论文总字数：19610字

目 录

一、绪论 1

1.1研究背景和研究意义 1

1.2国内外研究现状和发展趋势 1

1.3论文主要研究内容和研究成果 1

二、数字图像处理 2

2.1数字图像处理介绍 2

2.1.1数字图像处理概念 2

2.1.2数字图像处理目的 2

2.1.3数字图像处理常用方法 2

2.2数字图像处理系统 4

2.2.1数字图像处理系统的组成 4

2.2.2运用方面：数字图像处理 4

三、图像边缘检测 6

3.1图像边缘检测 6

3.1.1图像边缘检测概念 6

3.1.2图像边缘检查的顺序 6

3.2图像边缘的检测算法 6

3.2.1基于微分算子的边缘检测方法 6

3.2.2拟合法：曲线、边界曲线 7

3.2.3基于数学形态的边缘检测 7

3.2.4 基于小波变换的多尺度的边缘检测方法 7

3.2.5 串行边界查找法 7

3.3边缘检测算子 8

3.3.1Roberts算子 8

3.3.2Sobel算子 9

3.3.3Prewitt算子 9

3.3.4LoG算子 10

3.3.5Canny算子 11

3.4各个算子的比较 13

四、基于Canny算法的图片天气状况识别系统的实现 15

4.1系统可行性 15

4.2系统框架图 16

4.3系统的实现 16

4.4系统测试 17

4.4.1雨天识别 17

4.4.2晴天识别 20

五、总结与展望 22

5.1总结 22

5.2展望 22

参考文献： 23

致谢 24

基于Canny算法的图像天气状况识别

施羽

，China

Abstract：Image recognition refers to the technology that is used to identify a variety of different objects and targets by computer processing an existing image. The process of recognition is as follows, first image preprocessing, followed by segmentation image segmentation, post-feature extraction, and finally to determine the match. In short, the image recognition is to let the computer can grasp the information of the image as we can do. Using the technology of picture recognition, people can not only through the picture faster access to the required information, but also to form a new and external interaction way, so that the information world can make more rapid operation.

Today, the weather condition has become a concern which people care about. In many cases, people need to choose and judge according to weather conditions.With the advent of more and more weather software, people have been able to upload pictures to understand real-time weather conditions.Therefore, it is of practical significance to identify the weather conditions in the picture.In this paper, for the weather picture which people upload, through the Canny algorithm for edge detection, we can detect the edge, and then continue to identify the simple weather conditions. We are able to distinguish between sunny and rainy days, to facilitate us to go outside. This paper is implemented by MATLAB.

Keywords:Canny algorithm,Edge detection,Image processing,Weather identification

一、绪论

1.1研究背景和研究意义

在图片中边缘是基础特征，如今，边缘检测算法已经在各个方面中都有运用，机器人的感官（视觉）、图像的分割、图像的搜索等方面。而由于检测边缘的算法繁多，本文挑中Canny算子。Canny算子因为检测的准确度高、信噪之间的比值大，在图片处理的方面应用十分广泛。

在当代生活中，人类出行已经越来越受天气状况的影响。随着各类天气软件的出现，人们已经能够自己上传图片来表示实时实地的天气状况。然而上传的图片并不能直接显示天气状况，只能通过人眼识别分辨出晴雨天气状况。人具有很强的图片识别能力。图像距离的细微改变或者是感觉器官感官下图片位置的轻微改变，都会导致视网膜对物体形状大小感官的变化。但是，即便是在这种情况下，人们依然能够分辨他们所曾经看到过的图像。比如，人能够通过肉眼来学习文字识别文字，即便是在他背部写字，他也能够分辨出这个字是哪一个字。考虑到这种情况，本文根据用户上传的天气图片进行简单的天气识别，将人眼从其中解放出来，这样并不需要用户自己进行识别，直接就能知道天气是否下雨。

