【数字图像处理+MATLAB】基于 Sobel 算子计算图像梯度并进行边缘增强：使用 imgradientxy 函数

引言

在图像处理中，边缘通常是图像中像素强度变化最大的地方，这种变化可以通过计算图像的梯度来量化。梯度是一个向量，它的方向指向像素强度增加最快的方向，它的大小（或者说幅度）表示像素强度增加的速度。因此，梯度的幅度可以用来检测图像中的边缘：梯度的幅度大的地方就是边缘。

Sobel算子是一种用于计算图像梯度的算子。它通过计算图像在水平方向和垂直方向上的差分来估计图像的梯度。Sobel算子会分别计算图像在x方向和y方向上的差分，这两个差分就构成了梯度的两个分量。

计算出梯度后，可以通过计算梯度的幅度来检测边缘。梯度的幅度是通过下面的公式计算的：

$$Gmag=\sqrt{G{x}^2+G{y}^2}$$

在这里，$Gx$和$Gy$是梯度在x方向和y方向上的分量。这个公式来自于向量的幅度的定义。

函数详解

imgradientxy 是 MATLAB 的一个函数，用于计算图像的梯度。这个函数会分别计算图像在 x 方向和 y 方向上的梯度。

基本语法：

[Gx, Gy] = imgradientxy(I)
[Gx, Gy] = imgradientxy(I, method)

参数详解：

• I：这是一个二维的图像矩阵，需要计算梯度的图像。

• method：这是一个可选参数，用于指定计算梯度的方法。可以是 ‘sobel’（使用 Sobel 滤波器），‘prewitt’（使用 Prewitt 滤波器），‘central’（使用中心差分），‘intermediate’（使用中间差分）等。如果省略此参数，那么默认的方法是 ‘sobel’。

返回值详解：

• Gx：这是一个与输入图像 I 同样大小的矩阵，表示图像在 x 方向上的梯度。

• Gy：这是一个与输入图像 I 同样大小的矩阵，表示图像在 y 方向上的梯度。

应用案例

% 读取图像
img1 = imread("Fig0342(a)(contact_lens_original).tif");

% 显示原始图像
figure;
subplot(1, 2, 1);
imshow(img1, []);

% 使用Sobel算子计算图像的x方向和y方向的梯度
[Gx, Gy] = imgradientxy(img1, "sobel");

% 计算梯度幅度
img2 = sqrt(Gx.^2 + Gy.^2);

% 显示梯度幅度图像
subplot(1, 2, 2);
imshow(img2, []);