MATLAB在圖形邊界特征提取中的應用*

劉洪波,劉曉敏,鄭永永,趙云偉

(1.北華大學機械工程學院,吉林吉林 132021;2.北華大學工程訓練中心,吉林吉林 132021)

MATLAB在圖形邊界特征提取中的應用*

劉洪波1,劉曉敏2*,鄭永永1,趙云偉2

(1.北華大學機械工程學院,吉林吉林 132021;2.北華大學工程訓練中心,吉林吉林 132021)

圖形輪廓特征的提取是一項十分重要的數字圖像處理技術。提出了一種利用MATLAB進行圖形邊界特征提取的方法,介紹了處理過程中的幾個重要步驟:圖像保存;調入MATLAB;邊緣檢測;確定邊界像素點坐標;擬合圖形邊界輪廓。實驗結果表明,該方法具有較好的邊界特征提取能力。

數字圖像處理技術;MATLAB;邊界特征提取;像素點

0 引 言

數字圖像處理是對圖像信息進行加工以滿足人的視覺心理或應用需求的一種行為[1]。數字圖像處理技術最早出現于20世紀50年代,經過半個多世紀的發展,已經廣泛地應用于工業、遙感、醫療保健、航空航天、軍事等各個領域,在國民經濟中發揮著越來越大的作用[2-3]。數字圖像處理的關鍵技術之一就是如何識別到精度較高的圖像邊緣,因為圖像邊緣的識別精度將直接影響測量的精度[4]。因此,如何獲取高精度的圖像邊緣已經成為幾何量精密測量領域的熱門話題,國內外學者提出很圖像邊緣的提取方法,但是這些算法大多過于復雜,運算量大,不利于實時處理[5]。

為了能夠準確快速的提取邊界輪廓,筆者出了一種利用MATLAB進行圖像邊界特征提取的方法,并且通過樣例詳細地論述了該方法在提取邊界特征過程中的幾個重要步驟。結果證明,該方法具有較好的邊界特征提取能力,且邊界輪廓特征定位較為準確。

1 邊界輪廓提取方法

邊緣作為圖像基本特征之一,圖象上其他特征大都是由邊緣區域的這些基本特征所推導出來的。因此,圖形邊界相關信息的提取在圖像幾何量的測量工作中起到很重要的作用。文中提出的利用MATLAB進行圖形邊界特征提取的方法,主要由以下幾個連續步驟完成:

(1)圖片保存 首先,將齒輪的圖片保存到MATLAB的當前工作目錄,不妨保存為 C:Documents and SettingsAdministratorMyDocumentsMATLABchilun,保存類型為JPG格式。

(2)調入MATLAB 利用命令I=imread(′chilun.jpg′)將圖片調入到MATLAB,圖片顯示(imshow (I)),顯示結果如圖1所示,如有必要,適當對其進行相應的圖像預處理。

(3)邊緣檢測 各種經典的邊緣檢測算子都能夠檢測到圖像邊緣,但是由于canny算子是用高斯函數的一階微分來確定邊緣點的,具有高精度、低誤判率和可以抑制虛假邊緣的特點,因此,canny算子相對來說不容易被噪音填充,更容易檢測出弱邊緣。所以,利用Canny算子對圖像進行邊緣檢測,圖像邊緣檢測結果如圖2所示。

(4)找出邊界點的像素坐標 圖像經過邊緣檢測后,進一步就是提取圖像邊緣點的像素值。由于邊界點的像素坐標與xy坐標具有垂直相反的關系,因此先要把矩陣I做上下翻轉處理。利用如下命令:

a=edge(flipud(I),′canny′);

[x,y]=ind2sub(size(a),find(a(:)==1));

可以得到物體的輪廓線(圖3),輪廓線是物體邊緣所有像素點的集合。

圖1 齒輪原圖

圖2 canny算子邊緣檢測

(5)擬合圖像邊界 根據齒輪的特點,使用極坐標描繪圖像,效果最好。取(x0,y0)作為極坐標的原點,其中:

x0=mean([max(x),min(x)]);

y0=mean([max(y),min(y)]);

首先將(x,y)轉化為極坐標(theta,r),然后把角度theta按升序的方式進行排列(r也作相應的處理),齒輪的極坐標圖像顯示(見圖4)。其MATLAB的實現程序:

x0=mean([max(x),min(x)]);

y0=mean([max(y),min(y)]);

xp=x-x0;

yp=y-y0;

[theta,r]=cart2pol(xp,yp);q=sortrows([theta,r]);

theta=q(:,1);

r=q(:,2);

polar(theta,r)

通過MATLAB編寫程序實現了本文所述的邊界提取方法,圖像邊界點像素值顯示(見圖3),圖像邊界的極坐標顯示(見圖4)。由圖可見,邊界輪廓線的特征都已經被提取出來,且定位基本準確。

圖3 圖像邊界輪廓線

圖4 圖像邊界的極坐標圖

2 結 論

對圖像邊界的提取過程進行了簡單論述,實驗結果表明,本文所提出的圖像邊界提取方法具有較好的輪廓特征提取和邊界特征點檢測能力,且運算量少,定位準確。對于邊界情況比較復雜的可以先對圖像適當分割,將其轉換為比較簡單的圖形,然后再分別對其進行處理。

[1]吳紀國.數字圖像處理技術在幾何量精密測量中的應用研究[D].綿陽:中國工程物理研究院,2005.

[2]宋志剛.利用數字圖像處理技術檢測錐螺紋[D].吉林:吉林大學,2004.

[3]劉中合,王瑞雪,王鋒德,等.數字圖像處理技術現狀與展望[J].計算機時代,2009(5):6-8.

[4]張 宏,譚躍剛,呂紅梅.邊緣檢測在計算機視覺幾何測量中的應用[J].武漢科技學院學報,2006,19(10):15-18.

[5]張文景,許曉鳴,丁國駿,等.一種基于曲率提取輪廓特征點的方法[J].上海交通大學學報,1993,30(5):592-595.

Application of MATLAB in Draw ing Boundary Feature Extraction

LIU Hong-bo1,LIU Xiao-min2,ZHENG Yong-yong1,ZHAO Yun-wei2
(1.School ofMechanical Engineering,Beihua University,Jilin Jilin 132021,China; 2.Engineering Training Center,Beihua University,Jilin Jilin 132021,China)

Extraction of the boundary feature from graph is a very important digital image processing technology.In this paper,amethod of extracting the boundary feature with the MATLAB is proposed.Several important steps in the process are introduced,such as saving the image file,tuning into the MATLAB,edge detection,determining the boundary pixel coordinates,fitting graphic boundary and so on.The results show that the new method has better capability of boundary feature extraction.

digital image processing technique;MATLAB;boundary feature extraction;pixel

TP335

A

1007-4414(2015)06-0065-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.06.023

2015-09-22

吉林省科技發展計劃項目(20150520109JH);吉林市科技創新發展計劃項目(201464043),(20156413);北華大學博士啟動基金。

劉洪波(1988-),男,山東菏澤人,碩士,研究方向:智能精密制造及其自動化。

劉曉敏(1980-),女,吉林省吉林人,講師,博士,研究方向:機械設計及理論,機器人技術。