基于三次样条插值的亚像素边缘检测方法
摘要:为了实现图像边缘的亚像素定位,针对阶跃形式的边缘类型,提出了一种基于三次样条插值的亚像素边缘检测算法,根据样条插值原理,获得一维边缘的连续灰度分布,通过计算边缘点两侧三次样条函数的二阶导数为零点,实现一维边缘点的亚像素定位;利用一维曲面拟合方法,获得边缘投影方向,根据一维曲面投影方向像素灰度不变理论,利用投影公式将数字窗口中所有三维点投影到相同的投影平面,从而可将二维边缘检测问题转化为一维边缘检测,利用一维边缘检测方法获得边缘点位置,结合投影方向,较终实现二维边缘定位。通过与现有亚像素边缘检测方法的比较,可知算法对噪声具有较好的鲁棒性,同时计算时间相对较快,因此在实际应用中具有较好的适用性。
关键词:样条插值;亚像素边缘检测;曲面拟合
中图分类号:TP27 文献标志码:A
1 引 言
图像的边缘蕴含了丰富的内在信息,是图像的基本特征之一。因此,边缘检测是图像处理中的重要内容。随着计算机视觉在图像检测领域的广泛应用[1],图像中边缘的定位精度直接影响到视觉系统的检测精度。经典的整像素算法,例如常用的Sobel算子[2]、Krisch算子[3]、Prewitt算子[4]、Roberts算子[5]和Canny算子[6]等,这些边缘检测技术只能判断出边缘位置处在哪一个像素内,却不能在该像素内对边缘进一步细分,已经不能满足目前工程技术上对测量精度越来越高的要求。
目前针对这一问题,需要研究出一种更高精度的边缘提取方法,即亚像素方法。现有的亚像素边缘检测方法可以归纳为3种[7]:基于矩的方法,拟合法(基于较小二乘的方法) 和插值的方法。其中,基于插值的检测方法对噪声具有良好的鲁棒性,并且能够较好地满足系统对边缘检测速度和精度的要求。
本文将通过研究样条插值理论,给出一种基于三次样条插值的亚像素边缘检测方法。
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