基于上述要求，我们通过建立一个系统来实现下面的功能：输入已有图片，输出天气状况（晴天或雨天）。

1.2国内外研究现状和发展趋势

图像处理在如今已经得到很好的发展，各行各业都运用到图像处理技术。其中，对于图像边缘这一特征提取，已经取得了很大的进步。许多边缘提取算法已经运用并取得了很好的成果。随着信息社会的进步，人们生活品质的提升，当代人十分注重天气状况的变化，这影响着人们的出行。比如墨迹天气中的一项功能，用户能够上传个人所拍摄的天气图像。对拍摄的图片中的天气状况的识别，会成为人们出行的一大参考。但至今，人们都是通过自己的视觉看图片来分辨晴雨天气。随着科技的不断进步，信息的不断发展，我们需要让人眼解放，可以直接告诉我们天气状况，是晴天还是雨天。

1.3论文主要研究内容和研究成果

本文比较了很多的边缘检测算法，在这个来源根基上面，选中了Canny算子进行边缘检测。能够识别出多张图像中包含的天气状况，识别出简单的晴雨天气。在整个过程中需要完成以下工作：以已有的拍摄的天气状况的图片为具体对象，通过MATLAB对图像进行处理，先将图片进行灰度化，然后进行对象之间交界线检测，使用的是Canny算法。得到我们要检测出的图像的边界线，这样就能得出图片中对象（天气特征）与背景（大范围）间的交界线。然后剔除背景，从而只留下雨滴。再进行阈值设置，超过阈值则判断下雨，从而得到最终的结果。

二、数字图像处理

2.1数字图像处理介绍

2.1.1数字图像处理概念

数字图像处理是指计算机处置解决图像的进程，其中涵括了去除噪声、图片增强、图片分割、特征的提取等。数字图像处理的产生与快速崛起，主要受以下因素影响：一是由于计算机的进步；二是由于数学的进步，主要是离散数学的进一步的改善；三是由于各行各业的应用需求的提高，比如在农牧业方面，在林业方面，在工业方面，在环境方面，在医学方面，在军事方面等等。

2.1.2数字图像处理目的

正常情况下，对图像进行处理的最终达到的目标大概是有以下三个方面：

(1)提升图像的视觉上的品质，比如图像亮度和彩色变换，强化或者压制一些因素，在图像上进行几何变换。

(2)选出图像中所涵括的特殊的讯息或某些特别的属性，这部分被选中的讯息或特别的属性大多方便计算机了解认识图像。取出讯息或特别属性的阶段是计算机视觉预处理或模式识别。提取的特别属性有很多方面，如灰度或色彩的特征、频域的特征、区域的特征、边界的特征、形状的特征、纹理的特征、关系结构与拓扑的特征等。

(3)为了之后方便图像能够进行保存以及传递输送，图像中的数据需要进行改变、编码与压缩。

2.1.3数字图像处理常用方法

有以下几个方面：

1)图像变换：如果在空间域中对图像直接进行处理，会因为图像阵列非常大，致使进行的阶段中涉及到的计算量会很大。所以因为这一原因，很多情况下，会运用种类繁多的图像变换方法，比如离散COS变换这种间接的处理技术，又比如说沃尔什变换间接的处理技术，除去这二者还有傅立叶变换等等，可以把对空间域的处理转化成对变换域的处理，不仅在计算量方面有所减少，并且能够获得愈来愈有效的处理。在时域与频域当中新崛起的小波变换局部化的特征十分的优良，导致它在图像处理方面有着有效并且广泛的应用。

2)图像编码压缩：通过图像编码压缩技术能够有效地去除不需要的比特数，以便于节约图像传输并且进行处置解决的时间与减低使用的存储器容量。在不失真的基础背景下压缩获得，在允许失真的基础下也能够进行。在压缩技术中，编码是最关键紧要的方法。在图像处理技术中，编码崛起的比别的都要早，而且已经慢慢成为比较完善的技术。

3)图像增强和复原：强化图像与复原图像的关键就是要能够提升图像的品质，比如去除噪声，加强清晰度等等。不将图像品质减低的原因纳入考量范围，对图像进行强化能够突出图像中所感兴趣的那部分。比如强化了图像中的高频分量，就能够清楚地显露图像中对象的轮廓，显露出显著的细节；如果强化低频分量则能够减低图像中噪声产生的变化。图像复原要求了解图像品质减低的原因，一般来说应根据品质减低的进程来创建“降质模型”，然后选中某种滤波的方式，来复原或者重新建立原本的图像。

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