OpenCV開發筆記（二十八）：帶你學習圖像識別之閾值化

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各位讀者，知識無窮而人力有窮，要麼改需求，要麼找專業人士，要麼自己研究

目錄

前言

Demo

閾值化

概述

顏色空間轉換函數原型

Demo源碼

工程模板：對應版本號v1.23.0

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OpenCV開發專欄

《OpenCV開發筆記（〇）：使用mingw530_32編譯openCV3.4.1源碼，搭建Qt5.9.3的openCV開發環境》

《OpenCV開發筆記（一）：OpenCV介紹、編譯》

《OpenCV開發筆記（二）：cvui交互界面》

《OpenCV開發筆記（三）：OpenCV圖像的概念和基本操作》

《OpenCV開發筆記（四）：OpenCV圖片和視頻數據的讀取與存儲》

《OpenCV開發筆記（五）：OpenCV讀取與操作攝像頭》

《OpenCV開發筆記（六）：OpenCV基礎數據結構、顏色轉換函數和顏色空間》

《OpenCV開發筆記（七）：OpenCV基礎圖形繪製》

《OpenCV開發筆記（八）：OpenCV常用操作之計時、縮放、旋轉、鏡像》

《OpenCV開發筆記（九）：OpenCV區域圖像（ROI）和整體、局部圖像混合》

《OpenCV開發筆記（十）：OpenCV圖像顏色通道分離和圖像顏色多通道混合》

《OpenCV開發筆記（十一）：OpenCV編譯支持Gpu(cuda) 加速開發之win-qt-mingw32編譯》

《OpenCV開發筆記（十二）：OpenCV編譯支持Gpu(cuda) 加速開發之win-qt-msvc2015編譯(opencv3.4.0、cuda9.0、VS2015)》

《OpenCV開發筆記（十三）：OpenCV圖像對比度、亮度的調整》

《OpenCV開發筆記（十四）：算法基礎之線性濾波-方框濾波》

《OpenCV開發筆記（十五）：算法基礎之線性濾波-均值濾波》

《OpenCV開發筆記（十六）：算法基礎之線性濾波-高斯濾波》

《OpenCV開發筆記（十七）：算法基礎之線性濾波對比-方框、均值、高斯濾波》

《OpenCV開發筆記（十八）：算法基礎之非線性濾波-中值濾波》

《OpenCV開發筆記（十九）：算法基礎之非線性濾波-雙邊濾波》

《OpenCV開發筆記（二十）：算法基礎之非線性濾波對比-中值、雙邊濾波》

《OpenCV開發筆記（二十一）：算法基礎之形態學濾波-膨脹》

《OpenCV開發筆記（二十二）：算法基礎之形態學濾波-腐蝕》

《OpenCV開發筆記（二十三）：算法基礎之形態學濾波-開運算》

《OpenCV開發筆記（二十四）：算法基礎之形態學濾波-閉運算》

《OpenCV開發筆記（二十五）：算法基礎之形態學濾波-形態學梯度》

《OpenCV開發筆記（二十六）：算法基礎之形態學濾波-頂帽（禮帽）》

《OpenCV開發筆記（二十七）：算法基礎之形態學濾波-黑帽》

《OpenCV開發筆記（二十八）：帶你學習圖像識別之閾值化》

持續補充中…

 

    OpenCV開發筆記（二十八）：帶你學習圖像識別之閾值化

 

前言

對於圖像識別來說，首先要做預處理，預處理第一步是去噪，在之前的篇章中介紹了大量的去噪算法，接下來越過算法，進入識別的第二步：閾值化，閾值化是圖像識別比較重要的操作之一。

 

Demo

 

閾值化

概述

       圖像閾值化通常是圖像識別預處理階段的開始，它消除了所有的顏色信息，大多數的OpoenCV的函數需要有用信息處被填入白色，背景被填入黑色。

       在對各種各項進行處理操作的過程中，通道也需要對圖像中的像素做出取捨與角色，直接提出一些地域或者高於一定值的像素。

       閾值可以被視作做簡單的圖像分割方法，比如從一副圖像中利用閾值分割出我們需要的物體部分，這樣的圖像風格防範基於圖像中物體與背景之間的灰度差異，而且此分割屬於像素級的分割。

       爲了從一副圖像中提取出需要的部分，需要調整調整灰度值與閾值進行比較，並作出相應的判斷，尤其注意：圖像處理中，對於具體的圖像處理其實是很依賴問題本身的，閾值化就依賴於具體的問題，物體在不同的圖像中存在不同的灰度值，我們需要找到需要分割物體的像素點，可以對這些像素點設定一些特定的閾值。

       爲了突出分割，閾值化之後只會存在兩種結果，超過閾值的和低於閾值的，通常的操作就是達到要求的設置爲黑色或者白色，而對應的就設置爲白色或者黑色，俗稱“黑白配”。

       如下圖：虛線代表閾值：

double threshold( InputArray src,
               OutputArray dst,
               double thresh,
               double maxval,
               int type );

