《電子技術(shù)應用》
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數(shù)字圖像邊緣檢測算法研究
電子技術(shù)應用
何志勇,李祎,閆松,張志偉
西安航天動力研究所
摘要: 數(shù)字圖像邊緣檢測常規(guī)的方法有Canny算法、Sobel算法、Prewitt算法等。在研究圖像邊緣檢測常規(guī)方法的計算原理基礎上,提出一種數(shù)字圖像邊緣檢測算法,該算法包括圖像的初步極值邊緣矩陣計算、Otsu閾值的抑制計算和邊緣的延長計算。將該算法與常規(guī)算法提取的圖像邊緣進行比較,驗證該算法的可行性。使用該算法與常規(guī)算法對發(fā)動機噴嘴燃燒火焰圖像進行邊緣檢測,Sobel算法、Prewitt算法提供了少量火焰的邊緣,Canny算法提供了火焰的大輪廓,而該算法提供了大量的火焰細節(jié)邊緣信息。因為燃燒火焰的邊緣是燃燒的重要特征,所以該算法更適用于噴嘴燃燒火焰的數(shù)字圖像邊緣深度分析,為噴嘴燃燒火焰分析提供一種新方法。
中圖分類號:TP391.4 文獻標志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245903
中文引用格式: 何志勇,李祎,閆松,等. 數(shù)字圖像邊緣檢測算法研究[J]. 電子技術(shù)應用,2025,51(8):70-73.
英文引用格式: He Zhiyong,Li Yi,Yan Song,et al. Research on digital image edge detection algorithm[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(8):70-73.
Research on digital image edge detection algorithm
He Zhiyong,Li Yi,Yan Song,Zhang Zhiwei
Xi’an Aerospace Propulsion Institute
Abstract: The conventional methods of digital image edge detection include Canny algorithm, Sobel algorithm, Prewitt algorithm, etc. On the basis of studying the calculation principle of the conventional methods of image edge detection, a digital image edge detection algorithm is proposed, which includes the preliminary extreme edge matrix calculation of the image, the suppression calculation of the Otsu threshold and the extension calculation of the edge. The feasibility of the proposed algorithm is verified by comparing the image edges extracted by the proposed algorithm with the image edges extracted by the conventional algorithms. The proosed algorithm and the corrventional methods are used to detect the edge of the engine nozzle burning flame image. The results show that the Sobel algorithm and the Prewitt algorithm the edge of a small amount of flame, the Canny algorithm provides the large outline of the flame, and the proposed algorithm provides a large amount of flame detail edge information. Because the edge of the combustion flame is an important feature of combustion, the proposed algorithm is more suitable for the depth analysis of the digital image edge of the nozzle burning flame, and provides a new method for the nozzle burning flame analysis.
Key words : digital image;edge detection algorithm;Otsu threshold;non-maximum value;burning flame

引言

數(shù)字圖像邊緣是圖像的基本特征之一,它是不連續(xù)(或突變) 的數(shù)據(jù)圖像的特征,例如灰度值的突變或者紋理的突變等。在數(shù)字圖像分析領域中,圖像的邊緣檢測是提取圖像特征、分割圖像特征、識別圖像特征的重要基礎。在多張數(shù)字圖像分析領域中,邊緣檢測能夠準確地獲得圖像的重要特征變化趨勢。圖像邊緣特征的改變反映出圖中物體重要屬性的改變,所以對目標圖像進行邊緣檢測尤為重要。圖像邊緣檢測的應用范圍也越加廣泛,如:醫(yī)學光影、地質(zhì)勘探、戰(zhàn)場分析、光學顯微等。邊緣檢測中最常用的算法有Roberts邊緣檢測算法、Laplacian邊緣檢測算法、Prewitt邊緣檢測算法、Sobel邊緣檢測算法、Canny 邊緣檢測算法[1-7]等。1986年Canny提出Canny邊緣檢測算法[8],檢測算法過程是對待檢測圖像進行平滑處理后,計算梯度幅度值和梯度方向,并進行非極大值抑制,用雙閾值獲得圖像邊緣信息。羅敏等[9]針對傳統(tǒng)Canny算法在噪聲去除與高低閾值選取方面存在的問題,提出一種改進的Canny算法;韋煒[10]闡述了Robert算子、Sobel算子、Prewitt算子和Kirsch算子、高斯-拉普拉斯算子的邊緣檢測法等,經(jīng)過對結(jié)果的對比研究,得到其各自特性和適用范圍;程仁貴等[11]闡述了影像測量中的邊緣檢測的主要過程,包括圖像二值化處理、圖像邊緣的細化、邊緣點的提取方法等;張晗等[12]闡述了基于圖像邊緣增強和弱化的邊緣檢測研究,使處理后的圖像輪廓更清晰、分界更明顯并降低了模糊紋理對視覺的干擾;徐衍魯?shù)萚8]為改善傳統(tǒng) Canny 算法存在的不足,提出一種改進算法;李一波等[13]為了從圖像中去除椒鹽噪聲,提出了一種基于改進 Canny 算子的圖像邊緣檢測算法。因此,對圖像邊緣檢測方法研究有重要意義。

本文提出一種數(shù)字圖像邊緣檢測算法,首先計算含噪聲圖像梯度幅值和梯度方向,由梯度幅值矩陣的極值確定初步極值邊緣矩陣;再采用Otsu閾值對初步極值邊緣矩陣值進行抑制,將大于Otsu閾值的初步極值邊緣矩陣值作為圖像邊緣中的點,其他矩陣值則刪除;邊緣延長計算時,根據(jù)邊緣延長理論,選擇初步極值邊緣矩陣中小于Otsu閾值的值,最終獲得抑制噪聲的圖像邊緣。本文的邊緣檢測算法被驗證可行后,進行發(fā)動機噴嘴試驗的燃燒火焰圖像的邊緣檢測分析,燃燒火焰的細節(jié)邊緣特征符合實際情況,為發(fā)動機噴嘴燃燒火焰數(shù)字圖像分析提供參考。


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作者信息:

何志勇,李祎,閆松,張志偉

(西安航天動力研究所,陜西 西安 710100)


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