分割⽅法、基于边缘的分割⽅法、基于数学形态的分割⽅法以及基于特定理论的分割⽅法等，对其中主要的分别进⾏简要介绍。
1.1灰度阈值分割法是⼀种最常⽤的并⾏区域技术，它是图像分割中应⽤数量最多的⼀类。
阈值分割⽅法实际上是输⼊图像f到输出图像g的如下变换：其中，T为阈值，对于物体的图像元素g(i,j)=l，对于背景的图像元素g(i,j)=0。
由此可见，阈值分割算法的关键是确定阈值，如果能确定⼀个合适的阈值就可准确地将图像分割开来。
如果阈值选取过⾼，则过多的⽬标区域将被划分为背景，相反如果阈值选取过低，则过多的背景将被划分到⽬标区[7]。
阈值确定后，将阈值与像素点的灰度值⽐较和像素分割可对各像素并⾏地进⾏，分割的结果直接给出图像区域。
阈值分割必须满⾜⼀个假设条件：图像的直⽅图具有较明显的双峰或多峰，并在⾕底选择闭值。
因此这种⽅法对⽬标和背景反差较⼤的图像进⾏分割的效果⼗分明显，⽽且总能⽤封闭、连通的边界定义不交叠的区域。
阈值分割法主要分为全局和局部两种，⽬前应⽤的闭值分割⽅法都是在此基础上发展起来的，⽐如最⼩误差法、最⼤相关法、最⼤嫡法、矩量保持法、Otsu最⼤类间⽅差法等，⽽应⽤最⼴泛的是Otsu最⼤类间⽅差法。
边缘检测与图像分割精品PPT课件
例1：检测不连续性
例2：检测相似性
7.2 阈值分割
7.2.1 阈值分割原理与分类
7.2.2 阈值选取方法
7.3 边缘检测
7.3.1 边缘检测概念
7.3.2 基于一阶导数法的边缘检测
基于二阶导数法的边缘检测
7.4 区域分割
7.4.1 区域生长法
7.4.2 分裂合并法
7.5 直线检测
阈值分割法的特点：
适用于物体与背景有较强对比的情况，重要的是背景或 物体的灰度比较单一。（可通过先求背景，然后求反得 到物体）
这种方法总可以得到封闭且连通区域的边界。
显然对于阈值分割方法，确定一个最优阈值是分割的关键问题， 现有的大部分算法都是集中在阈值确定的研究上。
常用的阈值分割就是图像的二值化，选择一阈值（？），将图像
图像分割及其基于分割的目标表达、特征提取和参数测量等将原 始图像转化为更抽象更紧凑的形式，使得更高层的图像分析和理解成 为可能。
图像分割多年来一直得到人们的高度重视，至今已提出了上千种 各种类型的分割算法，而且近年来每年都有上百篇相关研究报道发表 。
3.图像分割的基本策略(P187)
分割算法基于灰度值的两个基本特性：不连续性和相似性。 首先检测图像像素灰度级的不连续性，找到点、线(宽度为1)、 边(不定宽度)。先找边，后确定区域。 或者，检测图像区域像素的灰度值的相似性，通过选择阈值， 找到灰度值相似的区域，区域的外轮廓就是对象的边。
gx,
y
1 0
f x, y T f x, y T
一副含有一个与背景明显对比的物体图像具 有包含双峰的灰度直方图，如图3一3所示。 两个尖峰对应于物体内部和外部较多数目的 点。两峰间的谷对应于物体边缘附近相对较 少数目的点，在类似这样的情况下，通常采 用直方图来确定灰度阐值的值。
图像分割与边缘检测优秀课件
(5-5)
如图5-3所示，如果设置一个阈值T，使得灰度值小于T 的像素分为背景，而使得大于T的像素分为目标，则把目标 像素分割为背景的误差概率E1(T)为
E1(T)Tp2(z)d z
(5-6)
把背景像素分割为目标的误差概率E2(T)为
E2(T)Tp1(z)dz
假定图像中仅包含两类主要的灰度区域(目标和背景)， z代表灰度值，则z可看做一个随机变量，直方图看做是对灰 度概率密度函数p(z)的估计。p(z)实际上是目标和背景两个 概率密度函数之和。设p1(z)和p2(z)分别表示背景与目标的概 率密度函数，P1和P2分别表示背景像素与目标像素出现的概 率(P1+P2=1)。混合概率密度函数p(z)为
0 f(x,y)T1 g(x,y) k Tkf(x,y)Tk1
255f(x,y)Tm
k1,2, ,K1
(5-2)
式中： Tk为一系列分割阈值； k为赋予每个目标区域的标 号； m为分割后的目标区域数减1。
阈值分割的关键是如何确定适合的阈值， 不同的阈值
其处理结果差异很大， 会影响特征测量与分析等后续过程。
阈值分割过程如下： 首先确定一个阈值T， 对于图像 中的每个像素， 若其灰度值大于T，则将其置为目标点(值 为1)， 否则置为背景点(值为0)， 或者相反， 从而将图像 分为目标区域与背景区域。 用公式可表示为
g(x,y)10
f(x,y)T f(x,y)T
(5-1)
在编程实现时， 也可以将目标像素置为255， 背景像 素置为0， 或者相反。 当图像中含有多个目标且灰度差别 较大时， 可以设置多个阈值实现多阈值分割。 多阈值分割 可表示为
数字图像处理的边缘检测算法
数字图像处理中的边缘检测算法数字图像处理是计算机科学领域中的一个重要研究方向，其目的是通过计算机算法对图像进行处理和分析，以提取有用的信息和特征。
