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数字图像边缘检测算法研究
电子技术应用
何志勇,李祎,闫松,张志伟
西安航天动力研究所
摘要: 数字图像边缘检测常规的方法有Canny算法、Sobel算法、Prewitt算法等。在研究图像边缘检测常规方法的计算原理基础上,提出一种数字图像边缘检测算法,该算法包括图像的初步极值边缘矩阵计算、Otsu阈值的抑制计算和边缘的延长计算。将该算法与常规算法提取的图像边缘进行比较,验证该算法的可行性。使用该算法与常规算法对发动机喷嘴燃烧火焰图像进行边缘检测,Sobel算法、Prewitt算法提供了少量火焰的边缘,Canny算法提供了火焰的大轮廓,而该算法提供了大量的火焰细节边缘信息。因为燃烧火焰的边缘是燃烧的重要特征,所以该算法更适用于喷嘴燃烧火焰的数字图像边缘深度分析,为喷嘴燃烧火焰分析提供一种新方法。
中图分类号:TP391.4 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245903
中文引用格式: 何志勇,李祎,闫松,等. 数字图像边缘检测算法研究[J]. 电子技术应用,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

数字图像边缘是图像的基本特征之一,它是不连续(或突变) 的数据图像的特征,例如灰度值的突变或者纹理的突变等。在数字图像分析领域中,图像的边缘检测是提取图像特征、分割图像特征、识别图像特征的重要基础。在多张数字图像分析领域中,边缘检测能够准确地获得图像的重要特征变化趋势。图像边缘特征的改变反映出图中物体重要属性的改变,所以对目标图像进行边缘检测尤为重要。图像边缘检测的应用范围也越加广泛,如:医学光影、地质勘探、战场分析、光学显微等。边缘检测中最常用的算法有Roberts边缘检测算法、Laplacian边缘检测算法、Prewitt边缘检测算法、Sobel边缘检测算法、Canny 边缘检测算法[1-7]等。1986年Canny提出Canny边缘检测算法[8],检测算法过程是对待检测图像进行平滑处理后,计算梯度幅度值和梯度方向,并进行非极大值抑制,用双阈值获得图像边缘信息。罗敏等[9]针对传统Canny算法在噪声去除与高低阈值选取方面存在的问题,提出一种改进的Canny算法;韦炜[10]阐述了Robert算子、Sobel算子、Prewitt算子和Kirsch算子、高斯-拉普拉斯算子的边缘检测法等,经过对结果的对比研究,得到其各自特性和适用范围;程仁贵等[11]阐述了影像测量中的边缘检测的主要过程,包括图像二值化处理、图像边缘的细化、边缘点的提取方法等;张晗等[12]阐述了基于图像边缘增强和弱化的边缘检测研究,使处理后的图像轮廓更清晰、分界更明显并降低了模糊纹理对视觉的干扰;徐衍鲁等[8]为改善传统 Canny 算法存在的不足,提出一种改进算法;李一波等[13]为了从图像中去除椒盐噪声,提出了一种基于改进 Canny 算子的图像边缘检测算法。因此,对图像边缘检测方法研究有重要意义。

本文提出一种数字图像边缘检测算法,首先计算含噪声图像梯度幅值和梯度方向,由梯度幅值矩阵的极值确定初步极值边缘矩阵;再采用Otsu阈值对初步极值边缘矩阵值进行抑制,将大于Otsu阈值的初步极值边缘矩阵值作为图像边缘中的点,其他矩阵值则删除;边缘延长计算时,根据边缘延长理论,选择初步极值边缘矩阵中小于Otsu阈值的值,最终获得抑制噪声的图像边缘。本文的边缘检测算法被验证可行后,进行发动机喷嘴试验的燃烧火焰图像的边缘检测分析,燃烧火焰的细节边缘特征符合实际情况,为发动机喷嘴燃烧火焰数字图像分析提供参考。


本文详细内容请下载:

https://www.chinaaet.com/resource/share/2000006632


作者信息:

何志勇,李祎,闫松,张志伟

(西安航天动力研究所,陕西 西安 710100)


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