实验九 数字图像的边界提取

1. 实验九 数字图像的边界提取

2. 一、实验目的 • 了解有关数字图像边界提取的基本概念，熟悉MATLAB软件中关于数字图像边界提取的基本命令，掌握利用MATLAB软件进行数字图像边界提取的方法；同时，学会在图上加图题，会控制图题的位置。

3. 二、相关知识 • 在图像处理中，有一种十分实用的操作叫做边界提取，在提取了图像的边界后，就可以对图像进行进一步的操作，如图像分割、特定区域的提取、骨架提取等等。 • 常用的边界检测算子有微分算子、拉普拉斯高斯算 子和canny算子。 • 在MATLAB中，系统提供edge函数，其功能是利用各种边界检测算子来检测灰度图像的边界。 • 函数edge的用法有以下几种：

4. 二、相关知识 • 1．BW=edge(I)； • 2．BW=edge(I,method)； • 3．BW=edge(I,method,thresh)； • 4．BW=edge(I,method,thresh,direction) • 其中： 子和canny算子。 • 在MATLAB中，系统提供edge函数，其功能是利用各种边界检测算子来检测灰度图像的边界。 • 函数edge的用法有以下几种：

5. 1．BW=edge(I)； • 2．BW=edge(I,method)； • 3．BW=edge(I,method,thresh)； • 4．BW=edge(I,method,thresh,direction) • 其中： • I：输入图像； • method：提取边界的方法，共有六种可取的值， • 即共有六种可使用的方法，包括： • ’sobel’，’prewitt’，’roberts’，’log’， • ’zerocross’，’canny’，缺省时使用’sobel’；

6. thresh：指定的阈值， • 所有不强于thresh的边都被忽略； • direction：对于’sobel’和’prewitt’方法指定方向， • 可取值为：’horizontal’和’vertical’， • ’both’（缺省值） • I：输入图像； • method：提取边界的方法，共有六种可取的值， • 即共有六种可使用的方法，包括： • ’sobel’，’prewitt’，’roberts’，’log’， • ’zerocross’，’canny’，缺省时使用’sobel’；

7. thresh：指定的阈值， • 所有不强于thresh的边都被忽略； • direction：对于’sobel’和’prewitt’方法指定方向， • 可取值为：’horizontal’和’vertical’， • ’both’（缺省值） • BW：返回的二值图像，其中1代表找到的边界。 • 在这些方法中，canny是较为优秀的一种，该方法使用两种不同的阈值分别检测强边界和弱边界，并且仅当弱边界和强边界相连时，才将弱边界包含在输出图像中。因此，这种方法不容易被噪声干扰，更容易检测到真正的弱边界。

8. 关于这些方法的真正含义，我们以后有专门的课程加以详细讨论，现在先看看它们的效果。关于这些方法的真正含义，我们以后有专门的课程加以详细讨论，现在先看看它们的效果。 • 例：分别调用’sobel’， ’prewitt’， ’roberts’， • ’log’， ’zerocross’和’canny’六种方法检测图像 • rice.tif的边界。程序如下： • BW：返回的二值图像，其中1代表找到的边界。 • 在这些方法中，canny是较为优秀的一种，该方法使用两种不同的阈值分别检测强边界和弱边界，并且仅当弱边界和强边界相连时，才将弱边界包含在输出图像中。因此，这种方法不容易被噪声干扰，更容易检测到真正的弱边界。

9. 关于这些方法的真正含义，我们以后有专门的课程加以详细讨论，现在先看看它们的效果。关于这些方法的真正含义，我们以后有专门的课程加以详细讨论，现在先看看它们的效果。 • 例：分别调用’sobel’， ’prewitt’， ’roberts’， • ’log’， ’zerocross’和’canny’六种方法检测图像 • rice.tif的边界。程序如下： • I=imread('rice.tif'); • BW1=edge(I,'sobel'); • BW2=edge(I,'prewitt'); • BW3=edge(I,'roberts'); • BW4=edge(I,'log'); • BW5=edge(I,'zerocross');

10. BW6=edge(I,'canny'); • imshow(I);title('图1: rice.tif原图', 'fontsize', • 14,'position',[128,280,0]); • figure;imshow(BW1); • title('图2: sobel算子提取的边界','fontsize', • I=imread('rice.tif'); • BW1=edge(I,'sobel'); • BW2=edge(I,'prewitt'); • BW3=edge(I,'roberts'); • BW4=edge(I,'log'); • BW5=edge(I,'zerocross');

11. BW6=edge(I,'canny'); • imshow(I);title('图1: rice.tif原图', 'fontsize', • 14,'position',[128,280,0]); • figure;imshow(BW1); • title('图2: sobel算子提取的边界','fontsize', • 14,'position',[128,280,0]) • figure;imshow(BW2); • title('图3: prewitt算子提取的边界','fontsize', • 14,'position',[128,280,0]) • figure;imshow(BW3);

12. title('图4: roberts算子提取的边界','fontsize', 14, • 'position',[128,280,0]) • figure;imshow(BW4); • title('图5: log算子提取的边界','fontsize',14, • 'position',[128,280,0]) • 14,'position',[128,280,0]) • figure;imshow(BW2); • title('图3: prewitt算子提取的边界','fontsize', • 14,'position',[128,280,0]) • figure;imshow(BW3);