其中，边缘检测算法是数字图像处理中的一个基础问题，它在图像分割、目标识别和图像理解等方面具有广泛的应用。
边缘是图像中灰度值或颜色变化明显的区域，边缘检测算法的目标就是在图像中准确地找到这些边缘。
边缘检测算法可以分为基于梯度的方法和基于模型的方法两大类。
基于梯度的边缘检测算法是最常用的方法之一。
其中，Sobel算子和Prewitt算子是两种经典的基于梯度的边缘检测算法。
它们的基本思想是通过计算图像中像素点的梯度值来确定边缘的位置和方向。
Sobel算子通过对图像进行卷积操作来计算像素点的梯度值。
它使用了两个3×3的卷积核，分别对图像进行水平和垂直方向上的卷积运算。
通过计算两个方向上的梯度值，可以得到像素点的梯度幅值和梯度方向，从而确定边缘的位置和方向。
Prewitt算子与Sobel算子类似，也是通过卷积运算来计算梯度值。
不同的是，Prewitt算子使用了两个3×3的卷积核，分别对图像进行水平和垂直方向上的卷积运算。
通过计算两个方向上的梯度值，可以得到像素点的梯度幅值和梯度方向，从而确定边缘的位置和方向。
除了基于梯度的边缘检测算法，基于模型的边缘检测算法也是常用的方法之一。
其中，Canny算法是一种经典的基于模型的边缘检测算法。
它的基本思想是通过对图像进行多次平滑和差分运算，来提取图像中的边缘。
Canny算法首先对图像进行高斯平滑，以减少噪声的影响。
然后，通过计算图像中像素点的梯度值和方向，来确定边缘的位置和方向。
接下来，Canny算法使用非极大值抑制方法来细化边缘，以保留边缘的细节信息。
最后，Canny算法使用双阈值算法来检测和连接边缘。
除了上述的经典算法，还有一些其他的边缘检测算法也具有一定的研究和应用价值。
例如，拉普拉斯算子是一种基于二阶导数的边缘检测算法，可以提取图像中的高频信息。
Dip-6
p( z ) =
P 1 e 2π σ 1
−
( z − µ1 )2
2 2σ 1
+
P2 e 2π σ 2
−
( z − µ 2 )2
2 2σ 2
将该方程用于(6-1-1-1)得下列门限T的解：
AT 2 + BT + C = 0
其中
2 A = σ 12 − σ 2 2 B = 2 µ1σ 2 − µ 2σ 12
图像分割—门限法
将一个背景点当作目标点进行分类时，错误概率为：
E 1 (T
) = ∫− ∞
T
p 2 ( z )dz
将一个目标点当作背景点进行分类时，错误概率为:
E 2 (T
) = ∫T
∞
p 1 ( z )dz
出错率的整体概率是：
E (T ) = P2 E1 (T ) + P1 E 2 (T )
对E(T)求导并令导数为0，得
最优门限的选取 多数情况下，目标和背景的灰度分布有重叠。若二者的 灰度分布的概率密度函数已知，则可以选择门限使得错误概 率最小（统计最优）。
背景
图像中两个区域的灰度级概率密 度函数
目标
图像整体灰度级变化的总概率密度函数：
p ( z ) = P1 p 1 ( z ) + P2 p 2 ( z )
（P1和P2是两类象素出现的概率）
P p1 (T ) = P2 p2 (T ) 1
——(6-1-1-1)
解出的T即为最佳门限。如果P1=P2，则最佳门限位于P1(z)和P2(z) 的交点处。
图像分割—门限法
从T的表达式知，为了求取T，需要知道两个概率密度。在现实中 并不是总可以对这两个密度进行估计。通常的做法是利用参数化 模型。例如常考虑使用高斯密度：
图像处理中的图像分割与边缘检测算法
图像处理中的图像分割与边缘检测算法图像处理是计算机视觉领域的一项重要技术，它可以对图像进行各种操作和分析。
其中，图像分割和边缘检测是图像处理中的两个关键任务，它们在许多应用中起着至关重要的作用。
图像分割是将图像划分成若干个具有独立语义的区域的过程。
在图像中，不同的物体或区域通常具有不同的颜色、纹理或亮度等特征。
通过对这些特征进行分析和提取，可以将图像中的不同区域分割出来，从而实现对图像的理解和分析。
图像分割在许多领域中都有广泛的应用，比如医学影像分析、目标识别和图像检索等。
边缘检测是图像处理中常用的一种技术，它可以检测出图像中物体的边缘轮廓。
边缘是图像中颜色、亮度或纹理等发生突变的地方，通过检测这些突变的地方，可以找到图像中物体的边界。
边缘检测在图像处理中有着广泛的应用，比如图像增强、目标检测和图像分割等。
在图像分割和边缘检测中，有许多经典的算法被广泛应用。
其中，基于阈值的分割算法是最简单和常用的一种方法。
该方法通过设置一个或多个阈值，将图像中的像素分为不同的类别。
这种方法简单直观，但对于复杂的图像，效果不佳。
因此，研究者们提出了许多基于区域的分割算法，如区域增长、区域分裂合并等。
这些算法通过对图像中的像素进行聚类，将相邻像素归为同一区域，从而实现图像的分割。
边缘检测算法有很多种，其中最经典的是Canny边缘检测算法。
