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基于三次B样条小波变换和Franklin矩亚像素级图像边缘检测算法

李锦鹏 熊显名 曾启林 胡怡威 丁子婷

李锦鹏, 熊显名, 曾启林, 胡怡威, 丁子婷. 基于三次B样条小波变换和Franklin矩亚像素级图像边缘检测算法[J]. 红外技术, 2022, 44(3): 255-261.
引用本文: 李锦鹏, 熊显名, 曾启林, 胡怡威, 丁子婷. 基于三次B样条小波变换和Franklin矩亚像素级图像边缘检测算法[J]. 红外技术, 2022, 44(3): 255-261.
LI Jinpeng, XIONG Xianming, ZENG Qilin, HU Yiwei, DING Ziting. Sub-pixel Level Image Edge Detection Algorithm Based on Cubic B-spline Wavelet Transform and Franklin Moment[J]. Infrared Technology , 2022, 44(3): 255-261.
Citation: LI Jinpeng, XIONG Xianming, ZENG Qilin, HU Yiwei, DING Ziting. Sub-pixel Level Image Edge Detection Algorithm Based on Cubic B-spline Wavelet Transform and Franklin Moment[J]. Infrared Technology , 2022, 44(3): 255-261.

基于三次B样条小波变换和Franklin矩亚像素级图像边缘检测算法

基金项目: 

国家科技重大专项课题 2017ZX02101007-003

详细信息
    作者简介:

    李锦鹏(1995-),男,硕士研究生,主要研究方向为机器视觉。E-mail:503482546@qq.com

    通讯作者:

    熊显名(1964-),男,研究员,主要研究方向为光电测量,机器视觉。E-mail:XXM5864@163.com

  • 中图分类号: TP391.4

Sub-pixel Level Image Edge Detection Algorithm Based on Cubic B-spline Wavelet Transform and Franklin Moment

  • 摘要: 为了满足精密测量和红外与可见光图像配准对图像边缘定位的高精确度和高抗噪性的要求,提出一种基于三次B样条小波变换和Franklin矩结合的亚像素级图像边缘检测算法。首先,利用三次B样条小波窗函数对图像边缘多层分解,根据小波模极大值原理对各层检测得到初始边缘信息,随后将其边缘点与多尺度范围下3×3邻域内的点进行比较,将模值和幅角相近的点保留,建立新的边缘图像。然后,建立亚像素边缘模型,根据Franklin矩旋转不变性原理,分析图像边缘旋转至一定角度之后各级Franklin矩之间的关系,得到计算亚像素边缘点的模板关键参数,将模板在小波变换得到的新边缘图像上移动并与其覆盖下的子图进行卷积运算,进而得到图像的亚像素级边缘点。实验结果表明,并与当下表现较优的3种算法进行对比,本文提出的基于三次B样条小波变换和Franklin矩结合的算法精确度更高且抗噪性更强,能够更好地满足对于红外与可见光图像配准稳定可靠及高精度测量的要求。
  • 图  1  亚像素边缘检测模型

    Figure  1.  Sub-pixel edge detection model

    图  2  自适应阈值化图像

    Figure  2.  Adaptive thresholding image

    图  3  二值图像

    Figure  3.  Binary image

    图  4  Lena图像及4种算法的边缘检测结果

    Figure  4.  Lena image and the edge detection results for 4 different algorithms

    表  1  Franklin径向多项式Rnm

    Table  1.   Franklin radial polynomials Rnm

    m/n 0 1 2 3 4
    0 1 Non-existent 2r2−1 Non-existent 6r4−6r2+1
    1 Non-existent r Non-existent 3r3−2r Non-existent
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    表  2  Franklin矩的复数域多项式Vnm

    Table  2.   Complex domain polynomial of Franklin moment Vnm

    n/m 0 1
    0 1 Non-existent
    1 Non-existent x+yi
    2 2x2+2y2−1 Non-existent
    3 Non-existent (3x3+3xy2−2x)+(3y3+3x2y−2y)i
    4 6x4+6y4+12x2y2−6x2−6y2+1 不存在
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    表  3  检测的亚像素坐标

    Table  3.   The detected sub-pixel coordinates

    Coordinate of actual pixel Coordinate of our algorithm Error
    (64, 114) (64.09, 114.07) (0.09, 0.07)
    (64, 14) (64.10, 14.11) (0.10, 0.11)
    (114, 64) (114.09, 63.92) (0.09, 0.08)
    (14, 64) (14.11, 64.07) (0.11, 0.07)
    (103.37, 94.24) (103.4676, 94.3183) (0.0976, 0.0783)
    (103.37, 33.76) (103.5185, 33.9097) (0.1485, 0.1497)
    (24.63, 94.24) (24.7282, 94.3364) (0.0982, 0.0964)
    (24.63, 33.76) (24.7442, 33.8883) (0.1142, 0.1283)
    (92.63, 104.52) (92.7297, 104.6079) (0.0997, 0.0879)
    (92.63, 23.48) (92.7538, 23.6226) (0.1238, 0.1426)
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    表  4  四种算法运行时间

    Table  4.   The running time of four algorithm

    Algorithm Zernike moment Franklin moment Roberts operator+Zernike moment Ours
    Running time/s 0.3853 0.314 2 0.8256 0.3313
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    表  5  四种算法峰值信噪比

    Table  5.   PSNR for four algorithms

    Algorithm Zernike moment Franklin moment Roberts operator+Zernike moment Ours
    PSNR 31.8625 40.5871 36.6297 46.782
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-05
  • 修回日期:  2020-08-19
  • 刊出日期:  2022-03-20

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