การตรวจจับขอบและโครงร่าง

การตรวจจับขอบและโครงร่างเป็นการระบุตำแหน่งขอบเขตในภาพที่ความเข้มมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งมักจะสอดคล้องกับโครงร่างของวัตถุและความไม่ต่อเนื่องของพื้นผิว

Definition

ขอบคือตำแหน่งของการเปลี่ยนแปลงความเข้มเฉพาะที่ที่มีนัยสำคัญ และการตรวจจับขอบคือการระบุตำแหน่งดังกล่าว โดยทั่วไปจะทำโดยการวิเคราะห์เกรเดียนต์ของภาพหรือจุดตัดศูนย์ของอนุพันธ์อันดับสองที่ปรับให้เรียบแล้ว

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมตัวดำเนินการขอบที่อิงตามเกรเดียนต์ บทบาทของการปรับให้เรียบก่อนการหาอนุพันธ์ ตัวตรวจจับ Canny แบบหลายขั้นตอนพร้อมการระงับค่าสูงสุดที่ไม่ใช่ค่าสูงสุดและการกำหนดเกณฑ์แบบฮิสเทอรีซิส แนวทางจุดตัดศูนย์ และการเชื่อมโยงจุดขอบเข้ากับโครงร่างต่อเนื่อง

Core questions

• ความเข้มมีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันที่ใดในภาพ?
• การหาอนุพันธ์มีความทนทานต่อสัญญาณรบกวนได้อย่างไร?
• การตอบสนองของเกรเดียนต์ที่หนาถูกทำให้บางลงเหลือขอบหนึ่งพิกเซลได้อย่างไร?
• จุดขอบที่แยกกันถูกเชื่อมโยงเข้ากับโครงร่างที่มีความหมายได้อย่างไร?

Key concepts

• เกรเดียนต์ของภาพ
• ตัวดำเนินการเกรเดียนต์
• การระงับค่าสูงสุดที่ไม่ใช่ค่าสูงสุด
• การกำหนดเกณฑ์แบบฮิสเทอรีซิส
• Laplacian ของ Gaussian และจุดตัดศูนย์
• การเชื่อมโยงโครงร่าง

Key theories

การตรวจจับขอบแบบ Canny

พัฒนาจากเกณฑ์ของการตรวจจับที่ดี การระบุตำแหน่งที่ดี และการตอบสนองเพียงครั้งเดียวต่อขอบหนึ่งเส้น ตัวตรวจจับ Canny จะปรับภาพให้เรียบ คำนวณเกรเดียนต์ ระงับการตอบสนองที่ไม่ใช่ค่าสูงสุด และเชื่อมโยงขอบด้วยการกำหนดเกณฑ์แบบฮิสเทอรีซิส ซึ่งยังคงเป็นพื้นฐานมาตรฐาน

จุดตัดศูนย์ของ Marr-Hildreth

ขอบจะอยู่ที่จุดตัดศูนย์ของ Laplacian ของภาพที่ปรับให้เรียบด้วย Gaussian ซึ่งเชื่อมโยงการตรวจจับขอบเข้ากับทฤษฎีการคำนวณของการมองเห็นในระยะแรกและการวิเคราะห์แบบหลายสเกล

Clinical relevance

การตรวจจับขอบและโครงร่างเป็นพื้นฐานของการแบ่งส่วน การวิเคราะห์รูปร่าง และการรู้จำวัตถุ และถูกนำไปใช้ในการสร้างภาพทางการแพทย์ การตรวจสอบทางอุตสาหกรรม และกระบวนการสกัดคุณลักษณะในคอมพิวเตอร์วิทัศน์

History

ทฤษฎีของ Marr และ Hildreth ในปี 1980 เชื่อมโยงขอบเข้ากับจุดตัดศูนย์ของ Laplacian ที่ปรับให้เรียบแล้ว และสูตรตัวตรวจจับที่เหมาะสมที่สุดของ Canny ในปี 1986 ได้กลายเป็นตัวตรวจจับขอบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ซึ่งต่อมาได้รับการเสริมด้วยตัวตรวจจับขอบที่เรียนรู้ได้

Key figures

• John Canny
• David Marr
• Ellen Hildreth

Seminal works

• canny1986
• marr1980

Frequently asked questions

ทำไมต้องปรับภาพให้เรียบก่อนตรวจจับขอบ?

การหาอนุพันธ์จะขยายสัญญาณรบกวน ดังนั้นการปรับให้เรียบก่อนจะช่วยป้องกันไม่ให้ตัวตรวจจับระบุสัญญาณรบกวนว่าเป็นขอบ; ขนาดของการปรับให้เรียบจะกำหนดว่ารายละเอียดขนาดใดที่ถือว่าเป็นขอบ

ทำไมตัวตรวจจับ Canny จึงมีหลายขั้นตอน?

แต่ละขั้นตอนจะจัดการเป้าหมายที่แตกต่างกัน: การปรับให้เรียบควบคุมสัญญาณรบกวน การคำนวณเกรเดียนต์จะค้นหาผู้สมัคร การระงับค่าสูงสุดที่ไม่ใช่ค่าสูงสุดจะทำให้ขอบบางลงเหลือเพียงพิกเซลเดียว และการกำหนดเกณฑ์แบบฮิสเทอรีซิสจะเก็บขอบที่อ่อนแอไว้เฉพาะเมื่อเชื่อมต่อกับขอบที่แข็งแรงเท่านั้น