Canny算法通过对图像进行平滑处理，然后计算图像中像素灰度的一阶和二阶导数，从而找到图像中的边缘。
该算法具有较高的准确性和稳定性，在实际应用中得到了广泛的应用。
此外，还有其他一些边缘检测算法，如Sobel算法、Laplacian算法等，它们也都有各自的特点和适用范围。
除了传统的图像分割和边缘检测算法，近年来深度学习技术在图像处理中也取得了重要的突破。
深度学习是一种基于神经网络的机器学习方法，它通过多层次的神经网络模型来学习图像的特征表示。
在图像分割和边缘检测任务中，深度学习方法可以通过大量的训练数据来学习图像的特征，从而实现更准确和鲁棒的分割和检测结果。
数字图像处理中的边缘检测算法
数字图像处理中的边缘检测算法数字图像处理是一门关于数字图像的理论和方法的学科，它涵盖了数字图像的获取、处理、分析和应用等方面。
在实际应用中，数字图像处理一般包括对图像进行处理和分析，这里将会详细介绍边缘检测算法在数字图像处理中的应用。
一、数字图像处理数字图像处理主要包括以下几个方面：1. 图像获取：利用各种成像设备如摄像机、扫描仪等，获取数字图像。
2. 图像处理：在获取的图像数据上进行各种预处理、增强、降噪、分割等操作，使图像更清晰、更适合后续分析操作。
3. 图像分析：对图像进行统计分析、形态学分析、特征提取等操作，得到图像的表征或者图像中感兴趣目标的属性信息。
4. 图像应用：将得到的图像信息应用于各种相关领域，如医学、工业、环境、军事等。
图像处理中的边缘检测是一项非常重要的操作，它用于检测图像中的边缘信息，常被应用于图像分割、目标提取、图像对比等方面。
下面将就数字图像处理中的边缘检测算法进行介绍。
二、边缘检测算法边缘检测算法是用于检测图像中边缘信息的算法，它可以用来检测图像中物体的轮廓、检测出图像中区域的变化等。
边缘是图像中像素灰度值变化较大的位置，边缘检测的目的即是找到这些边缘。
不同的边缘检测算法有不同的原理和处理步骤，大致分为以下几种：1. 基于微分的边缘检测算法基于微分的边缘检测算法采用的是微分运算的原理，通过计算像素点灰度值的一阶或者二阶微分值来检测边缘。
常用的微分算子有Sobel算子、Prewitt算子、Roberts算子等。
其中，Sobel算子是一种较为常用的边缘检测算子，它是一种离散运算，对于像素点的上下、左右两个方向的灰度变化敏感，可以较好地检测出图像中的边缘。
2. 基于阈值的边缘检测算法基于阈值的边缘检测算法是一种简单的边缘检测方法，其原理是通过设置一个阈值，将图像中高于或低于该阈值的像素点筛选出来，这些被筛选出的像素点就是图像中的边缘点。
该方法的优点是操作简单，但同时也存在一些缺点，如由于图像中像素点的灰度值变化较大，可能出现部分像素点灰度值在两个阈值之间，这些像素点可能未被筛选出来，导致边缘检测效果不佳。
图像处理与分析中的边缘检测与图像分割方法
图像处理与分析中的边缘检测与图像分割方法边缘检测和图像分割是图像处理与分析领域中的重要任务，广泛应用于计算机视觉、模式识别、人工智能等领域。
边缘是图像中物体边界的几何特征，边缘检测是指在图像中提取出物体的边缘信息。
而图像分割是将图像划分为不同的区域或物体，以便进一步进行后续处理和分析。
在图像处理与分析中，有各种各样的边缘检测和图像分割方法。
下面将分别介绍其中几种常见的方法。
一、边缘检测方法：1. Sobel算子：Sobel算子是一种基于梯度的边缘检测算法，通过计算图像处每个像素点的梯度大小和方向来检测边缘。
Sobel算子分为水平和垂直两部分，分别对应图像在水平和垂直方向上的灰度变化。
将两个方向上的梯度值叠加，即可得到边缘强度。
2. Canny边缘检测：Canny算法是一种广泛应用的边缘检测算法，它结合了高斯滤波、梯度计算、非极大值抑制和双阈值等步骤。
首先使用高斯滤波器平滑图像，然后计算图像梯度的幅值和方向，接着进行非极大值抑制来提取细边缘，最后通过双阈值检测来连接边缘。
3. Laplacian算子：Laplacian算子是一种基于二阶导数的边缘检测算法，它可以通过计算图像的拉普拉斯算子来检测边缘。
具体而言，Laplacian算子将每个像素的灰度值与其周围像素的平均值进行比较，从而确定边缘。
二、图像分割方法：1. 基于阈值的图像分割：基于阈值的图像分割方法是将图像中像素的灰度值与一定的阈值进行比较，将像素分为不同的区域。
这种方法的简单易懂，但对于光照、噪声等因素敏感。
2. 区域生长算法：区域生长算法是一种基于相似性的图像分割方法，它从种子像素开始，通过定义相似性准则来逐步扩展区域。
具体而言，根据相邻像素的灰度值与种子像素的差异来判断是否加入该区域。
3. 迭代聚类算法：迭代聚类算法是一种基于特征相似性的图像分割方法，它通过对图像中的像素进行聚类操作，将相似的像素归为同一类别。
常用的迭代聚类算法包括k-means算法和高斯混合模型等。
