关于Sigmoid函数拟合的亚像素边缘检测方法.pdfVIP

华南理工大学学报(自然科学版) JournalofSouthChina of V01．37NO．10 第37卷第10期 UniversityTechnology Science Octo·ber2009 2009年lO月 (Natural Edition) 基于Sigmoid函数拟合的亚像素边缘检测方法水 张舞杰1 李迪2 叶峰2 摘要：亚像素边缘检测技术是采用图像处理软件算法来提高检测精度的有效途径，文 中对矩法、拟合法和插值法等常用的亚像素边缘检测算法的原理、优点和不足进行了分 析，提出了Sigmoid函数拟合的亚像素边缘定位算法．该算法采用Sigmoid函数拟合边缘 模型，利用图像边缘灰度信息对模型进行非线性最小二乘拟合，求得边缘的亚像素位 置．理论分析和实验结果表明，基于Sigmoid函数拟合的亚像素边缘定位算法的定位精 度为0．045像素，但检测的速度比灰度矩提高了一个数量级，比空间矩、Zernike矩和插 值法提高了两个数量级．此算法能较好地满足影像测量的稳定可靠、高精度及强实时 性要求． 关键词：亚像素；Sigmoid函数；边缘检测；拟合；边缘定位 中图分类号：TP394．1 文献标识码：A 随着集成制造、工业检测等对测量精度要求的 方法达到亚像素检测精度．插值法的计算时间短，运 提高，以及计算机视觉在工业中的不断应用，许多学 行效率高，但抗干扰能力差，易受噪声影响． 者开始转向对具有更高检测精度的证像素细分算法 拟合法是根据假设的边缘模型，利用边缘像素 的研究．从20世纪70年代开始，就有不少学者提出 附近的灰度值拟合边缘模型来获得亚像素的边缘定 了一些有效的亚像素定位方法，目前研究的亚像素 位．Hueckel…用拟合参数方程的方法达到哑像素精 边缘检测方法可以归纳为三类：矩法、插值法和拟合 亚像素定位，它们都能提供较高的亚像素定位精度． 法．Tabatabai等¨o首先提出用灰度矩来定位边缘到 亚像素精度．Lyvers等旧。提出了空间矩的思想，并构拟合法由于不需要求导，因此对噪声不敏感，具有较 造了空间矩算子来进行亚像素定位．Ghosa等旧1提好的抗干扰能力，但因模型复杂，所以求解速度较慢． 出了Zemike矩的思想，并构造rZemike矩算子来 近年来，国内学者也对亚像素算法进行了研究， 进行亚像素定位，该方法与空间矩亚像素边缘定位 并取得了一定的研究成果．李酷等一1提出了基于分 算法类似，但由于Zemike矩的正交性，所以该方法层插值和最小二乘拟合的哑像素细分算法，该算法 的计算效率比空间矩略高． 的定位精度较高，但实时性有待改进；卢丽燕等¨oJ 插值法是根据图像中边缘附近像素点的灰度值 提出厂基于亚像素边缘定位点查找表的检测算法， 或灰度值的导数进行插值来增加信息量，从而实现 其检测精度为0．3像素． 亚像素边缘定位，主要有线性插值、三次正交多项式 文中提出了一种新的基于Sigmoid函数拟合的 插值(即多项式)、样条插值、双线性插值和切比雪 亚像素边缘定位算法，该算法直接采用Sigmoid函 数来拟合边缘模型，应用非线性最小二乘差求解边 夫多项式插值等H{J．Jensen等帕1采用非线性插值的 收稿日期：2008．11．07 项目(2008801040(K)4) soul．edu．crl 万方数据 华南mI大学学报(自#科学％ 第37卷 缘樘型来获