邊緣檢測算法的比較分析

摘要：邊緣檢測在圖像處理中占要重要的地位，邊緣檢測的算法選擇直接影響到整個計算機視覺系統性能的好壞，尋找比較簡單的算法、對邊緣檢測精度并與抗噪性能協調的算法起著重要作用，是圖像處理領域的熱點。

關鍵詞：計算機視覺邊緣檢測

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)03(b)-0000-00

邊緣是不同區域的分界線，是圖像局部強度變化最顯著的那些像素的集合也是圖像最基本的特征[1]。是其周圍像素灰度有階躍性變化或屋頂變化的集合。不同的灰度值的相鄰區域之間邊緣總是存在的。邊緣檢測技術是圖像處理中最基礎的技術，快速精確的提取圖像邊緣信息是該領域研究的熱點，實際景物圖像常常是各種類型的邊緣及其模糊化結合的組合。原始圖像住住含有噪聲給邊緣檢測帶來困難。

1邊緣檢測

以原始圖像為基礎，對圖像的每個像素對它的某個領域內灰度階躍變化，利用邊緣增強算子，突出局部邊緣，提取邊緣點集。利用邊緣鄰近一階或二階方向導數變化規律檢測邊緣。常用的邊緣檢測方法有：高斯-拉普拉斯（LOG）算子、Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子、Canny算子等。

1.1Roberts算子

Roberts算子是最簡單的一種邊緣檢測算子，采用對角線方向相鄰兩像素之差進行梯度幅度檢測，檢測水平和垂方向邊緣的性能好于斜線方向，并且檢測定位精度比較高，但對噪聲較體敏感。是一種利用局部差分算子尋找邊緣的算子，具有整數像素坐標的輸入圖像。

1.2 Sobel算子

可產生較好的檢測效果，是綜合圖像每個像素點的上下左右鄰點灰度的加權和，接近模板中心的權值較大，可以產生較好的邊緣效果，對噪聲有平滑作用，抗噪聲縣增加計算量，提供較為精確的邊緣方向信息。該方法是對于精度不高要求不高時較為常用的方法。

1.3 Prewitt算子

Prewitt算子是一種邊緣樣板算子，也是一種一階微分算子。樣板算子由理想的邊緣子圖像構成，用邊緣樣板去檢測圖像，與被檢測區域最為相似的樣板給出最大值，并作為算子的輸出。

1.4 LOG算子

用高斯函數對圖像作平滑濾波處理，然后用Laplacian算子檢測邊緣，抑制噪聲的同時也可能將原有的比較尖銳的邊緣平滑掉了，對去除常見于CT圖像中的正態分布噪聲很有效，為了減少噪聲影響，可先對待處理圖像進行平滑，然后用拉普拉斯算子檢測邊緣，它是對于二元函數的二階導數算子，對應的過零點就是邊緣位置，算子強調圖像灰度的突變，能增強細節信息，有銳化效果。LOG算子就是對圖像進行濾波和微分的過程，是利用旋轉對稱的LOG模板與圖像做卷積，確定濾波器輸出的零交叉位置。

1.5 Canny算子

Canny算子是尋找圖像梯度的局部最大值，用高斯濾波器的導數計算梯度。具有比較好的信噪比和檢測精度，得到了廣泛的應用。對于高噪聲的模糊圖像，在進行圖像處理前，先利用高斯平滑濾波器來平滑圖像以除去噪聲。Canny算子在抑制噪聲的同時會錯過一些低強度的邊緣，并將高強度噪聲被檢測為邊緣。Canny分割算法采用一階偏導的有限差分來計算梯度的幅值和方向[3]。對一個圖像邊緣來說，其一階導數在邊界處存在一個向上的階躍，或者其二階過零點。在處理過程中，Canny算法還將經過一個非極大值抑制的過程。最后Canny算子將采用兩個閾值來連接邊緣。

2檢測結果及比較

在圖像沒有噪聲的情況下，Roberts算子、Sobel算子和Prewitt算子，都能夠比較準確的檢測出圖像的邊緣。Roberts算子定位比較精確，對于噪聲比較敏感，但對具有陡峭邊緣且含沙射影噪聲少的圖像效果較好。Prewitt 算子和Sobel算子對邊緣的定位比較準確。一種好的邊緣檢測方法應該具有良好的噪聲抑制能力，出時又有完備的邊緣保持特性。Canny方法則以一階導數為基礎來判斷邊緣點。它是一階傳統微分中檢測階躍型邊緣效果最好的算子之一。根據對信噪比與定位乘積進行測度，得到最優化逼近算子。有效地抑制噪聲，盡量精確確定邊緣的邊置。LOG算子在使用高斯函數抑制噪聲的同時也將原有的比較尖銳的邊緣平滑掉，造成一些尖銳邊緣無法檢測到。對不同頻率噪聲的抑制作用不同，會造成邊緣信息丟失、虛假邊緣的產生。對圖像中的階躍型邊緣點定位準確，但是對噪聲非常敏感，抗噪聲能力比較差，使用拉普拉斯算子會使噪聲成分得到加強；同時該算子是無方向的量，容易丟失部分邊緣的方向信息，造成一些不連續的邊緣檢測。對LOG算子計算時，模板的近似構造很重要，運算中，默認模板的使用會在一定程度上影響圖像分割效果。

3總結

本文對幾種常用的邊緣檢測算子進行分析，尋求較簡單、能較好解決邊緣檢測精度與抗噪聲性能相互協調的檢測算法。針對具體系統或任務選擇合適的算法來解決圖像邊緣問題。

參考文獻

[1] 張廣軍.機器視覺/北京:科學出版社.2005.

[2] 李小紅.基于LOG濾波器的圖像邊緣檢測算法的研究.計算機應用與軟件 2005.22(5);107-108.

[3] 陳宏希.基于邊緣保持平滑濾波的Canny算子邊緣檢測.蘭州交通大學學報.2006.25(1):86-90.