914751-数字图像处理-第六章图像分割第四讲边缘检测分割法
4、二阶微分算子检测边缘 主要有拉普拉斯算子和LOG算子（也称Marr算子）。
（1）拉普拉斯算子 二阶导数： 2 f 2 f 2 f
x2 y 2
1 -2 1 -2 4 -2 1 -2 1
国家级精品资源共享课
拉普拉斯算子特点
在分割中所起的作用:
a) 利用它的零交叉性质进行边缘预定位。 b) 确定一个象素在边缘暗的一边还是亮的一边。
国家级精品资源共享课
6.3.3 模板匹配法边缘检测
1、基本思路
根据目标特征，建立匹配模板，通过考察模板和原图像中各子 区域的相似性确定是否是目标。若相似，则认为该部分与模板 相同，标记为目标。
2、相似性度量
国家级精品资源共享课
6.3.4 曲面拟合法边缘检测
1、基本思路 用一个平面或曲面去逼近图像中的局部灰度表面，然后用 这个平面或曲面的梯度代替点的梯度，从而实现边缘检测， 可减少噪声的干扰。
2、常用方法 一次平面拟合 f (x, y) ax by c 二次曲面拟合 f (x, y) ax2 bxy cy2 dx ey g
国家级精品资源共享课
举例
原始图像
梯度算子
Roberts算子
Prewitt算子
Kirsch算子
Laplacian算子
国家级精品资源共享课
曲面拟合法
国家级精品资源共享课
图片来自其他参考书
（2）LOG算子
国家级精品资源共享课
LOG函数的三维曲线、图像、剖面和模板
拉氏算子检测的边缘
LOG算子检测的边缘
国家级精品资源共享课
5、边缘接续和闭合 1）边缘接续的目的
边缘接续的目的是要把间断的边连接起来形成封闭的边界。
2）局部接续处理的原理 分析边缘检测结果中的每个点(x,y)的特性；在一个小的 邻域（3x3 或 5x5）中把所有相似的点被连接，形成一 个具有共同特性象素的边界。
第六章图像分割与边缘检测方案
y f (x, y) [ f (x 1, y 1) 2 f (x 1, y) f (x 1, y 1)]
[ f (x 1, y 1) 2 f (x 1, y) f (x 1, y 1)]
Sobel算子边缘检测结果
3.普瑞维特边缘算子
普瑞维特（Prewitt）边缘检测算子是一种利用 局部差分平均方法寻找边缘的算子，它体现了 3对像素点像素值之差的平均概念，算子形式 如下：
目前，具有对边缘的描述性定义，即两 个具有不同灰度的均匀图像区域的边界 ，即边界反映局部的灰度变化。
局部边缘是图像中局部灰度级以简单（ 即单调）的方式作极快变换的小区域。 这种局部变化可用一定窗口运算的边缘 检测算子来检测。
边缘的描述包含以下几个方面
(1) 边缘法线方向——在某点灰度变化最剧 烈的方向，与边缘方向垂直； (2) 边缘方向——与边缘法线方向垂直，是 目标边界的切线方向； (3) 边缘强度——沿边缘法线方向图像局部 的变化强度的量度。
典型边缘信号
(a)
(b)
(c)
(d)
（a） 边界； （b） 线； （c） 折线变化； （d） 缓慢的平滑变化
3. 边 缘 检 测 算 子
罗伯特边缘算子 索贝尔（Sobel）边缘算子 普瑞维特（Prewitt）边缘检测算子 拉普拉斯边缘检测算子 凯西（Kirsch）边缘检测算子 高斯-拉普拉斯(LOG)算子
以双峰之间的谷低处灰度值作为阈值T进行图像的阈值化处理，便可将目标和 背景分割开来。
(a)
(b)
(c)
(d)
图9-3 (a) 原始图像； (b) 阈值T=91； (c) 阈值T=130； (d) 阈值T=43
图9-4 直方图
在图像的阈值化处理过程中，选用不同的阈值其处理结果差异很大； 阈值过大，会提取多余的部分； 阈值过小，又会丢失所需的部分； 因此，阈值的选取非常重要。
数字图像处理---图像分割
数字图像处理---图像分割图像分割概述图像分析概念：对图像中感兴趣的⽬标进⾏检测和测量，以获得它们的客观信息，从⽽建⽴对图像的描述步骤：1. 图像分割2. 特征识别3. 对象分类4. 建⽴联系概述图像分割概念：将图像划分为互不重叠的区域并提取感兴趣⽬标的技术基本策略：基于灰度值的两个基本特性：不连续性和相似性通过检测不连续性先找边，后确定区域通过检测相似性，在⼀定阈值下找到灰度值相似区域，区域外轮廓即为对象边界⽅法基于边缘的分割⽅法：先提取区域边界，再确定边界限定区域区域分割：确定每个像素归属区域，从⽽形成区域图区域⽣长：将属性接近的连通像素聚集成区域分裂-合并分割：即存在图像划分，也存在图像合并边缘检测算⼦---边缘分割法边缘定义：图像中像素灰度有阶跃变化或屋顶变化的像素的集合分类：阶跃状屋顶状特点：属于⾼频信号区域往往为闭合连线边缘检测流程滤波⇒增强⇒检测⇒定位边缘检测算⼦基本思想：计算局部微分算⼦⼀阶微分：⽤梯度算⼦进⾏运算特点：对于阶跃状变化会出现极⼤值（两侧都是正值，中间最⼤）对于屋顶状变化会过零点（两侧符号相反）不变部分为0⽤途：检测图像中边的存在注意事项：由于结果图中存在负值，因此需要处理后使⽤处理⽅法：取绝对值加最⼩值阈值法⼆阶微分：通过拉普拉斯算⼦计算特点：对于阶跃状变化会过零点（两侧符号相反）对于屋顶状变化会出现负极⼤值（两侧都是正值，中间最⼩）不变部分为0⽤途：检测图像中边的存在常⽤边缘检测算⼦Roberts 