毕业论文开题报告：光学表面微形貌边缘提取方法研究

大学本科毕业论文(设计)开题报告

课题名称 光学表面微形貌边缘提取方法研究
设计（论文）类型
（划√） 工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 其它
√
1、本课题的的研究目的和意义：

光学非接触测量是三维表面微形貌探测常用的技术手段之一，受限于光学衍射极限、边缘效应，以及被测表面的复杂情况，需要探测的表面形状往往会受到干扰，尤其在其边缘更为严重。因而，本课题主旨在于找到一种通用的表面形貌边缘的提取方法。

图像是人们获取信息的重要来源，而图像的边缘又是图像丰富的内在信息，是图像分割、图像压缩、图像识别等图像处理的重要依据。由于图像边缘和噪声均为高频信号，因此如何有效的提取噪声图像的边缘一直是图像处理领域研究的难点和热点。

对图象边缘的提取是进行图象分析与处理的基础,有了图象的边缘,我们就可以做到:
(1)确定物体的几何尺寸,并进一步对其进行测量。
(2)确定物体在空间的几何位置。
(3)确定物体的形状特征,可对物体进行识别。

而目前，在众多的图像边缘检测的方法中，没有一种方法具有绝对优势：有的抗噪性能好，但边缘检测精度较低；有的方法解决了定位
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声当成边缘点检测出来，造成漏检现象，而获得一个很好的边缘定位和增强抗干扰能力是边缘检测的一个重要目标。
Canny算子这种方法是以待处理像素为中心的邻域作为进行灰度分析的基础,实现对图像边缘的提取并已经取得了较好的处理效果。基本思想是：先对处理的图像选择一定的Guass滤波器进行平滑滤波，然后采用非极值抑制的技术对平滑后的图像处理后，得到最后所需的边缘图像。
基于变换域的边缘检测方法可以有效地抑制噪声，但这类方法计算量较大，在很多场合很难满足实时性要求。
小波变换具有良好的时频局部化特性和多尺度分析能力，是时间(空间)频率的局部化分析。它通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分,能自动适应时频信号分析的要求,从而可聚焦到信号的任意细节。
数学形态学是建立在集合论基础上的一门新兴学科,用于描述数学形态学的语言是集合论。数学形态学非常适合信号几何形态的分析和描述,其基本思想是利用结构元素对信号进行“探测”，保留主要形状，删除不相干形状(如噪声、毛刺)。作为探针的结构元素,可直接携带知识,如方向、大小、色度等信息，来探测、研究包含了信号主要信息的结构特征,使用不同的结构元素可以得到不同的结果[4]。

发展趋势：1、将新的理论不断应用到边缘检测中。新的算法中包括的技术和理论有数学形态学[5,6]、统计学[7,8]、神经网络[9,10]、模糊理论[11,12]、扩散方程理论[13,14]、小波分析和变换[15]、脊波变换[16]、曲波变换[17,18]等。
利用各种新的理论工具对图像进行边缘提取的方法得到了广泛的研究和应用。如基于神经网络[19]、基于统计学方法[20]、利用模糊理论的边缘提取技术[22]、基于形态学的边缘提取算子[23,24]、基于蚁群算法的提取技术[25]、基于分形理论[26]的边缘提取技术等。

2、对原有的算法进行更深入的研究分析，并对这些算法的某些环节作改进，同时，人们更重视将多种方法综合起来运用，以达到更好、更理想的结果。
基于canny算法的改进算法层出不穷，主要有对原图像开窗统计后再进行局部灰度变换的方法以改善Canny算法对灰度分布不均匀的图像进行边缘检测的效果[27]；用中值滤波或小波或形态学开闭运算代替高斯滤波以有效地去除噪声,提高信噪比以得到清晰有效的边缘[28,30]；同时为协调抑制噪声与保存边缘细节的矛盾，提出自适应边缘检测的方法[31-33]。
如文献[29]用基于广义交叉验证准则的GCV阈值小波去噪法代替高斯滤波；文献[34]用尺度相乘的方法抑制噪声；文献[35]根据像元灰度值的突变特性，自适应改变滤波器权值；文献[36]用自适应滤波器代替高斯滤波器，用基于类间最大交叉熵的概念和贝叶斯判定理论获取高低阈值。


3、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：


提出综合性能好的通用的边缘提取方法

将该方法应用于材料表面边缘点的提取

通过实验验证提出的算法，提交论文完成课题。








4、拟解决的关键问题：

综合现有的算法，综合优缺点，基于canny算子提出性能较好的通用的边缘提取办法，并验证其优越性。



5、研究思路、方法和步骤：

[1]通读现有资料，整理归纳现有所用方法，总结分析各类方法的优缺点。
[2]选定以canny算子为基础，以小波变换，数学形态学等方法为辅助，使用Otsu阈值法优化该算法，并将算法程序化。
[3]在实验平台下验证该算法，以树脂金刚石砂轮表面磨粒为样本，提取其边缘，对比各种算法。






6、本课题的进度安排：

2013年2月26日—2013年4月9日：对边缘提取的方法进行了解学习，并完成开题报告。
2013年4月10日—2013年5月1日：与现有光学测量方法结合，提出新的光学边缘提取方法，并将其算法程序化。
2013年5月2日—2013年5月20日：在实验平台上验证方法的可行性，并撰写论文，提交初稿。
2013年5月20日—2013年6月1日：完成论文终稿，并上交指导老师。









7、参考文献：
[1]王佐成等.canny算子 ……（未完，全文共6701字，当前仅显示2353字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文开题报告：光学表面微形貌边缘提取方法研究》）