利用MATLAB实现数字图像处理中的边缘检测算法比较
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：赵芳舟教师姓名：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：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：,该向量的幅值：,为简化计算，省略上式平方根，得到近似值；或通过取绝对值来近似，得到：。
（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：2.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。
-1-21000121-101-202-101（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。
-1-1-1000111-101-101-101（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）。
-10010-110（4）Laplace边缘检测器：二维函数的拉普拉斯是一个二阶的微分定义：0101-41010（八邻域）（5）LoG边缘检测器由于噪声点（灰度与周围点相差很大的像素点）对边缘检测有一定的影响，所以效果更好的是LoG算子，即Laplacian-Guass算子。
引入高斯函数来平滑噪声：该函数的Laplace算子：它把Guass平滑滤波器和Laplace锐化滤波器结合起来，先平滑掉噪声，再进行边缘检测，所以效果比单用Laplace算子要更为平滑，效果更好。
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。
Matlab中的图像分割与边缘检测方法
Matlab中的图像分割与边缘检测方法引言图像处理是一门研究如何对数字图像进行处理、分析、改进和理解的学科。
图像分割与边缘检测在图像处理中占据着重要的地位。
图像分割是将图像划分为多个具有语义意义的区域或对象的过程，而边缘检测则是找到图像中不连续的区域边界。
Matlab作为一种强大的软件工具，提供了丰富的图像处理函数和工具箱，本文将探讨在Matlab中应用的图像分割与边缘检测方法。
一、图像分割方法1. 基于阈值的分割基于阈值的分割是一种简单但有效的方法。
该方法将图像像素的灰度值与预设的阈值进行比较，根据比较结果将像素分配到不同的区域。
在Matlab中，可以使用imbinarize和graythresh函数来实现基于阈值的分割。
2. 区域增长法区域增长法基于像素之间的相似性来进行分割。
该方法从种子像素开始，通过判断邻域像素与种子像素的相似度来不断扩展区域。
在Matlab中，可以使用imsegf和regiongrowing函数来实现区域增长法。
3. 聚类方法聚类方法将图像像素分为多个类别，每个类别代表一个区域。
该方法通常使用聚类算法，比如k-means算法或者模糊c-均值算法。
在Matlab中，可以使用kmeans和fcm函数来实现聚类方法。
4. 模型驱动法模型驱动法基于数学模型来描述图像中的区域。
该方法通过定义一个能够衡量图像中区域特征的能量函数，并通过优化算法来最小化能量函数，从而得到分割结果。
在Matlab中，可以使用activecontour和chanvese函数来实现模型驱动法。
二、边缘检测方法1. Sobel算子Sobel算子是一种经典的边缘检测算子。
其基本思想是通过计算像素与其周围像素之间的差异来检测边缘。
在Matlab中，可以使用imgradient和imgradientxy函数来实现Sobel算子。
2. Canny算子Canny算子是一种广泛使用的边缘检测算子。
它利用高斯平滑、梯度计算、非极大值抑制和双阈值法来检测边缘。
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的比较与分析
第32卷第1期2018年1月北京测绘Beijing Surveying and MappingVol. 32 No. 1January 2018引文格式：高美欢，刘玉梅，王刚.基于M A T L A B的图像边缘检测算法的比较与分析[J].北京测绘，2018(1):48-51.D O I：10. 19580/i. c n k i 1007-3000. 2018. 01. 012基于MATLAB的图像边缘检测算法的比较与分析高美欢刘玉梅王刚(山东科技大学测绘科学与工程学院山东青岛266590)[摘要]图像的边缘中包含有图像的大部分信息，并且图像边缘检测是图像处理与分析的关键性步骤，也是模式识别与计算机视觉领域的主要研究内容之一，因此，研究边缘检测算子对图像处理十分重要。