算⼦Prewitt 算⼦Sobel 算⼦Kirsch 算⼦Laplacian 算⼦Marr 算⼦交叉⽅向⼀阶锐化问题：锐化处理结果对具有矩形特征的物体的边缘提取较为有效，但是对于不规则形状的边缘提取，则存在信息上的缺损解决思想：利⽤⽆⽅向的锐化算法交叉微分算⼦交叉Roberts 算⼦公式：f ′x =|f (x +1,y +1)−f (x ,y )|f ′y =|f (x +1,y )−f (x ,y +1)|模板:f ′x =−1001,f ′y =01−1特点：算法简单,对噪声敏感，效果较梯度算⼦较好交叉Prewitt 算⼦模板:d ′x =011−101−1−10,d ′y =−1−10−101011特点：与Sobel 相⽐有⼀定抗⼲扰性，图像效果较⼲净交叉Sobel 算⼦模板:d ′x =012−101−2−10,d ′y =−2−10−101012特点：锐化的边缘信息较强kirsch 算⼦(⽅向算⼦)模板：特点在计算边缘强度的同时可以得到边缘⽅向各⽅向间的夹⾓为45°分析取其中最⼤的值作为边缘强度，与之对应的⽅向作为边缘⽅向若取最⼤值绝对值，则仅需要前四个模板即可Nevitia 算⼦[][][][][][]特点:各⽅向间的夹⾓为30°Laplacian算⼦同图像增强中的Laplacian算⼦优点：各向同性、线性和位移不变对细线和孤⽴点检测效果较好缺点对噪声敏感，有双倍加强作⽤不能检测出边缘⽅向常产⽣双像素边缘使⽤之前需要对图像进⾏平滑Marr算⼦在Laplacian算⼦基础上发展⽽来平滑函数采⽤⾼斯正态分布函数h(x,y)=e−x2+y2 2σ2σ为⽅差⽤h(x,y)对图像f(x,y)平滑克表⽰为g(x,y)=h(x,y)∗f(x,y) *代表卷积令r表⽰从原点出发的径向距离，即r2=x2+y2利⽤⾼斯-拉普拉斯滤波器（LOG滤波器）▽2h=(r2−2σ2σ4)e−r22σ2即可利⽤⼆阶导数算⼦过零点的性质，确定图像中阶跃边缘的位置在该算⼦中σ越⼩边缘位置精度越⾼，边缘细节变化越多；σ越⼤平滑作⽤越⼤，但是细节损失越⼤，边缘点定位精度越低过程1. 通过⼆维⾼斯函数对图像进⾏卷积降噪2. ⽤⼆阶导数差分算⼦计算图像强度的⼆阶导数3. 利⽤⼆阶导数算⼦过零点的性质，确定图像中阶跃边缘的位置优点：能快速得到⼀个闭合的轮廓缺点：对噪声敏感Canny边缘检测算⼦最优边缘检测算⼦应有的指标低误判率⾼定位精度抑制虚假边缘过程：1. 计算图像梯度2. 梯度⾮极⼤值抑制3. 双阈值提取边缘点计算图像梯度⾼斯函数的⼀阶导数模板：−11−11,−1−111⾮极⼤值抑制 NMS思想：梯度幅值图像M(x,y)，仅保留梯度⽅向上的极⼤值点过程初始化N(x,y)=M(x,y)对每⼀点在梯度⽅向和反梯度⽅向各找n 个点，若M(x,y)⾮最⼤值，则置零，否则保持不变对NMS 结果⼆值化（双阈值提取边缘点）使⽤两个阈值T 1,T 2:T 2>>T 1由T 1得到E 1(x ,y ),低阈值边缘图：更⼤的误检率由T 2得到E 2(x ,y ),⾼阈值边缘图：更可靠边缘连接初始化E (x ,y )=E 2(x ,y )对E (x ,y )中的每个点在E 1(x ,y )中寻找延长部分进⾏连接输出E (x ,y )Canny 边缘检测算⼦步骤1. ⾼斯滤波器平滑2. ⼀阶偏导计算梯度幅值与⽅向3. 对梯度幅值进⾏⾮极⼤值抑制4. 双阈值算法检测连接边缘Canny 边缘检测算⼦优点参数较⼩计算效率⾼得到边缘连续完整双阈值选择T Low =T HIGH ∗0.4曲⾯拟合法出发点：基于差分检测图像边缘的算⼦往往对噪声敏感四点拟合灰度表⾯法⽤⼀平⾯p (x ,y )=ax +by +c 来拟合四邻域像素灰度值定义均⽅差为ε=∑[p (x ,y )−f (x ,y )]2模板a =12−1−111,b =12−11−11特点：先平均后求差分，对噪声由抑制作⽤边缘跟踪出发点：噪声边检测需要归整边缘像素概念：将检测的边缘点连接成线过程：边缘提取连接成线⽅法光栅扫描跟踪法全向跟踪法光栅扫描跟踪法概念：采⽤电视光栅⾏扫描顺序，结合门限检测，对遇到的像素进⾏分析并确定其是否是边缘的跟踪⽅法具体步骤：[][][][]确定检测阈值d（较⾼）超过d的点作为对象点确定跟踪阈值t（较低）确定跟踪邻域扫描下⼀⾏，跟踪邻域内灰度差⼩于t的，接受为对象点若没有对象点，则该曲线跟踪结束重新从下⼀⾏开始利⽤d寻找对象点并进⾏跟踪扫描结束后跟踪结束特征可以不是灰度级跟踪准则根据具体问题灵活运⽤最好再进⾏⼀次其他⽅向的跟踪全向跟踪Hough变化检测法问题：如何连接边界点集基本思想利⽤xoy直⾓坐标系直线y=ax+b,待求极坐标系内点(ρ,θ),已知求点到线的变化ρ=xcosθ+ysinθ原理:过每个点的直线系分别对应极坐标系上的⼀条正弦曲线，如正弦曲线存在共同交点(ρ′,θ′),则必定在平⾯上共线实现：使⽤交点累积器或直⽅图，寻找相交线段最多的参数空间的点，再寻找对应的直线线段特点：对ρ、θ量化过粗会导致直线参数不精确，过细会导致计算量增加获得直线抗噪能⼒强可以⽤来检测直线阈值分割法基本思想：通过阈值T⽣成⼆值图，在四邻域中有背景的像素就是边界像素特点：适⽤于物体与背景有强对⽐的情况下，且物体或背景的灰度较单⼀可以先求背景再求物体可以得到封闭且连通区域的边界通过交互获得阈值通过直⽅图得到阈值基本思想：边界上的点灰度值出现次数较少⽅法：选取直⽅图⾕底的最⼩灰度值作为阈值缺点：会受到噪声⼲扰改进：取两个峰值之间的某个固定位置降噪简单图像的阈值分割判断分析法最佳熵⾃动阈值法复杂图像的阈值分割步骤⾃动平滑直⽅图确定区域类数⾃动搜索多个阈值特征空间聚类k均值聚类步骤任意选取K个初始聚类中⼼值使⽤最⼩距离判别，将新读⼊的像素分⾄K类重新计算中⼼值，等于⼀类元素的平均值重新聚类直⾄新旧差异不⼤区域增长通过像素集合的区域增长实现：根据应⽤选取种⼦选择描述符种⼦根据描述符扩张直⾄没有新的节点加⼊集合简单区域扩张法以未划分点与起点灰度差⼩于阈值T作为描述符优缺点：1. 不好确定阈值2. ⽆法分割缓慢变化边界质⼼区域增长法以未划分点与区域平均灰度值差⼩于阈值T作为描述符分裂合并法实现：1. 对于灰度级不同的区域划分为四个⼦区域2. 若相邻⼦区域所有像素灰度级相同，则合并3. 反复进⾏直⾄不再进⾏新的分裂合并操作Processing math: 100%。
数字图像处理中的边缘检测算法
数字图像处理中的边缘检测算法数字图像处理是一种将图像转换为数字形式以进行计算机处理的技术，常用于医学图像处理、地质勘探、监控图像处理等领域。
其中边缘检测是数字图像处理中非常重要的一个步骤，它可以提取图像中的边缘信息，进行进一步的处理和分析。
本文将介绍数字图像处理中的边缘检测算法，包括Sobel算子、Prewitt算子、Canny算法等。
一、Sobel算子Sobel算子是一种经典的边缘检测算法，用于检测图像中的边缘信息。
其基本原理是对于图像中的每一个像素点，计算其周围像素点的灰度差异，以此来判断这个像素点处是否有边缘。
Sobel算子的计算公式如下：$G_x = \begin{bmatrix} -1 & 0 & 1\\ -2 & 0 & 2\\ -1 & 0 & 1\\\end{bmatrix}*I$$G_y = \begin{bmatrix} -1 & -2 & -1\\ 0 & 0 & 0\\ 1 & 2 & 1\\\end{bmatrix}*I$$G = \sqrt{G_x^2 + G_y^2}$其中，$G_x$和$G_y$分别表示横向和纵向的边缘检测结果，$G$表示综合起来的边缘检测结果，$I$表示输入图像。
可以看到，Sobel算子的核函数是一个$3*3$的矩阵，通过卷积运算将其应用于输入图像中的每一个像素点。
Sobel算子有以下优点：可以检测出粗细不一的边缘；计算简单，运算速度快。
但是也有以下不足：可能会检测出一些假边缘；对于噪声较多的图像效果不佳。
二、Prewitt算子Prewitt算子也是一种常用的边缘检测算法，与Sobel算子类似，也是通过计算像素点周围像素点的灰度差异来检测边缘。
Prewitt算子的核函数为：$G_x = \begin{bmatrix} -1 & 0 & 1\\ -1 & 0 & 1\\ -1 & 0 & 1\\\end{bmatrix}*I$$G_y = \begin{bmatrix} -1 & -1 & -1\\ 0 & 0 & 0\\ 1 & 1 & 1\\\end{bmatrix}*I$$G = \sqrt{G_x^2 + G_y^2}$与Sobel算子相比，Prewitt算子的核函数也是一个$3*3$的矩阵，但是其检测结果更加简单，可能会漏掉一些边缘信息。
图像处理中的边缘检测算法及其应用
图像处理中的边缘检测算法及其应用一、引言图像处理是指利用计算机对数字图像进行编辑、处理和分析的过程，具有广泛的应用领域。
在图像处理中，边缘检测是一项最为基础的任务，其目的是通过识别图像区域中像素强度突变处的变化来提取出图像中的边缘信息。
本文将介绍边缘检测算法的基本原理及其应用。
二、基本原理边缘是图像中像素值发生跳变的位置，例如黑色区域与白色区域的交界处就可以看作是一条边缘。
边缘检测的主要任务是将这些边缘信息提取出来。
边缘检测算法一般可以分为基于梯度的算法和基于二阶导数的算法。
