圖像的二值化之python+opencv

感謝原作者：what_lei

原帖地址：http://blog.csdn.net/what_lei/article/details/49159655

定義：圖像的二值化，就是將圖像上的像素點的灰度值設置爲0或255，也就是將整個圖像呈現出明顯的只有黑和白的視覺效果。

           一幅圖像包括目標物體、背景還有噪聲，要想從多值的數字圖像中直接提取出目標物體，常用的方法就是設定一個閾值T，用T將圖像的數據分成兩部分：大於T的像素羣和小於T的像素羣。這是研究灰度變換的最特殊的方法，稱爲圖像的二值化（Binarization）。

簡單的閾值-（全局閾值）：

Python-OpenCV中提供了閾值（threshold）函數：

cv2.threshold（）

函數：第一個參數       src            指原圖像，原圖像應該是灰度圖。

          第二個參數         x              指用來對像素值進行分類的閾值。

          第三個參數         y              指當像素值高於（有時是小於）閾值時應該被賦予的新的像素值

          第四個參數     Methods     指，不同的不同的閾值方法，這些方法包括：

                                                                                                                •cv2.THRESH_BINARY             圖（1）

                                                                                                                •cv2.THRESH_BINARY_INV     圖（2）

                                                                                                                •cv2.THRESH_TRUNC              圖（3）

                                                                                                                •cv2.THRESH_TOZERO            圖（4）

                                                                                                                •cv2.THRESH_TOZERO_INV     圖（5）

                                                  

破折線爲將被閾值化的值；虛線爲閾值    

                                

                          圖（1）           

大於閾值的像素點的灰度值設定爲最大值(如8位灰度值最大爲255)，灰度值小於閾值的像素點的灰度值設定爲0。

                  

                          圖（2）           

大於閾值的像素點的灰度值設定爲0，而小於該閾值的設定爲255。

                  

                           圖（3）

像素點的灰度值小於閾值不改變，大於閾值的灰度值的像素點就設定爲該閾值。

                  

                            圖（4）

像素點的灰度值小於該閾值的不進行任何改變，而大於該閾值的部分，其灰度值全部變爲0。

                  

                             圖（5）

像素點的灰度值大於該閾值的不進行任何改變，像素點的灰度值小於該閾值的，其灰度值全部變爲0。

Python+opencv代碼：

import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
img=cv2.imread('1.bmp')
GrayImage=cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
ret,thresh1=cv2.threshold(GrayImage,127,255,cv2.THRESH_BINARY)
ret,thresh2=cv2.threshold(GrayImage,127,255,cv2.THRESH_BINARY_INV)
ret,thresh3=cv2.threshold(GrayImage,127,255,cv2.THRESH_TRUNC)
ret,thresh4=cv2.threshold(GrayImage,127,255,cv2.THRESH_TOZERO)
ret,thresh5=cv2.threshold(GrayImage,127,255,cv2.THRESH_TOZERO_INV)
titles = ['Gray Image','BINARY','BINARY_INV','TRUNC','TOZERO','TOZERO_INV']
images = [GrayImage, thresh1, thresh2, thresh3, thresh4, thresh5]
for i in xrange(6):
   plt.subplot(2,3,i+1),plt.imshow(images[i],'gray')
   plt.title(titles[i])
   plt.xticks([]),plt.yticks([])
plt.show()

效果圖：

自適應閾值：

      當同一幅圖像上的不同部分的具有不同亮度時。這種情況下我們需要採用自適應閾值。此時的閾值是根據圖像上的每一個小區域計算與其對應的閾值。因此在同一幅圖像上的不同區域採用的是不同的閾值，從而使我們能在亮度不同的情況下得到更好的結果。

cv2.adaptiveThreshold（）

函數：第一個參數          src                  指原圖像，原圖像應該是灰度圖。

          第二個參數            x                    指當像素值高於（有時是小於）閾值時應該被賦予的新的像素值

          第三個參數  adaptive_method  指： CV_ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C 或 CV_ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C

          第四個參數    threshold_type    指取閾值類型：必須是下者之一                                                                                                                                                                                                                                                                •  CV_THRESH_BINARY,

                                                                                           • CV_THRESH_BINARY_INV

           第五個參數    block_size           指用來計算閾值的象素鄰域大小: 3, 5, 7, ...

 

           第六個參數          param1           指與方法有關的參數。對方法CV_ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C 和 CV_ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C， 它是一個從均值或加權均值提取的常數, 儘管它可以是負數。

自適應閾值：  對方法CV_ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C，先求出塊中的均值，再減掉param1。

                            對方法 CV_ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C ，先求出塊中的加權和(gaussian)， 再減掉param1。

例如：

          採用方法 CV_ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C，閾值類型：CV_THRESH_BINARY,  閾值的象素鄰域大小 block_size 選取3，參數param1  取3和5時：

                            部分原圖像像素值                                                                                              當參數param1爲5時
  

                           部分原圖像像素值                                                                                                當參數param1爲7時

選取對應領域（3*3）求其均值，然後減去參數param1的值爲自適應閾值。測試時求得均值爲小數時，貌似進行四捨五入之後再減去參數param1。（可能是我沒測試準確，無聊時測試一下，共同學習）

python+opencv代碼：

import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
img = cv2.imread('1.bmp')
GrayImage=cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# 中值濾波
GrayImage= cv2.medianBlur(GrayImage,5)
ret,th1 = cv2.threshold(GrayImage,127,255,cv2.THRESH_BINARY)
#3 爲Block size, 5爲param1值
th2 = cv2.adaptiveThreshold(GrayImage,255,cv2.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C,\
                    cv2.THRESH_BINARY,3,5)
th3 = cv2.adaptiveThreshold(GrayImage,255,cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C,\
                    cv2.THRESH_BINARY,3,5)
titles = ['Gray Image', 'Global Thresholding (v = 127)',
'Adaptive Mean Thresholding', 'Adaptive Gaussian Thresholding']
images = [GrayImage, th1, th2, th3]
for i in xrange(4):
   plt.subplot(2,2,i+1),plt.imshow(images[i],'gray')
   plt.title(titles[i])
   plt.xticks([]),plt.yticks([])
plt.show()

效果圖：