VC编程实现数字图像的边缘检测 点击:750 | 回复:0



如火

    
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发表于:2006-02-16 16:18:00
楼主
感谢网友提供! 数字图像的边缘检测是图像分割、目标区域的识别、区域形状提取等图像分析领域十分重要的基础,图像理解和分析的第一步往往就是边缘检测,目前它以成为机器视觉研究领域最活跃的课题之一,在工程应用中占有十分重要的地位。本文向读者简单介绍一下这个技术,并给出了在Visual C++环境下实现的代码。   所谓边缘就是指图像局部亮度变化最显著的部分,它是检测图像局部变化显著变化的最基本的运算。对于数字图像,图像灰度灰度值的显著变化可以用梯度来表示,以边缘检测Sobel算子为例来讲述数字图像处理中边缘检测的实现:   对于数字图像,可以用一阶差分代替一阶微分;   △xf(x,y)=f(x,y)-f(x-1,y);   △yf(x,y)=f(x,y)-f(x,y-1)   求梯度时对于平方和运算及开方运算,可以用两个分量的绝对值之和表示,即:   G[f(x,y)]={[△xf(x,y)] +[△yf(x,y)] } |△xf(x,y)|+|△yf(x,y)|;   Sobel梯度算子是先做成加权平均,再微分,然后求梯度,即:   △xf(x,y)= f(x-1,y+1) + 2f(x,y+1) + f(x+1,y+1)- f(x-1,y-1) - 2f(x,y-1) - f(x+1,y-1);   △yf(x,y)= f(x-1,y-1) + 2f(x-1,y) + f(x-1,y+1)- f(x+1,y-1) - 2f(x+1,y) - f(x+1,y+1);   G[f(x,y)]=|△xf(x,y)|+|△yf(x,y)|;   上述各式中的像素之间的关系见图 f(x-1,y-1) f(x,y-1) f(x+1,y-1) f(x-1,y) f(x,y) f(x+1,y) f(x-1,y+1) f(x,y+1) f(x+1,y+1) 我在视图类中定义了响应菜单命令的边缘检测Sobel算子实现灰度图像边缘检测的函数: void CDibView::OnMENUSobel() //灰度图像数据的获得参见天极网9.10日发表的拙作//VC数字图像处理一文 {  HANDLE data1handle;  LPBITMAPINFOHEADER lpBi;  CDibDoc *pDoc=GetDocument();  HDIB hdib;  unsigned char *hData;  unsigned char *data;  hdib=pDoc->m_hDIB;  BeginWaitCursor();  lpBi=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock((HGLOBAL)hdib);  hData= lpbi +* (LPDWORD)lpbi + 256*sizeof(RGBQUAD);  //得到指向位图像素值的指针  pDoc->SetModifiedFlag(TRUE);//设修改标志为"TRUE"  data1handle=GlobalAlloc(GMEM_SHARE,WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)*lpBi->biHeight);  //申请存放处理后的像素值的缓冲区  data=(unsigned char*)GlobalLock((HGLOBAL)data1handle);  AfxGetApp()->BeginWaitCursor();  int i,j,buf,buf1,buf2;  for( j=0; jbiHeight; j++)//以下循环求(x,y)位置的灰度值   for( i=0; ibiWidth; i++)   {    if(((i-1)>=0)&&((i+1)biWidth)&&((j-1)>=0)&&((j+1)biHeight))    {//对于图像四周边界处的向素点不处理     buf1=(int)*(hData+(i+1)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j-1))        +2*(int)*(hData+(i+1)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j))        +(int)(int)*(hData+(i+1)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j+1));     buf1=buf1-(int)(int)*(hData+(i-1)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j-1))        -2*(int)(int)*(hData+(i-1)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j))        -(int)(int)*(hData+(i-1)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j+1));     //x方向加权微分     buf2=(int)(int)*(hData+(i-1)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j+1))        +2*(int)(int)*(hData+(i)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j+1))        +(int)(int)*(hData+(i+1)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j+1));     buf2=buf2-(int)(int)*(hData+(i-1)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j-1))        -2*(int)(int)*(hData+(i)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j-1))        -(int)(int)*(hData+(i+1)*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+(j-1));     //y方向加权微分     buf=abs(buf1)+abs(buf2);//求梯度     if(buf>255) buf=255;      if(buf<0){buf=0;        *(data+i*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+j)=(BYTE)buf;      }     else *(data+i*lpBi->biWidth+j)=(BYTE)0;     }     for( j=0; jbiHeight; j++)      for( i=0; ibiWidth; i++)       *(hData+i*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+j)=*(data+i*WIDTHBYTES(lpBi->biWidth*8)+j);       //处理后的数据写回原缓冲区       AfxGetApp()->EndWaitCursor();       GlobalUnlock((HGLOBAL)hdib);       GlobalUnlock(data1handle);       GlobalFree(date1handle);       EndWaitCursor();       Invalidate(TRUE);  }   上述的数学分析读者可能看起来有些吃力,不过不要紧,对与边缘检测,大家只要知道有若干个检测模板(既边缘检测矩阵)可以直接实现检测功能就行了,现在将常用的检测实现公式列出如下:   Roberts算子:G[i,i]=|f[i,j]-f[i+1,j+1]|+|f[i+1,j]-f[i,j+1]|;   Sobe算子:G[i,i]=|f[i-1,j+1]+2f[i,j+1]+f[i+1,j+1]-f[i-1,j-1]-2f[i,j-1]-f[i+1,j-1]|            +|f[i-1,j-1]+2f[i-1,j]+f[i-1,j+1]-f[i+1,j-1]-2f[i+1,j]-f[i+1,j+1]|;   拉普拉斯算子:G[I,j]=|f[i+1,j]+f[i-1,j]+f(i,j+1)+f[i,j-1]-4f[i,j]|;   其中G[i,j]表示处理后(i,j)点的灰度值,f[i,j]表示处理前该点的灰度值。   笔者开发的该图像处理程序在Windows2000环境下编译通过,下面图2给出了依据图像处理算法得到的图像二值化、高通滤波、Sobel边缘算子的处理结果,读者需要注意的是我在进行Sobel算子进行处理后,又对它进行了二值化处理,这才得到C图。关于如何实现二值化图像,我会后续撰文对相关知识进行介绍。


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