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改进Canny算子在水面目标边缘检测中的研究

汇报人：

2024-01-31

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目录

研究背景与意义

相关工作综述

改进Canny算子的设计与实现

实验结果与分析

结论与展望

不足与改进建议

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研究背景与意义

准确的水面目标边缘检测有助于提高目标识别精度和场景感知能力。

对于水面无人艇、水下机器人等自主航行体，目标边缘检测是实现避障、路径规划等自主功能的基础。

在水面环境中，目标边缘检测是实现目标识别、场景感知等任务的关键步骤。

传统Canny算子对噪声敏感，容易产生误检和漏检。

在水面环境中，由于光照变化、水波干扰等因素，传统Canny算子的检测效果往往不佳。

传统Canny算子的阈值需要手动设置，难以适应不同场景和目标的变化。

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提高水面目标边缘检测的准确性和鲁棒性，降低误检和漏检率。

适应不同场景和目标的变化，实现自适应阈值设置，提高算法的通用性和实用性。

为水面无人艇、水下机器人等自主航行体提供更加可靠的目标识别和场景感知能力，推动其在水面环境中的应用和发展。

02

相关工作综述

早期边缘检测算法

基于像素灰度突变的一阶或二阶导数方法，如Sobel、Prewitt等算子。

现代边缘检测算法

基于多尺度、多方向分析，如小波变换、Canny算子等。

利用神经网络学习图像的边缘特征，提高检测精度和鲁棒性。

深度学习在边缘检测中的应用

基本原理

具有较高的信噪比和定位精度，能够检测到真正的弱边缘。

优点

缺点

对噪声和纹理较敏感，容易在平滑区域产生虚假边缘；对参数设置要求较高，不同参数可能导致不同检测结果。

采用高斯滤波平滑图像，计算图像梯度幅值和方向，通过非极大值抑制和双阈值处理得到边缘检测结果。

针对水面目标边缘检测，研究者提出了多种改进算法，如基于小波变换、形态学处理等方法优化Canny算子，以提高检测精度和鲁棒性。

研究现状

水面环境复杂多变，如光照变化、水波干扰等，使得水面目标边缘检测面临诸多挑战，如边缘模糊、断裂等问题；同时，实时性和准确性也是实际应用中需要考虑的重要因素。

挑战

03

改进Canny算子的设计与实现

01

针对水面目标边缘模糊的问题，提出基于多尺度、多方向的改进思路。

02

对比不同方案，选择结合高斯滤波和双边滤波的预处理方式，以减少噪声干扰。

引入动态阈值调整策略，提高边缘检测的准确性和鲁棒性。

03

对输入图像进行高斯滤波或双边滤波预处理，去除噪声。

应用非极大值抑制，细化边缘。

计算图像梯度幅值和方向，采用Sobel算子或Prewitt算子。

采用双阈值处理，连接边缘并输出二值化图像。

优化梯度计算方式，如采用更精确的梯度算子或结合多种算子。

考虑引入机器学习等先进技术，进一步优化算法性能。

根据实验效果调整高斯滤波或双边滤波的参数，如核大小、标准差等。

动态调整双阈值的大小，以适应不同场景下的水面目标边缘检测需求。

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实验结果与分析

数据集

采用公开的水面目标图像数据集，包含不同光照、角度和分辨率的水面目标图像。

实验环境

使用Python编程语言和OpenCV图像处理库，在高性能计算机上进行实验。

通过图表和图像展示改进Canny算子在水面目标边缘检测中的效果，包括边缘的连续性、准确性和完整性等方面。

实验结果展示

将改进Canny算子与传统Canny算子、Sobel算子、Prewitt算子等边缘检测算法进行对比，分析各自在水面目标边缘检测中的优缺点。

对比分析

03

鲁棒性

评估算法在不同光照、角度和分辨率等条件下的稳定性和可靠性，以确保在实际应用中的广泛适用性。

01

准确性

评估算法检测到的边缘与实际边缘的符合程度，通过计算准确率、召回率等指标进行量化分析。

02

实时性

评估算法在处理大量水面目标图像时的速度和效率，以满足实际应用中的实时性要求。

05

结论与展望

01

02

03

成功将改进后的Canny算子应用于水面目标边缘检测，提高了检测精度和稳定性。

通过实验验证了改进算法在不同水域环境下的适应性和鲁棒性。

实现了对水面目标边缘的精细描绘，为后续目标识别、场景感知等提供了有力支持。

03

拓展改进算法在类似场景（如水下、雪地等）中的应用，验证其通用性和可扩展性。

01

进一步研究水面光学特性对边缘检测的影响，优化算法以适应更复杂的水域环境。

02

探索将深度学习等先进技术融入Canny算子改进中，提升算法的智能化水平。

在水上交通安全领域，改进后的Canny算子可应用于船舶检测、航道监控等场景，提高监管能力和安全水平。

在渔业资源管理中，利用该算法对鱼类等水生生物进行识别和计数，有助于科学合理地制定捕捞计划和保护措施。

在水上运动赛事中，利用改进后的边缘检测技术对运动员动作进行捕捉和分析，为裁判评分和训练指导提供准确依据。

06

不足与