基于小波去噪和机器视觉的边缘检测

第 63 卷 第 2 期 2 0 1 1 年 5 月 有 色 金 属 Nonferrous Metals Vol. 63，No. 2 May 2 0 1 1 DOI:10. 3969 / j. issn. 1001 －0211. 2011. 02. 030 基于小波去噪和机器视觉的边缘检测 邢青青，罗新斌 (苏州有色金属研究院有限公司 装备智能所，江苏苏州 215026) 摘 要:介绍通过小波去噪，Sobel边缘检测算子提取边缘的方法，通过软件平台 Labview实现，给出了各个步骤的演示图片。 结果证明这种方法抗噪能力极强，提取的边缘定位精确，程序结构合理。 关键词:金属材料;边缘检测;小波去噪;Sobel算子;Labview 中图分类号:TG334. 9 文献标识码:A 文章编号:1001 － 0211(2011)02 － 0125 － 03 收稿日期:2008 － 12 － 15 作者简介:邢青青(1983 －) ，女，江苏射阳县人，助理 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师，硕士， 主要从事机器视觉及图像处理等方面的研究。 边缘定义为图像中灰度发生急剧变化的像素的 集合。边缘主要存在于目标与目标、目标与背景、区 域与区域之间，是图像分割、纹理特征提取和形状特 征提取等图像分析的重要基础。找出图像的边缘称 为边缘检测。图像的边缘检测无论对于图像的识 别、压缩、匹配等，都是非常重要的。这也是机器视 觉研究领域最活跃的课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 之一。实际的工程应用 中，边缘检测有着非常重要的地位，比如在基于机器 视觉的对中控制系统中，需要通过边缘检测对轧制 中的带材进行定位进而找出带材的偏差。基于机器 视觉的自动在线测宽系统中，也是通过对带材的边 缘检测得出带材的宽度。还有基于机器视觉的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面 缺陷检测技术都需要依托边缘检测技术。 边缘检测算法有四个步骤:滤波、增强、检测和 定位。对中、测宽和表面缺陷检测这三种应用场合 都是需要确定边缘位置的。因此这 4 个步骤都需要 用到。 1 小波去噪 近几年，随着小波理论的应用与发展，已较好地 应用在信号处理、图像处理，量子理论等科技领域。 小波去噪的成功主要得益于小波变换的优点:低熵 性、多分辨率特性、去相关性和选基灵活性。由于小 波变换可以灵活选择基，可根据信号特点和去噪要 求选择多带小波、小波包、平移不变小波等，对不同 场合，可以选择不同的小波母函数。 图像消噪处理实际上是一个图像滤波处理。小 波变换进行图像滤波的原理是:设{Vj}j(z是 L 2(R) 的一个多分辨分析，Wj 是 Vj 在 Vj + 1中的正交补空 间。令 Pj 和 Qj 分别是 L 2(R)到 Vj 和 Wj 上的正交 投影。设有信号 f(t) (L2(R) ，经仪器测得的含有噪 声的信号为 Pjf(Vj，则有式(1)。 Pjf = Pj － n f +(Qjf (1) 用小波变换对信号进行分解的过程，就是依次 把信号中的各种频率成分从高到低逐步分离为不同 的频带的过程。对 B样条尺度函数 和小波函数 ψ 而言，其频带分别近似为［－ π，π］和［－ 2π，π］ ( ［π，2π］，因此 Qjf的频带范围近似为［－ 2 j + 1π，－ 2 jπ］( ［2 jπ，2 j + 1π］。如果我们要滤掉的噪声的频率 位于 Qjf频带范围，则只需再信号重构过程中降 Qjf 设为零。如果需要对 Qjf 进一步分解，就用到小波 包分解。 2 在 Labview中软件设计 2. 1 去噪 虚拟仪器开发平台 Labview 是当今国际上唯一 的编译型图形化编程语言，它提供了功能强大的图 像处理的工具包，结合它虚拟仪器的特性，能够实现 工控领域中基于视觉的各种应用。 图 1 是对现场采集来的一帧图片进行小波去噪 的效果显示。分别用 Haar 小波，N = 4 的 Dau- bechies 小波，N = 2 的 Coiflets 小波，N = 5 的 Symmlets小波，Nr = 2、Nd = 6 的 Biorthogonal 小波对 数据分解 4 层，令各层的小波系数为零进行重构后 的信号。由图 1 可以看出，用 Biorthogonal双正交小 波效果最好，由于它是对称的，并且光滑性最好。 2. 2 边缘检测 Administrator 矩形 Administrator 矩形 Administrator 矩形 Administrator 矩形 边缘检测算子利用图像边缘的突变性质来检测 边缘，主要分为两种类型。一种是以一阶导数为基 础的边缘检测算子，通过计算图像的梯度值来检测 图像边缘，如 Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子。 另一种是以二阶导数为基础的边缘检测算子，通过 寻求二阶导数中的过零点来检测边缘，如 Laplacian 算子、LOG算子、Canny算子。检测 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 中选用的是 Sobel算子。 Sobel算子首先是进行领域平均或加权平均，然 后进行一阶微分处理，检测出边缘点。