基于改進Sobel算子的邊緣檢測系統的設計與實現
信息技術與網絡安全 3期
李 迪，吳 奇，楊浩森
(西安電子科技大學 微電子學院，陜西 西安710071)
摘要： 摘 要： 邊緣檢測是圖像處理及計算機視覺中的基本問題之一，而Sobel算子對于邊緣檢測來說,則是最重要的算子之一。針對傳統Sobel算子的局限性以及PC端串行化處理圖像的效率較低的問題，提出了一種改進的方法，首先將傳統Sobel算子的模板方向由2個變為8個，充分利用圖像中的像素點的方向信息，然后根據現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)硬件處理速度快、并行流水線處理等一些特點，利用FPGA替代PC端對圖像進行處理，實現改進的Sobel算子的邊緣檢測系統，達到優化圖像邊緣檢測效果并提升處理圖像的效率。仿真結果顯示，基于FPGA的改進Sobel算子的邊緣檢測，提取的圖像邊緣信息較為理想。
中圖分類號： TN911.73
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.03.003
引用格式： 李迪，吳奇，楊浩森. 基于改進Sobel算子的邊緣檢測系統的設計與實現[J].信息技術與網絡安全，2022，41(3)：13-17.
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.03.003
引用格式： 李迪，吳奇，楊浩森. 基于改進Sobel算子的邊緣檢測系統的設計與實現[J].信息技術與網絡安全，2022，41(3)：13-17.
Design and implementation of edge detection system based on improved Sobel operator
Li Di，Wu Qi，Yang Haosen
(School of Microelectronics，Xidian University，Xi′an 710071，China)
Abstract： Edge detection is one of the basic problems in image processing and computer vision, and the Sobel operator is one of the most important operators for edge detection. In view of the limitations of the traditional Sobel operator and the low efficiency of serialized image processing on the PC side, this paper proposes an improved method. Firstly, the template direction of the traditional Sobel operator is changed from 2 directions to 8 directions, and the direction information of the pixels in the image is fully utilized. Then according to the characteristics of the Field Programmable Gate Array(FPGA) hardware such as fast processing speed, parallel pipeline processing, etc，FPGA is used to replace the PC side to process the image. The edge detection system of the improved Sobel operator can optimize the edge detection effect of the image and improve the efficiency of image processing. The simulation results show that using the edge detection based on the improved Sobel operator of FPGA, the extracted image edge information is more ideal.
Key words : Field Programmable Gate Array(FPGA)；Sobel operator；edge detection；image processing
0 引言
現代圖像處理的研究熱點主要集中在數字圖像采集、轉換、傳輸過程等方面，其中圖像邊緣檢測技術對于數字圖像處理來說則是重要的基礎技術，廣泛運用于車牌識別、人臉圖像分割、藥用植物形態研究、醫學CT圖像檢索、運動目標檢測、導彈運動軌跡攔截等方面。一些普通的圖像處理軟件在處理圖像邊緣時無法滿足實時性[1]。基于現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)芯片以其獨特的并行可編程處理信號的方式，成為處理圖像的重要器件[2]。在文獻[3]、[4]中，作者展示了這種方法的可行性。而在文獻[5]中，作者在經典Sobel算子的基礎上進行了改進，增加了45°以及135°方向上的模板，優化了圖像檢測效果，雖然邊緣檢測精度在一定程度上有所提高，但是因檢測方向依舊有限，檢測結果不是很理想。因此，本文在經典Sobel算子的基礎上，提出一種改進的圖像邊緣檢測算法，增加了0°、45°、135°、225°、270°、315°其余六個方向的卷積模板。實驗結果表明，改進后的算法相比于傳統算法在邊緣檢測精度方面有明顯的提高。
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作者信息：
李 迪，吳 奇，楊浩森
(西安電子科技大學 微電子學院，陜西 西安710071)
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