基于Gabor滤波器的图像边缘检测算法研究

本科毕业设计基于Gabor滤波器的图像边缘检测算法研究姓名王增凯学院信息与电气工程学院专业信息工程年级2010学号20102212165指导教师逄珊2014年5月15日独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。此声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日毕业论文（设计）使用授权声明本人完全了解鲁东大学关于收集、保存、使用毕业论文（设计）的规定。本人愿意按照学校要求提交论文（设计）的印刷本和电子版，同意学校保存论文（设计）的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存论文（设计）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布论文（设计）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者（签名）：年月日毕业设计开题报告姓名王增凯学院信息与电气工程学院年级2010学号20102212165题目基于Gabor滤波器的图像边缘检测课题来源其它课题类别应用研究选题意义（包括科学意义和应用前景，研究概况，水平和发展趋势，列出主要参考文献目录）：图像的边缘是图像非常重要且基础的一部分，图像的绝大多数信息存可由图像的边缘得到。而一般的边缘大多存在于图像的不规则结构中，也就是在信号突变点处，目标轮廓的方位往往通过这些边缘点得到，而这些轮廓通常是我们在处理图像时关注的一些重要特征信息，因此我们需要运用特定的技术从原图像中提取边缘[1]。图像的边缘检测是处理图像的基本途径之一但也是一大技术难题，随着科技的创新和技术的改革完善，边缘检测技术得到不断的提升从而使人们对图像的认识和理解层次更深。然而在图像形成过程中存在噪声、混合和畸变等影响，图像失真不可避免，并且影响了图像的边缘检测效果，因此一些针对此现象的边缘检测算法相应而出，也肯定了这个研究方向的意义，在这里我们重点研究基于Gabor滤波器的图像边缘检测。主要参考文献：[1]陈一虎.图像边缘检测方法综述[J].宝鸡文理学院学报(自然科学版),2013,01:16-21.[2]张少伟.基于机器视觉的边缘检测算法研究与应用[D].上海交通大学,2013.[3]薛帅,戴青,冯东华,赵涛.基于Gabor滤波器的Sobel算子图像边缘检测算法[J].信息技术,2014,01:17-20.[4]高晓兴,曹丽,常桂然.基于Gabor滤波器的图像边缘检测算法[J].计算机应用,2008研究主要内容和预期结果（说明具体研究内容和拟解决的关键问题，预期结果和形式，如在理论上解决哪些问题及其价值，或应用的可能性及效果）：本文拟在研究基于Gabor滤波器的图像边缘检测效果，关键在于区别基于Gabor滤波器与传统微分算子的优缺点和利用其原理实现的仿真效果，同时深入研究Gabor滤波器在不同参数设置情况下的不同边缘检测效果，争取得到最佳检测参数设置范畴，分析不同噪声的存在对Gabor滤波器性能的影响。预期结果Gabor方法能更好的检测出实际边缘,有比传统的基于梯度边缘检测方法更好的边缘检测性能且抗噪性能较好，在数字图象处理技术中有良好的应用前景。拟采取的研究方法和技术路线（包括理论分析、计算，实验方法和步骤及其可行性论证，可能遇到的问题和解决方法，以及研究的进度与计划）：通过查阅资料清晰Gabor滤波器的概念原理，理解Gabor滤波器检测图像边缘的理论可能与具体实现操作，通过Matlab仿真实验深入分析Gabor的各项参数设置问题与性能优缺点，对比传统算子得出结论。仿真过程可能会遇到参数大小设置选取问题与针对不同背景主题的图像边缘检测实现效果问题。指导教师意见（对论文选题的意义、应用性、可行性、进度与计划等内容进行评价，填写审核结果：同意开题、修改后再开题、不同意开题）：论文选题符合专业培养目标，能够达到综合训练目标。该论题具有学术研究价值和崭新的实践应用价值，不脱离本科期间所学习的基础课程的应用又有创新的仿真探索研究，达到学术探究的目的。该生论文进展进度与计划较合理，因此同意开题。签名：年月日学院毕业论文（设计）领导小组意见：（签章）年月日毕业设计结题报告姓名王增凯学院信息与电气工程学院年级2010学号20102212165题目基于Gabor滤波器的图像边缘检测课题来源其它课题类别应用研究本课题完成情况介绍（包括研究过程、实验过程、结果分析、存在的问题及应用情况等。）在Matlab仿真中分别通过设置方向数、尺度、波长来观察对边缘检测的效果影响另外也测试了椒盐噪声与高斯噪声对Gabor的影响。可以总结出以下结论：1.方向：随着方向数的增加，检测到的边缘也逐渐细化，选取方向数过小过大分别会出现遗漏边缘和伪边缘。2.尺度：不同的尺度参数对边缘检测效果的影响比较大。过小尺度边缘检测效果不明显，基本没有把边缘检测出来。尺度过大，边缘细节比较模糊，只能看清大致的轮廓。3.波长：当波长逐渐增大可以看到检测的图像越来越模糊，波长参数跟上面提到的尺度参数的变化趋势有相似点，都是随着参数的增大检测到的边缘越发模糊，所以如何确定波长的值已达到最优的检测效果也是需要一个不断尝试的过程。不同种类的噪声对滤波效果的影响也是不同的，椒盐噪声对滤波效果的影响直观上要大于高斯噪声；随着椒盐噪声的噪声密度不算增加，滤波效果逐渐变差，这个高斯噪声时的情况类似。总结：对应不同的图像参数的设置选取会有所区别，检测的效果也不同，因此对Gabor的探索有待加强。指导教师评语：该生基本完成了预期的研究目标，系统全面的分析了Gabor滤波器的原理以及各个参数的设置比较并成功的通过仿真实验分析得出自己的结论，论文条理清晰、说理充分，结构完整观点具有独创性，有一定的参考价值，达到了学校对学术论文的各种要求。