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。
中图分类号： TN911.73
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.03.003
引用格式： 李迪，吴奇，杨浩森. 基于改进Sobel算子的边缘检测系统的设计与实现[J].信息技术与网络安全，2022，41(3)：13-17.
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.03.003
引用格式： 李迪，吴奇，杨浩森. 基于改进Sobel算子的边缘检测系统的设计与实现[J].信息技术与网络安全，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
现代图像处理的研究热点主要集中在数字图像采集、转换、传输过程等方面，其中图像边缘检测技术对于数字图像处理来说则是重要的基础技术，广泛运用于车牌识别、人脸图像分割、药用植物形态研究、医学CT图像检索、运动目标检测、导弹运动轨迹拦截等方面。一些普通的图像处理软件在处理图像边缘时无法满足实时性[1]。基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)芯片以其独特的并行可编程处理信号的方式，成为处理图像的重要器件[2]。在文献[3]、[4]中，作者展示了这种方法的可行性。而在文献[5]中，作者在经典Sobel算子的基础上进行了改进，增加了45°以及135°方向上的模板，优化了图像检测效果，虽然边缘检测精度在一定程度上有所提高，但是因检测方向依旧有限，检测结果不是很理想。因此，本文在经典Sobel算子的基础上，提出一种改进的图像边缘检测算法，增加了0°、45°、135°、225°、270°、315°其余六个方向的卷积模板。实验结果表明，改进后的算法相比于传统算法在边缘检测精度方面有明显的提高。
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作者信息：
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)
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