通常是用式 (1)中的 2 个卷积核 h1 和 h2 分别对图像进行水平 和垂直边缘的检测。如果 h1 的响应是 x，h2 的响应 是 y，则可得出幅值(x2 + y2)1 /2或(x(+(y( ，其方向 是 tan － 1(y /x) ，运算结果是一幅边缘幅度图像。 h1 = 1 2 1 0 0 0 － 1 － 2 －  1 ;h2 = 1 0 － 1 2 0 － 2 1 0 －  1 (1) 算法的基本原理:由于图像边缘附近的亮度变 化比较大，所以可以把那些在领域内灰度超过某个 值的像素点当作边缘点。算法的主要步骤:分别将 2 个方向 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 沿着图像从一个像素移动到另一个像 素，并将像素的中心与图像中的某个像素位置重合; 将模板内的系数与其图像上相对应的像素值相乘; 将所有相乘的值相加;将 2 个卷积的最大值，赋给图 像中对应模板中心位置的像素，作为该像素新的灰 度值;选取合适的阈值 TH，如果新像素灰度值≥ TH，则判该像素点为图像边缘点。 图 1 不同小波去噪效果 Fig. 1 Result of different wavelet decomposition 在 Labview8. 6 中用于信号处理的控件有 Signal Processing和 Vision and Motion。边缘提取的软件设 计的流程如图 2 所示，边缘增强的卷积算子为式 (2)所示。 － 1 － 1 － 1 － 1 8 － 1 － 1 － 1 －  1 (2) 2. 3 试验结果 利用通过 Labview 编写的边缘提取模块，对现 场采集来的一幅图片进行边缘提取，中间步骤有小 621 有 色 金 属 第 63 卷 图 2 软件设计流程 Fig. 2 Software designed flowsheet 波去噪(选用的是 Nr = 2，Nd = 6 的 Biorthogonal 小 波)、空间增强、边缘增强、Sobel边缘检测、形态学处 理、边缘细化。各步骤效果如图 3 所示。从分析结 果可以看出，这个方法提取的边缘精细、抗噪能力 强，是简单有效的边缘检测方法。 讨论一种利用小波去噪、Sobel算法提取边缘的 方案，对有色行业轧制现场采集来的图片进行边缘 检测，这个边缘检测方案可以用在带材在线轧制的 纠偏系统中，或者在线测宽系统，同时也是表面检测 技术的基础。 (a)－去噪图;(b)－空间增强;(c)－边缘增强;(d)－ Sobel边缘检测;(e)－形态学处理;(f)－边缘细化 图 3 边缘提取效果 Fig. 3 Result of edge detection 参考文献: ［1］贾云得 . 机器视觉［M］． 北京:科学出版社，2000:82 － 91． ［2］李 杰，崔玉龙，司维鹏，等 . 基于线阵 CCD的运动板材边缘检测方法［J］． 应用光学，2008(2) :275 － 278． ［3］刘 娟，巨 辉 . 一种改进的基于机器视觉的边缘检测算法［J］． 应用光学，2007(23) :625 － 628． ［4］吴 捷，陈德智，郭成志 . Sobel边缘检测算法的变异实现图像增强［J］． 激光与红外，2008(6) :612 － 614． ［5］Canny John. A computational approach to edge detection［J］． IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence， 1986，8(6) :679 － 698． ［6］王崇涛 . 基于机器视觉的表面缺陷检测仪在冷轧生产的应用［J］． 河南冶金，2007(9) :57 － 60． Edge Detection Based on Wavelet Decomposition and Labivew XING Qing-qing，LUO Xin-bin (Department of Intelligent Equipment，Suzhou Nonferrous Metals Research Institute Company Limited，Suzhou 215026，Jiangsu，China) Abstract The edge detection method through wavelet decomposition and Sobel operator edge detector is described，and it is implemented by Labview，and the demonstration image of every step is given. The experimental results show that the algorithm has a better immunity to the noise jamming of images and the edge position extracted by the algorithm is accurate，the structure of the procedure is rational． Keywords:metal material;edge detection;wavelet decomposition;sobel operator;labview (责任编辑 张振健) 721第 2 期 邢青青等:基于小波去噪和机器视觉的边缘检测