签名：年月日学院毕业论文（设计）领导小组意见：（公章）年月日指导教师评定成绩毕业设计成绩评定表学院：信息与电气工程学院学号：20102212165姓名王增凯总成绩题目基于Gabor滤波器的图像边缘检测算法研究评阅人评语评定成绩：签名：年月日答辩小组评语答辩成绩：组长签名：年月日注：总成绩=指导教师评定成绩（50%）+评阅人评定成绩（20%）+答辩成绩（30%），将总成绩由百分制转换为五级制，填入本表相应位置。目录1引言……………………………………………………………………………………..…21.1图像的边缘检测的意义............................................................................................21.2图像边缘的定义........................................................................................................32经典边缘检测算法.................................................................................................42.1一阶微分算子............................................................................................................42.2二阶微分算子...........................................................................................................73基于GABOR滤波器的边缘检测算法....................................................................93.1小波变换与Gabor小波函数....................................................................................93.2Gabor滤波器的定义...............................................................................................103.3Gabor滤波器的多角度和多分辨率特性................................................................113.4基于Gabor滤波器的检测算法..............................................................................124仿真实验分析......................................................................................................134.1图像噪声的来源于分类..........................................................................................134.2图像噪声的模型......................................................................................................144.3检测性能的评价方法..............................................................................................164.4Gabor滤波器方向参数对滤波效果的影响...........................................................164.5Gabor滤波器的尺度参数对滤波效果的影响.......................................................204.6Gabor滤波器的频率参数对滤波效果的影响.......................................................224.7噪声种类和噪声强度对Gabor滤波器的影响.....................................................245总结...................................................................................................................27参考文献................................................................................................................27致谢.....................................................................................................................28鲁东大学本科毕业设计1基于Gabor滤波器的图像边缘检测算法研究王增凯（信息与电气工程学院，信息工程专业，2010级1班，20102212165）摘要：在数字图像中，图像的边缘检测是关键的一部分。本文对比了一些传统的