MATLAB在圖形邊界特征提取中的應(yīng)用*

劉洪波,劉曉敏,鄭永永,趙云偉

(1.北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,吉林吉林 132021;2.北華大學(xué)工程訓(xùn)練中心,吉林吉林 132021)

MATLAB在圖形邊界特征提取中的應(yīng)用*

劉洪波1,劉曉敏2*,鄭永永1,趙云偉2

(1.北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,吉林吉林 132021;2.北華大學(xué)工程訓(xùn)練中心,吉林吉林 132021)

圖形輪廓特征的提取是一項(xiàng)十分重要的數(shù)字圖像處理技術(shù)。提出了一種利用MATLAB進(jìn)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(diào)入MATLAB;邊緣檢測;確定邊界像素點(diǎn)坐標(biāo);擬合圖形邊界輪廓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法具有較好的邊界特征提取能力。

數(shù)字圖像處理技術(shù);MATLAB;邊界特征提取;像素點(diǎn)

0 引 言

數(shù)字圖像處理是對圖像信息進(jìn)行加工以滿足人的視覺心理或應(yīng)用需求的一種行為[1]。數(shù)字圖像處理技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代,經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展,已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、遙感、醫(yī)療保健、航空航天、軍事等各個領(lǐng)域,在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越大的作用[2-3]。數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵技術(shù)之一就是如何識別到精度較高的圖像邊緣,因?yàn)閳D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(jīng)成為幾何量精密測量領(lǐng)域的熱門話題,國內(nèi)外學(xué)者提出很圖像邊緣的提取方法,但是這些算法大多過于復(fù)雜,運(yùn)算量大,不利于實(shí)時處理[5]。

為了能夠準(zhǔn)確快速的提取邊界輪廓,筆者出了一種利用MATLAB進(jìn)行圖像邊界特征提取的方法,并且通過樣例詳細(xì)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(jié)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(zhǔn)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(qū)域的這些基本特征所推導(dǎo)出來的。因此,圖形邊界相關(guān)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(jìn)行圖形邊界特征提取的方法,主要由以下幾個連續(xù)步驟完成:

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

(2)調(diào)入MATLAB 利用命令I(lǐng)=imread(′chilun.jpg′)將圖片調(diào)入到MATLAB,圖片顯示(imshow (I)),顯示結(jié)果如圖1所示,如有必要,適當(dāng)對其進(jìn)行相應(yīng)的圖像預(yù)處理。

(3)邊緣檢測 各種經(jīng)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(shù)的一階微分來確定邊緣點(diǎn)的,具有高精度、低誤判率和可以抑制虛假邊緣的特點(diǎn),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(jìn)行邊緣檢測,圖像邊緣檢測結(jié)果如圖2所示。

(4)找出邊界點(diǎn)的像素坐標(biāo) 圖像經(jīng)過邊緣檢測后,進(jìn)一步就是提取圖像邊緣點(diǎn)的像素值。由于邊界點(diǎn)的像素坐標(biāo)與xy坐標(biāo)具有垂直相反的關(guān)系,因此先要把矩陣I做上下翻轉(zhuǎn)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(diǎn)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(jù)齒輪的特點(diǎn),使用極坐標(biāo)描繪圖像,效果最好。取(x0,y0)作為極坐標(biāo)的原點(diǎn),其中:

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

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

首先將(x,y)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)(theta,r),然后把角度theta按升序的方式進(jìn)行排列(r也作相應(yīng)的處理),齒輪的極坐標(biāo)圖像顯示(見圖4)。其MATLAB的實(shí)現(xiàn)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?qū)崿F(xiàn)了本文所述的邊界提取方法,圖像邊界點(diǎn)像素值顯示(見圖3),圖像邊界的極坐標(biāo)顯示(見圖4)。由圖可見,邊界輪廓線的特征都已經(jīng)被提取出來,且定位基本準(zhǔn)確。

圖3 圖像邊界輪廓線

圖4 圖像邊界的極坐標(biāo)圖

2 結(jié) 論

對圖像邊界的提取過程進(jìn)行了簡單論述,實(shí)驗(yàn)結(jié)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(diǎn)檢測能力,且運(yùn)算量少,定位準(zhǔn)確。對于邊界情況比較復(fù)雜的可以先對圖像適當(dāng)分割,將其轉(zhuǎn)換為比較簡單的圖形,然后再分別對其進(jìn)行處理。

[1]吳紀(jì)國.數(shù)字圖像處理技術(shù)在幾何量精密測量中的應(yīng)用研究[D].綿陽:中國工程物理研究院,2005.

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

[3]劉中合,王瑞雪,王鋒德,等.數(shù)字圖像處理技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].計算機(jī)時代,2009(5):6-8.

[4]張 宏,譚躍剛,呂紅梅.邊緣檢測在計算機(jī)視覺幾何測量中的應(yīng)用[J].武漢科技學(xué)院學(xué)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(diǎn)的方法[J].上海交通大學(xué)學(xué)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(fā)展計劃項(xiàng)目(20150520109JH);吉林市科技創(chuàng)新發(fā)展計劃項(xiàng)目(201464043),(20156413);北華大學(xué)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(jī)械設(shè)計及理論,機(jī)器人技術(shù)。