刘洪波,刘晓敏,郑永永,赵云伟

(1.北华大学机械工程学院,吉林吉林 132021;2.北华大学工程训练中心,吉林吉林 132021)

MATLAB在图形边界特征提取中的应用*

刘洪波1,刘晓敏2*,郑永永1,赵云伟2

(1.北华大学机械工程学院,吉林吉林 132021;2.北华大学工程训练中心,吉林吉林 132021)

图形轮廓特征的提取是一项十分重要的数字图像处理技术。提出了一种利用MATLAB进行图形边界特征提取的方法,介绍了处理过程中的几个重要步骤:图像保存;调入MATLAB;边缘检测;确定边界像素点坐标;拟合图形边界轮廓。实验结果表明,该方法具有较好的边界特征提取能力。

数字图像处理技术;MATLAB;边界特征提取;像素点

0 引 言

数字图像处理是对图像信息进行加工以满足人的视觉心理或应用需求的一种行为[1]。数字图像处理技术最早出现于20世纪50年代,经过半个多世纪的发展,已经广泛地应用于工业、遥感、医疗保健、航空航天、军事等各个领域,在国民经济中发挥着越来越大的作用[2-3]。数字图像处理的关键技术之一就是如何识别到精度较高的图像边缘,因为图像边缘的识别精度将直接影响测量的精度[4]。因此,如何获取高精度的图像边缘已经成为几何量精密测量领域的热门话题,国内外学者提出很图像边缘的提取方法,但是这些算法大多过于复杂,运算量大,不利于实时处理[5]。

为了能够准确快速的提取边界轮廓,笔者出了一种利用MATLAB进行图像边界特征提取的方法,并且通过样例详细地论述了该方法在提取边界特征过程中的几个重要步骤。结果证明,该方法具有较好的边界特征提取能力,且边界轮廓特征定位较为准确。

1 边界轮廓提取方法

边缘作为图像基本特征之一,图象上其他特征大都是由边缘区域的这些基本特征所推导出来的。因此,图形边界相关信息的提取在图像几何量的测量工作中起到很重要的作用。文中提出的利用MATLAB进行图形边界特征提取的方法,主要由以下几个连续步骤完成:

(1)图片保存 首先,将齿轮的图片保存到MATLAB的当前工作目录,不妨保存为 C:Documents and SettingsAdministratorMyDocumentsMATLABchilun,保存类型为JPG格式。

(2)调入MATLAB 利用命令I=imread(′chilun.jpg′)将图片调入到MATLAB,图片显示(imshow (I)),显示结果如图1所示,如有必要,适当对其进行相应的图像预处理。

(3)边缘检测 各种经典的边缘检测算子都能够检测到图像边缘,但是由于canny算子是用高斯函数的一阶微分来确定边缘点的,具有高精度、低误判率和可以抑制虚假边缘的特点,因此,canny算子相对来说不容易被噪音填充,更容易检测出弱边缘。所以,利用Canny算子对图像进行边缘检测,图像边缘检测结果如图2所示。

(4)找出边界点的像素坐标 图像经过边缘检测后,进一步就是提取图像边缘点的像素值。由于边界点的像素坐标与xy坐标具有垂直相反的关系,因此先要把矩阵I做上下翻转处理。利用如下命令:

a=edge(flipud(I),′canny′);

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

可以得到物体的轮廓线(图3),轮廓线是物体边缘所有像素点的集合。

图1 齿轮原图

图2 canny算子边缘检测

(5)拟合图像边界 根据齿轮的特点,使用极坐标描绘图像,效果最好。取(x0,y0)作为极坐标的原点,其中:

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

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

首先将(x,y)转化为极坐标(theta,r),然后把角度theta按升序的方式进行排列(r也作相应的处理),齿轮的极坐标图像显示(见图4)。其MATLAB的实现程序:

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)

通过MATLAB编写程序实现了本文所述的边界提取方法,图像边界点像素值显示(见图3),图像边界的极坐标显示(见图4)。由图可见,边界轮廓线的特征都已经被提取出来,且定位基本准确。

图3 图像边界轮廓线

图4 图像边界的极坐标图

2 结 论

对图像边界的提取过程进行了简单论述,实验结果表明,本文所提出的图像边界提取方法具有较好的轮廓特征提取和边界特征点检测能力,且运算量少,定位准确。对于边界情况比较复杂的可以先对图像适当分割,将其转换为比较简单的图形,然后再分别对其进行处理。

[1]吴纪国.数字图像处理技术在几何量精密测量中的应用研究[D].绵阳:中国工程物理研究院,2005.

[2]宋志刚.利用数字图像处理技术检测锥螺纹[D].吉林:吉林大学,2004.

[3]刘中合,王瑞雪,王锋德,等.数字图像处理技术现状与展望[J].计算机时代,2009(5):6-8.

[4]张 宏,谭跃刚,吕红梅.边缘检测在计算机视觉几何测量中的应用[J].武汉科技学院学报,2006,19(10):15-18.

[5]张文景,许晓鸣,丁国骏,等.一种基于曲率提取轮廓特征点的方法[J].上海交通大学学报,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

吉林省科技发展计划项目(20150520109JH);吉林市科技创新发展计划项目(201464043),(20156413);北华大学博士启动基金。

刘洪波(1988-),男,山东菏泽人,硕士,研究方向:智能精密制造及其自动化。

刘晓敏(1980-),女,吉林省吉林人,讲师,博士,研究方向:机械设计及理论,机器人技术。