改進(jìn)邊緣檢測算法在醫(yī)學(xué)圖像處理中的應(yīng)用

摘要：圖像邊緣檢測在醫(yī)學(xué)中有很重要的應(yīng)用，針對此提出了一種新的邊緣檢測方法，首先采用canny算子對圖像進(jìn)行邊緣檢測，然后對檢測后的圖像輪廓跟蹤。實(shí)驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)的邊緣檢測算法相比，這種算法能更好地提取圖像中目標(biāo)物體的邊緣，減少檢測邊緣斷裂現(xiàn)象，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：canny算子；邊緣檢測；輪廓跟蹤

0 引言
邊緣檢測是圖像處理中的重要內(nèi)容。圖像邊緣是圖像局部特性不連續(xù)性(灰度突變、顏色突變、紋理結(jié)構(gòu)突變等)的反映，它標(biāo)志著一個(gè)區(qū)域的終結(jié)和另一個(gè)區(qū)域的開始。在實(shí)際圖像處理問題中，圖像的邊緣作為圖像的一種基本特征，經(jīng)常被應(yīng)用到較高層次的圖像應(yīng)用中去，同時(shí)它在圖像識別、圖像分割、圖像增強(qiáng)以及圖像壓縮等領(lǐng)域中有較為廣泛的應(yīng)用。圖像邊緣檢測的手段多種多樣，大的框架有兩種，一是傳統(tǒng)的基于邊緣檢測算子的檢測方法；另外一種是基于小波的多尺度邊緣測算法。然而小波變換在用于處理圖像時(shí)并不是最佳的，因?yàn)榛谛〔ㄗ儞Q的圖像邊緣檢測方法提取的邊緣只具有有限的方向，而自然圖像邊緣的方向可能是任意的，因而小波邊緣提取方法提取的邊緣不能最佳地逼近圖像邊緣；傳統(tǒng)的Robert、Sobel、Prewitt、Kirach和Laplacian算子對噪聲較為敏感，在處理實(shí)際圖像中效果并不理想。通過研究，本文提出了一種基于canny邊緣檢測算子，結(jié)合輪廓跟蹤的方法，在物體邊緣得到增強(qiáng)、對比度得到改善、噪聲得到有效抑制的同時(shí)，很好地解決了使用傳統(tǒng)的邊緣檢測算子在邊緣檢測過程中帶來的檢測邊緣斷裂的問題，從而能夠保證檢測到的邊緣連續(xù)、單一、清晰，是一種實(shí)用的圖像處理方法。最后把改進(jìn)后的算法應(yīng)用到實(shí)際醫(yī)學(xué)圖像邊緣檢測中，并與傳統(tǒng)邊緣檢測算子的檢測效果比較，從而得出結(jié)論。

1 Carmy算子的基本原理
1．1 平滑圖像
Canny算子選用合適的一維高斯函數(shù)，分別按行和列對圖像f(x，y)進(jìn)行平滑去噪，這相當(dāng)于對圖像信號的卷積。所選的高斯函數(shù)為：

式中：σ為高斯曲線標(biāo)準(zhǔn)差，控制著平滑程度。
1．2 計(jì)算梯度的幅值和方向
Canny算子采用2×2鄰域一階偏導(dǎo)的有限差分來計(jì)算平滑后的數(shù)據(jù)陣列I(x，y)的梯度幅值和梯度方向。x和y方向偏導(dǎo)數(shù)的2個(gè)陣列Px[i,j]和Py[i,j]分別為：

像素的梯度幅值和梯度方向分別為：

1．3 獲取邊緣
為了提取單像素寬邊緣，必須細(xì)化梯度幅值圖。在梯度幅值圖像中，M[i,j]的極大值所在位置附近會產(chǎn)生屋脊帶，只有細(xì)化這些屋脊帶才能精確地確定邊緣的位置，僅保留幅值局部變化最大的點(diǎn)，這一過程叫做非極大值抑制。在非極大值抑制過程中，Canny算子使用3×3大小，包含8個(gè)方向的鄰域?qū)μ荻确店嚵蠱[i,j]的所有像素沿梯度方向進(jìn)行梯度幅值的插值，在每一個(gè)點(diǎn)上，鄰域的中心像素M[i,j]與沿梯度方向的2個(gè)梯度幅值的插值結(jié)果進(jìn)行比較，如果鄰域中心點(diǎn)的幅值M[i,j]不比梯度方向上的2個(gè)插值結(jié)果大，則將M[i,j]對應(yīng)的邊緣標(biāo)志位賦值為0，這一過程把M[i.j]寬屋脊帶細(xì)化為一個(gè)像素寬，并且保留了屋脊的梯度幅值。
對經(jīng)過非極大值抑制和梯度直方圖分類的子圖像N[i,j]分別使用高、低2個(gè)閾值thrA和thrl，將梯度小于閾值的像素灰度置為0，分割得到2個(gè)閾值邊緣圖像TH[i,j]和TL[i,j]。由于圖像TH[i,j]是由高閾值得到，因此偽邊緣很少，但TL[i,j]保留邊緣信息較為全面，但也含有一些偽邊緣。因此以圖像TH[i,j]為基礎(chǔ)，圖像TL[i,j]為補(bǔ)充獲得相對較為全面的邊緣。
1．4 輪廓跟蹤或輪廓提取
在對圖像進(jìn)行canny邊緣檢測后，可能會出現(xiàn)某些檢測邊緣斷裂、不連續(xù)的現(xiàn)象，為了解決這個(gè)問題，使獲得的目標(biāo)檢測物體的邊緣能夠連續(xù)并且去除多余的偽邊緣，在邊緣檢測后，再對圖像進(jìn)行邊界跟蹤，便可使這一問題得以很好地改善。
對于二值圖像，輪廓提取的基本方法是掏空內(nèi)部點(diǎn)，即如果原圖像中有一點(diǎn)為黑，且其他相鄰的8個(gè)點(diǎn)都為黑，則將該點(diǎn)刪除。