运用M A TLA B对Sobel算子、L O G算子及Canny算子三种常用的边缘检测算子进行了仿真实验，分析了其各自的优缺点，得出Canny算子是三种算子中边缘检测效果最好的边缘检测算子。
为今后的实际应用，选择合适的算子提供了参考依据。
[关键词]图像处理；边缘检测；算法[中图分类号]P 237 [文献标识码]A〇引言图像边缘是图像局部强度变化最显著的部 分，也是指其周围像素灰度有阶跃状变化或者屋 顶状变化的那些像素的集合，其反映了图像特性 的不连续性。
图像预处理中的关键步骤就是边 缘检测，其检测结果直接影响后期的图像特征提 取以及图像处理。
像素的灰度值变化比较小的 地方是沿图像的边缘方向上；而像素的灰度值变 化比较大的地方是垂直于边缘的方向上。
根据 这种变化特点，将图像的边缘分为了阶梯状、脉 冲状和屋顶状三种类型。
一阶微分图像的峰值和二阶微分图像的零 交叉处表示阶梯状类的图像边缘；相反，一阶导 数的零交叉和二阶导数的峰值表示脉冲状和屋 顶状类的图像边缘。
因此，边缘检测的基本思想 就是求一阶导数的局部极大值和二阶导数的过 零点处，或者求一阶导数的零交叉和二阶导数的 局部极大值。
数字图像处理实验 matlab 图像增强 边缘检测 图像操作
实验1 点运算和直方图处理一、实验目的1. 掌握利用Matlab图像工具箱显示直方图的方法2. 掌握运用点操作进行图像处理的基本原理。
3. 进一步理解利用点操作这一方法进行图像处理的特点。
4. 掌握利用Matlab图像工具箱进行直方图均衡化的基本方法。
二、实验的硬件、软件平台硬件：计算机软件：操作系统：WINDOWS 2000应用软件：MATLAB三、实验内容及步骤1. 了解Matlab图像工具箱的使用。
2. 利用Matlab图像工具箱对图像进行点操作，要求完成下列3个题目中的至少2个。
⑴图1灰度范围偏小，且灰度偏低，改正之。
⑵图2暗处细节分辨不清，使其能看清楚。
⑶图3亮处细节分辨不清，使其能看清楚。
图1 图2 图33. 给出处理前后图像的直方图。
4. 利用MatLab图像处理工具箱中函数对以上图像进行直方图均衡化操作，观察结果。
四、思考题1. 点操作能完成哪些图像增强功能？2. 直方图均衡化后直方图为何并不平坦？为何灰度级会减少？五、实验报告要求1．对点操作的原理进行说明。
2．给出程序清单和注释。
3．对处理过程和结果进行分析（包括对处理前后图像的直方图的分析）。
实验2 图像平滑实验一、实验目的1．通过实验掌握图像去噪的基本方法；2．学会根据情况选用不同方法。
二、实验的硬件、软件平台硬件：计算机软件：操作系统：WINDOWS 2000应用软件：MATLAB三、实验内容及要求1．实验内容请在如下面方法中选择多个，完成图像去噪操作，并进行分析、比较。
（1）对静态场景的多幅图片取平均；（2）空间域模板卷积（不同模板、不同尺寸）；（3）频域低通滤波器（不同滤波器模型、不同截止频率）；（4）中值滤波方法。
2．实验要求（1）图片可根据需要选取；（2）对不同方法和同一方法的不同参数的实验结果进行分析和比较，如空间域卷积模板可有高斯型模板、矩形模板、三角形模板和自己根据需求设计的模板等；模板大小可以是3×3，5×5，7×7或更大。
最新图像增强、图像滤波、边缘检测的MATLAB实现
最新图像增强、图像滤波、边缘检测的MATLAB实现图像增强、图像滤波、边缘检测的M A T L A B实现图像增强、图像滤波及图像边缘检测MATLAB实现程序图像增强图像增强是指按特定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时，消弱或去除某些不需要的信息的处理方法。
其主要目的是使处理后的图像对某些特定的应用比原来的图像更加有效。
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。
图像增强有图像对比度增强、亮度增强，轮廓增强等等。
下面利用直方图统计算法对灰度图像进行增强：程序代码：I=imread('cameraman.tif');subplot(121)imshow(I);title('原始图像');subplot(122)imhist(I,64)%绘制图像的直方图，n=64为灰度图像灰度级，若I为灰度图像，默认n=256；若I为二值图像，默认n=2。