其中基于梯度的算法主要包括Sobel算子、Prewitt算子和Canny算子；而基于二阶导数的算法主要包括Laplacian算子、LoG（Laplacian of Gaussian）算子和DoG（Difference of Gaussian）算子。
1.Sobel算子Sobel算子是一种常用的边缘检测算法，是一种基于梯度的算法。
该算法在x方向和y方向上都使用了3x3的卷积核，它们分别是：Kx = |-2 0 2|-1 0 1-1 -2 -1Ky = | 0 0 0|1 2 1Sobel算子的实现可以通过以下步骤：①将输入图像转为灰度图像；②根据以上卷积核计算x方向和y方向的梯度；③根据以下公式计算梯度幅值和方向：G = sqrt(Gx^2 + Gy^2) (梯度幅值)θ = atan(Gy/Gx) (梯度方向)其中Gx和Gy分别为x方向和y方向上的梯度。
可以看到，Sobel算子比较简单，对噪声具有一定的抑制作用，但是在边缘细节处理上不够精细。
2.Prewitt算子Prewitt算子也是一种基于梯度的边缘检测算法。
其卷积核如下： -1 0 1-1 0 1-1 -1 -1Ky = | 0 0 0|1 1 1实现方法与Sobel算子类似。
3.Canny算子Canny算子是一种基于梯度的边缘检测算法，是目前应用最广泛的边缘检测算法之一。
数字图像处理边缘检测
6.1.2.1 点检测
• 点检测——算法描述
–设定阈值 T，如T = 32、64、128等,并计算 高通滤波值R。 –如果R值等于0，说明当前检测点的灰度值与 周围点的相同。 –当R的值足够大时，说明该点的值与周围的 点非常不同，是孤立点。通过阈值T来判断 若|R| > T，则检测到一个孤立点。
第 六 章 图 像 分 割 和 分 析
第 六 章 图 像 分 割 和 分 析
6.1.2.3 边缘检测
5 马尔（Marr)算子
实际中，可将图像与如下2-D高斯函数的拉普拉斯作 卷积，以消除噪声。
x2 y 2 hx, y exp 2 2
其中σ是高斯分布的均方差。如果令r2=x2+y2, 那么根据求 拉普拉斯的定义式，有
1 连接处理的时机和目的
时机：对做过边缘检测的图像进行。 目的：连接间断的边。
第 六 2 连接处理的原理 章 1)做过边缘检测后，对每个边缘点(x,y)的邻域内像素的特 点进行分析。 图 像 2)分析在一个小的邻域（33或55）中进行。 分 3)用比较梯度算子的响应强度和梯度方向确定两个点是否 割 同属一条边。 和 分 点(x,y) 析
6.1.1 图像分割引言
第 六 章 3 图像分割的基本策略 特性可以是灰度、颜色、纹理等，目标可以对应单个区域 图 ，也可以对应多个区域 像 分 图像分割的基本策略，基于灰度值的两个基本特性： 割 1) 不连续性——不连续性是基于特性（如灰度）的不连续 和 变化分割图像，如边缘检测 分 2) 相似性——根据制定的准则将图像分割为相似的区域， 析
其中T是一个非负的阈值。
第 六 章 图 像 分 割 和 分 析
6.1.3.1 局部连接处理（边界闭合）
数字图像处理与应用(MATLAB版)第6章 图像的分割
是边缘；
➢ 使用双阈值算法检测和连接边缘。即使用直方图计
算两个阈值，凡是大于高阈值的一定是边缘；凡是
小于低阈值的一定不是边缘。如果检测结果大于低
阈值但又小于高阈值，那就要看这个像素的邻接像
素中有没有超过高阈值的边缘像素，如果有，则该
像素就是边缘，否则就不是边缘。
0 -1 0 -1 4 -1 0 -1 0
B A
6.1 图像分割的定义和分类
图像分割：是指根据灰度、彩色、纹理等特征把图像 划分成若干个互不相交的区域，使得这些特征在同一区 域内，表现出一致性或相似性，而在不同区域间表现出 明显的不同。
图像分割的作用
图像分割是图像识别和图像理解的前提，图像分 割质量的好坏直接影响后续图像处理的效果。
图像
具体步骤：
➢ 首先用2D高斯滤波模板进行卷积以平滑图像；
➢ 利 用 微 分 算 子 ( 如 Roberts 算 子 、 Prewitt 算 子 和
Sobel算子等)，计算梯度的幅值和方向；
➢ 对梯度幅值进行非极大值抑制。即遍历图像，若某
个像素的灰度值与其梯度方向上前后两个像素的灰
，
度值相比不是最大，那么这个像素值置为0，即不
第六章 图像的分割
内 容 1、图像分割的定义和分类； 提 2、基于边缘的图像分割方法；
要 3、基于区域的分割；
4、基于运动的图像分割 ； 5、图像分割技术的发展。
基
本 要
通过对图像分割技术的学习，掌
求 握基于边缘、区域、运动的图像
重
分割技术。
点
难 点
图像分割的定义、分类 基于边缘的图像分割方法
基于区域、运动的图像分割方法
G(i, j) Px Py
边缘检测(数字图像处理课件)
2
项目二
一阶导数可以用于检测图 像中的一个点是否在斜坡 上. 二阶导数的符号可以用于 判断一个边缘点.是在边缘 亮的一边还是暗的一边.