13. title('图4: roberts算子提取的边界','fontsize', 14, • 'position',[128,280,0]) • figure;imshow(BW4); • title('图5: log算子提取的边界','fontsize',14, • 'position',[128,280,0]) • figure;imshow(BW5); • title('图6: zerocross算子提取的边界','fontsize',14, • 'position',[128,280,0]) • figure;imshow(BW6); • title('图7: canny算子提取的边界','fontsize',14, • 'position',[128,280,0])

14. 运行结果如下，从结果可以看 • 出，canny算子提取的边界较 • 为完整。

15. 关于title语句的用法，注意一下我们程序中的title语句，其简单用法就是title(‘图题的内容’)，其实它还有一些可选的参数，包括图题的位置，图题的颜色，图题的字体，大小等等参数，其一般用法是title(...,'属性名',属性值,...)，例如，要控制图题的位置，用属性名’position’，其属性值是一个三维向量[x,y,z]，初始值是[0 0 0]，其单位由units参数决定。units的可选值为pixels | normalized | inches | centimeters | points | {data}，normalized将整个矩形规范化成[0,1]×[0,1]，其余都是绝对单位，1 point = 1/72 inch。

16. 试一下，我们这个教材上的图题位置参数是多少？试一下，我们这个教材上的图题位置参数是多少？ • 可选的属性还有，’color’，‘fontname’，’fontsize’等，有需要的时候可以通过察看help来进一步学习。 • 我们再看一个例子，还是用原图rice.tif，这次我们来考虑阈值问题，在不用edge中第三和参数时，系个三维向量[x,y,z]，初始值是[0 0 0]，其单位由units参数决定。units的可选值为pixels | normalized | inches | centimeters | points | {data}，normalized将整个矩形规范化成[0,1]×[0,1]，其余都是绝对单位，1 point = 1/72 inch。

17. 试一下，我们这个教材上的图题位置参数是多少？试一下，我们这个教材上的图题位置参数是多少？ • 可选的属性还有，’color’，‘fontname’，’fontsize’等，有需要的时候可以通过察看help来进一步学习。 • 我们再看一个例子，还是用原图rice.tif，这次我们来考虑阈值问题，在不用edge中第三和参数时，系统自动选择阈值，我们可以用函数的如下调用格式来看系统为我们选择的阈值是多少，我们先看如下程序为我们带来的结果：

18. I=imread('rice.tif'); • [BW1,th1]=edge(I,'sobel'); • th1str=num2str(th1)； • imshow(I)；title('图1: rice.tif原图', 'fontsize',14,'position',[128,280,0]); 统自动选择阈值，我们可以用函数的如下调用格式来看系统为我们选择的阈值是多少，我们先看如下程序为我们带来的结果：

19. I=imread('rice.tif'); • [BW1,th1]=edge(I,'sobel'); • th1str=num2str(th1)； • imshow(I)；title('图1: rice.tif原图', 'fontsize',14,'position',[128,280,0]); • figure;imshow(BW1);ti='图8: sobel算子提取的边界,阈值为'; • ti=strcat(ti,th1str);title(ti,'fontsize',12,'position',[128,280,0])

20. figure;imshow(BW1);ti='图8: sobel算子提取的边界,阈值为'; • ti=strcat(ti,th1str);title(ti,'fontsize',12,'position',[128,280,0])

21. 我们将上面的程序中第二行换成 • [BW1,th1]=edge(I,'sobel',0.05); • 即可得到图9的结果。我们看到，边界提取得比图8要完整，因此，我们还可以通过调整阈值来改善边界提取得结果。

22. 三、实验内容 • 1．对于图像text.tif，testpat1.tif，blood1.tif，nodules1.tif用上面提到的六种方法分别提取边界并加以比较，对这四幅图像提取边界的结果，分别对每一幅图给出你的判断，认为哪种算子提取的边界最好？同时理解各种边界提取算子同时存在的必要性。对每一幅图均标出图题，并使图题的位置位于图的下方，居中，选择其中的一幅图，使其图题的字体为黑体，字号为14号。 • 2．对于图像bonemarr.tif，通过调整阈值的方法，得出一幅你认为较好的边界图，并给出此时的阈值。

23. 三、实验内容 • 3．对于图像circbw.tif用上面提到的六种方法分别提取边界并加以比较，这次你认为那种算子提取的边界最好？ • 4．完成实验报告，报告中只需要指明程序名，不需要程序和图，只要写明你的结论即可。 • 于图的下方，居中，选择其中的一幅图，使其图题的字体为黑体，字号为14号。 • 2．对于图像bonemarr.tif，通过调整阈值的方法，得出一幅你认为较好的边界图，并给出此时的阈值。

24. 3．对于图像circbw.tif用上面提到的六种方法分别提取边界并加以比较，这次你认为那种算子提取的边界最好？3．对于图像circbw.tif用上面提到的六种方法分别提取边界并加以比较，这次你认为那种算子提取的边界最好？ • 4．完成实验报告，报告中只需要指明程序名，不需要程序和图，只要写明你的结论即可。