title('图像的直方图');（请自己运行查看）n=256时：（请自己运行查看）下面利用直方图均衡化增强图像的对比度：I=imread('cameraman.tif');J=histeq(I);%将灰度图像转换成具有64（默认）个离散灰度级的灰度图像imshow(I)title('原始图像')figure,imshow(J)title('直方图均衡化后的图像')figure(1)subplot(121);imhist(I,64)title('原始图像的直方图')subplot(122);imhist(J,64)title('均衡化的直方图')（请自己运行查看）分析：从上图中可以看出，用直方图均衡化后，图像的直方图的灰度间隔被拉大了，均衡化的图像的一些细节显示了出来，这有利于图像的分析和识别。
直方图均衡化就是通过变换函数histeq将原图的直方图调整为具有“平坦”倾向的直方图，然后用均衡直方图校正图像。
数字图像处理及MATLAB实现边缘检测
实验报告
实验名称边缘检测
课程名称数字图像处理及MATLAB实现
专业:班级：
学生姓名：学号:
同组人:指导教师:
实验日期: 成绩：
实验结果
（附图）
结果分析分析LOG算子的优缺点
算子模板的基本要求是对应中心像素的系数是正的，而对
应中心像素邻近的
系数应是负的，且它们的和应为零。
2.实验2：Canny算子检测边缘实验
实验结果
（附图）
结果分析分析Canny算子的优缺点和适用场合
Canny算子检测出的边缘完整、连续且细锐。
从实验结果中
可以看出,这种方法对医用CT图像的边缘检测非常适用,对
于利用计算机进行医学图像处理有着重要的现实意义。
subplot(2,3,5);
imshow(I4);
title('prewittËã×Ó·Ö¸î½á¹û');
axis([0,256,0,256]);
grid on;
axis on;
实验结果
（附图）
Soleb算子具有平滑效果，由于微分增强了噪音，这一点是特别引人注意的特性。
经分析，由于
Robert
算子通常会在图像边缘附近的区域内产生较宽的响
应，故采用上述算子检测的边缘图像常需做细化处理，边缘定位的精度不是很高
Prewitt
算子利用像素点上下、左右邻点灰度差，在边缘处达到
极值检测边缘。
对噪声具有平滑作用，定位精度不够高。
- 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)。
利用MATLAB实现数字图像处理中的边缘检测
算法比较
数字图像处理是一门涉及数字计算机技术和图像处理技术的交叉学科，其应用领域涵盖医学影像、安防监控、工业质检等诸多领域。
在数字图像处理中，边缘检测是一项重要的技术，用于检测图像中物体边界的位置，对于后续的目标识别、分割等任务具有至关重要的作用。
本文将利用MATLAB软件实现数字图像处理中常用的几种边缘检测算法，并进行比较分析。
1. Sobel算子
Sobel算子是一种经典的边缘检测算子，其原理是利用离散卷积来计算图像灰度的一阶导数。
在MATLAB中，可以通过edge函数结合Sobel算子进行边缘检测。
Sobel算子在水平和垂直方向上分别使用以下模板进行卷积计算：
2. Prewitt算子
Prewitt算子也是一种常见的边缘检测算子，其原理与Sobel算子类似，同样是利用离散卷积计算图像的一阶导数。
Prewitt算子在水平和垂直方向上的模板如下：
3. Canny边缘检测
Canny边缘检测是一种多阶段的边缘检测算法，包括高斯滤波、计算梯度、非极大值抑制、双阈值处理和边缘跟踪等步骤。
在MATLAB 中，可以通过edge函数选择Canny算法进行边缘检测。
Canny算法能够有效地抑制噪声，并得到更准确的边缘位置。
4. Roberts算子
Roberts算子是一种简单直观的边缘检测算子，其原理是通过计算邻近像素之间的差值来检测边缘。
Roberts算子包括两个模板：
比较与分析
在MATLAB中实现以上几种边缘检测算法后，我们可以对它们进行比较与分析。
首先可以从边缘检测效果来看，不同算法对于同一幅图像可能会有不同的表现，有些算法可能会更加灵敏，有些则可能会更加平滑。
其次可以从计算效率和复杂度来比较，不同算法在实际运行中所需的时间和计算资源也会有所不同。
综合来看，针对不同的应用场景和要求，选择合适的边缘检测算法至关重要。
有时候需要考虑到灵敏度和准确性，有时候则需要考虑到计算效率和实时性。
因此，在实际应用中需要根据具体情况选择最适合的算法。
通过本文对MATLAB实现数字图像处理中常用的几种边缘检测算法进行比较分析，希望读者能够更加深入地了解这些经典算法的原理和特点，为实际应用提供参考依据。
以上就是利用MATLAB实现数字图像处理中的边缘检测算法比较的相关内容，希望对读者有所帮助。