图像分析技术

边缘检测

用edge函数可以进行边缘检测。这里的边缘指的是图像中对象的边界。为了进行边缘检测，edge函数使用下面两个准则中的一种，在图像上查找亮度发生明显改变的地方：

亮度的一阶导数在量级上比某些阈值更大的地方；

亮度的二阶导数为0的地方。

edge函数提供了多个求导器，每个求导器可以解决上面问题中的一种。对于某些求导器，可以指定操作是否对水平边界、垂直边界或两者都敏感。edge函数可以返回一个二值图像，图像中找到了边界的像素用1表示，否则用0表示。

在edge函数提供的边缘检测方法中，最有力的是Canny法。该方法与其他边缘检测方法的主要区别在于，它使用两个阈值来检测强边界和弱边界，并且只在弱边界与强边界相连时才进行显示。所以，该方法与其他方法相比，受噪声影响的机会更小，并且更有可能找到真实的弱边界。

比较Sobel边缘检测器和Canny边缘检测器在同一个图像上的应用效果。

（1）读入图像并显示。

>> I=imread('Bird.bmp');
>> I2=im2bw(I);
>> imshow(I2)

显示效果如图4-8所示。

（2）对图像应用Sobel和Canny边缘检测器并显示结果。

>> BW1=edge(I2,'sobel');
>> BW2=edge(I2,'canny');
>> imshow(BW1)
>> figure, imshow(BW2)

生成图4-9和图4-10所示的图像。

图4-9 应用Sobel边缘检测器的效果 图4-10 应用Canny边缘检测器的效果

边界跟踪

MATLAB的图像工具箱中提供了两个函数：bwtraceboundary函数和bwboundaries函数，可以利用它们查找二值图像中的对象边界。

bwtraceboundary函数返回图像中对象边界上所有像素的行坐标和列坐标，必须指定对象上一个边界像素的位置作为跟踪的起点。bwboundaries函数返回图像中所有对象边界像素的行坐标和列坐标。

对于这两个函数，非0像素属于对象，值为0的像素组成背景。

使用bwtraceboundary函数跟踪二值图像中的对象边界，然后用bwboundaries函数获取图像中所有对象的边界像素坐标。

（1）读入图像并显示它。

>> I=imread('coins.png');
>> imshow(I)

生成图4-11所示的图像。

（2）将图像转换为二值图像。bwtraceboundary函数和bwboundaries函数都只用于二值图像。

>> BW=im2bw(I);
>> imtool(BW)

生成图4-12所示的图像。

图4-11 原图像 图4-12 转换为二值图像

（3）确定要跟踪的对象边界上一个像素的行坐标和列坐标。bwboundaries函数把该点作为边界跟踪的起点。

>> dim=size(BW)
>> col=round(dim(2)/2)-90;
>> row=min(find(BW(:,col)))

（4）调用bwtraceboundary函数，从指定点开始跟踪边界。作为必需的变量，必须指定一个二值图像、起点的行坐标和列坐标，以及第1步的方向。本例中将北作为第1步的方向。

>> boundary=bwtraceboundary(BW,[row, col],'N');

（5）显示原始灰度图像，然后利用bwtraceboundary函数返回的坐标显示边界。

>> imshow(I)
>> hold on;
>> plot(boundary(:,2),boundary(:,1),'g','LineWidth',2);

生成图4-13所示的图像。

图4-13 带有跟踪边界的图像

（6）调用bwboundaries函数跟踪图像中所有硬币的边界。在默认情况下，bwboundaries函数可以查找图像中所有对象的边界，包括位于其他对象内部的对象。在本例使用的二值图像中，有些硬币包含黑色的区域，bwboundaries函数将它们当作单独的对象。为了确保bwboundaries函数只返回这10个硬币的边界，本例指定“noholes”变量。

>> boundaries=bwboundaries(filled,'noholes');

（7）正如下面输出所显示的，bwboundaries函数返回图像中所有硬币边缘像素的坐标值。

whos boundaries
  Name      Size                   Bytes  Class
boundaries  10x1                    24 936  cell array

对于某些对象，在选择起点和方向时必须要小心。例如，如果对象包含洞并且起点位于对象的狭长部分，根据第1步选择的方向的不同，则可能会跟踪到对象边界以外或者洞边界的内部。对于填充了的对象，第1步选择的方向没有这么重要。