(1)对图像中的每条边缘二
阶导数生成两个值
(2)一条连接二阶导数正极
值和负极值的虚构直线将
斜坡数字边缘模型
在边缘中点附近穿过零点.
斜坡部分与边缘的模糊程度成 正比.
6
项目二
边缘检测
canny边缘算子： 先高斯滤波，在找图像梯度的局部极大值，以确定图像边缘。
BW=edge(I,'canny') BW=edge(I,'canny',thresh) BW=edge(I,'canny',thresh,sigma) [BW,thresh]=edge(I,'canny',……) 其中，sigma是指滤波器标准偏差，默认为2，滤波器的大 小是n*n
5
项目二
边缘检测
LoG边缘算子： 为了防止图像对噪声敏感，先做高斯滤波，在进行laplacian 变换，两者再卷积得到的滤波器。
BW=edge(I,'log') BW=edge(I,'log',thresh) BW=edge(I,'log',thresh,sigma) [BW,thresh]=edge(I,'log',……) 其中，sigma是指滤波器标准偏差，默认为2，滤波器的大 小是n*n
13
12
项目二
hough变换
圆形Hough变换来对相接触的多个苹果果实进行分 离，有必要研究一下圆形Hough变换的特点，圆在 空间的参数方程为：
( x a0 )2 ( y b0 )2 r02
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 -2 1 -2 4 -2 1 -2 1
拉普拉斯算子特点
在分割中所起的作用:
a) 利用它的零交叉性质进行边缘预定位。 b) 确定一个象素在边缘暗的一边还是亮的一边。
图片来自其他参考书
（2）LOG算子
LOG函数的三维曲线、图像、剖面和模板
拉氏算子检测的边缘
LOG算子检测的边缘
5、边缘接续和闭合 1）边缘接续的目的
举例
原始图像
梯度算子
Roberts算子
Prewitt算子
Kirsch算子
Laplacian算子
曲面拟合法
2、相似性度量
6.3.4 曲面拟合法边缘检测
1、基本思路 用一个平面或曲面去逼近图像中的局部灰度表面，然后用 这个平面或曲面的梯度代替点的梯度，从而实现边缘检测， 可减少噪声的干扰。
2、常用方法 一次平面拟合 f (x, y) ax by c 二次曲面拟合 f (x, y) ax2 bxy cy2 dx ey g
3、边缘分割法原理
6.3.2 边缘检测算子与分割
1、边缘检测算子 主要有一阶、二阶局部微分算子。
2、微分算子检测边缘的原理
1）一阶微分算子检测边缘的基本思想： 检测图像一阶导数的峰值或者谷值确定边缘，可用一阶微 分算子和图像卷积实现。
2）二阶微分算子检测边缘的基本思想： 检测图像二阶导数的零点确定边缘，可用二阶微分算子和 图像卷积实现，并可通过二阶导数的正负判断像素在明区 还是暗区。
（1）Kirsch方向模板：8个方向依次成45°夹角
使用方法：8个模板分别与图像卷积，检测8个方向的灰度变 化，变化最大的方向即是边缘的方向。
Kirsch算子的方向模板也可以有更大的尺寸，5×5的Kirsch 算子的前4个方向模板如下：
（2） Prewitt对角模板 （3） Sobel对角模板
（4） Canny算子 存在问题: a. 位置不准；b.非单像素宽。等等。
边缘接续的目的是要把间断的边连接起来形成封闭的边界。
2）局部接续处理的原理 分析边缘检测结果中的每个点(x,y)的特性；在一个小的 邻域（3x3 或 5x5）中把所有相似的点被连接，形成一 个具有共同特性象素的边界。
6.3.3 模板匹配法边缘检测
1、基本思路
根据目标特征，建立匹配模板，通过考察模板和原图像中各子 区域的相似性确定是否是目标。若相似，则认为该部分与模板 相同，标记为目标。
好的检测算子需满足三个指标： a) 高准确性：多包含真边缘，少包含假边缘； b) 高精确度：检测到的边缘应该在真正的边界上； c) 单像素宽：选择性很高，只对边缘有唯一响应。
Canny算子检测边缘的步骤
4、二阶微分算子检测边缘 主要有拉普拉斯算子和LOG算子（也称Marr算子）。
（1）拉普拉斯算子 二阶导数： 2 f 2 f 2 f
3、一阶微分算子检测边缘 1）梯度算子
为了检测边缘点，选取适当的阈值T，对梯度图像进行二值化，
则有：
g(
x,
y)
1 0
G[ f (x, y)] T else
图片来自其他参考书
边缘检测分割的例子
2）其它方向算子 Roberts，Prewitt，Sobel等算子，只包含两个方向的模 板，可检测边缘方向少。方向模板方向越多就能检测更多 方向的边缘。