《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于改进Sobel算子的边缘检测系统的设计与实现
信息技术与网络安全 3期
李 迪，吴 奇，杨浩森
(西安电子科技大学 微电子学院，陕西 西安710071)
摘要： 摘 要： 边缘检测是图像处理及计算机视觉中的基本问题之一，而Sobel算子对于边缘检测来说,则是最重要的算子之一。针对传统Sobel算子的局限性以及PC端串行化处理图像的效率较低的问题，提出了一种改进的方法，首先将传统Sobel算子的模板方向由2个变为8个，充分利用图像中的像素点的方向信息，然后根据现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)硬件处理速度快、并行流水线处理等一些特点，利用FPGA替代PC端对图像进行处理，实现改进的Sobel算子的边缘检测系统，达到优化图像边缘检测效果并提升处理图像的效率。仿真结果显示，基于FPGA的改进Sobel算子的边缘检测，提取的图像边缘信息较为理想。
中圖分類(lèi)號(hào)： TN911.73
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jìn)Sobel算子的邊緣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)代圖像處理的研究熱點(diǎn)主要集中在數(shù)字圖像采集、轉(zhuǎn)換、傳輸過(guò)程等方面，其中圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)對(duì)于數(shù)字圖像處理來(lái)說(shuō)則是重要的基礎(chǔ)技術(shù)，廣泛運(yùn)用于車(chē)牌識(shí)別、人臉圖像分割、藥用植物形態(tài)研究、醫(yī)學(xué)CT圖像檢索、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)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(shí)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性[1]。基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)芯片以其獨(dú)特的并行可編程處理信號(hào)的方式，成為處理圖像的重要器件[2]。在文獻(xiàn)[3]、[4]中，作者展示了這種方法的可行性。而在文獻(xiàn)[5]中，作者在經(jīng)典Sobel算子的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，增加了45°以及135°方向上的模板，優(yōu)化了圖像檢測(cè)效果，雖然邊緣檢測(cè)精度在一定程度上有所提高，但是因檢測(cè)方向依舊有限，檢測(cè)結(jié)果不是很理想。因此，本文在經(jīng)典Sobel算子的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)的圖像邊緣檢測(cè)算法，增加了0°、45°、135°、225°、270°、315°其余六個(gè)方向的卷積模板。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法相比于傳統(tǒng)算法在邊緣檢測(cè)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(xué) 微電子學(xué)院，陜西 西安710071)



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