• 參數一：InputArray類型，一般是cv::Mat，且可以處理多通道，8或者32位浮點（注意：當使用THRESH_BINARY處理多通道的時候，每個通道都會進行閾值化，比如RGB三通道，那麼可能R比G,B大，當閾值設置爲大於G、B小於R時，則R爲最大是，顯示紅色，其他類型的閾值形式類推）。
• 參數二；OutputArray類型，輸出的目標圖像，需要和原圖片有一樣的尺寸和類型。
• 參數三：double類型的thresh，閾值。
• 參數四：double類型的maxval，與“THRESH_BINARY”枚舉和“THRESH_BINARY_INV”枚舉一起使用纔有效果，其他枚舉忽略。
• 參數五：int類型的type，閾值類型。

顏色空間轉換函數原型

void cvtColor( InputArray src,
            OutputArray dst,
            int code,
            int dstCn = 0 );

• 參數一：InputArray類型，一般是cv::Mat，8位無符號，16位無符號（CV_16UC…）或單精度浮點，主要與code對顏色空間的轉換一一對應。
• 參數二；OutputArray類型，輸出的目標圖像，主要與code對顏色空間的轉換一一對應（通道數），與輸入圖像的尺寸大小和深度是一樣的，當參數四dstCn不等於0時，則依據設置生成。
• 參數三：int類型的code，代碼顏色空間轉換代碼（請參見ColorConversionCodes枚舉）。
• 參數四：int類型的dstCn，目標圖像中的通道數；如果參數爲0，則通道是從src和代碼自動派生的。

 

Demo源碼

void OpenCVManager::testThreshold()
{
    QString fileName1 = "I:/qtProject/openCVDemo/openCVDemo/modules/openCVManager/images/1.jpg";
    cv::Mat srcMat = cv::imread(fileName1.toStdString());

    cv::Mat thresh1Mat = cv::imread("I:/qtProject/openCVDemo/openCVDemo/modules/openCVManager/images/thresh1.png");
    cv::Mat thresh2Mat = cv::imread("I:/qtProject/openCVDemo/openCVDemo/modules/openCVManager/images/thresh2.png");
    cv::Mat thresh3Mat = cv::imread("I:/qtProject/openCVDemo/openCVDemo/modules/openCVManager/images/thresh3.png");
    cv::Mat thresh4Mat = cv::imread("I:/qtProject/openCVDemo/openCVDemo/modules/openCVManager/images/thresh4.png");
    cv::Mat thresh5Mat = cv::imread("I:/qtProject/openCVDemo/openCVDemo/modules/openCVManager/images/thresh5.png");
    cv::resize(thresh1Mat, thresh1Mat, cv::Size(160, 80));
    cv::resize(thresh2Mat, thresh2Mat, cv::Size(160, 80));
    cv::resize(thresh3Mat, thresh3Mat, cv::Size(160, 80));
    cv::resize(thresh4Mat, thresh4Mat, cv::Size(160, 80));
    cv::resize(thresh5Mat, thresh5Mat, cv::Size(160, 80));

    int width = 200;
    int height = 160;
    cv::resize(srcMat, srcMat, cv::Size(width, height));

    cv::String windowName = _windowTitle.toStdString();
    cvui::init(windowName);

    if(!srcMat.data)
    {
        qDebug() << __FILE__ << __LINE__
                 << "Failed to load image:" << fileName1;
        return;
    }

    qDebug() << __FILE__ << __LINE__
             << "Succeed to load image, type =" << srcMat.type()
             << "channels = " << srcMat.channels();

    cv::Mat dstMat;
    dstMat = cv::Mat::zeros(srcMat.size(), srcMat.type());
    cv::Mat windowMat = cv::Mat(cv::Size(dstMat.cols * 6, dstMat.rows * 4),
                                srcMat.type());

    int thresh = 100;
    int maxval = 255;

    while(true)
    {
        windowMat = cv::Scalar(0, 0, 0);
        // 原圖先copy到左邊
        cv::Mat leftMat = windowMat(cv::Range(0, srcMat.rows),
                                    cv::Range(0, srcMat.cols));
        cv::addWeighted(leftMat, 1.0f, srcMat, 1.0f, 0.0f, leftMat);

        // 調整閾值化的參數thresh
        cvui::printf(windowMat, width * 2 + 100, 20 + height * 0, "thresh");
        cvui::trackbar(windowMat, width * 2 + 100, 40 + height * 0, 250, &thresh, 0, 255);

        // 調整閾值化的參數maxval
        cvui::printf(windowMat, width * 2 + 100, 80 + height * 0, "maxval");
        cvui::trackbar(windowMat, width * 2 + 100, 100 + height * 0, 250, &maxval, 0, 255);

        cv::Mat tempMat;
        cvui::printf(windowMat, width * 0 + 40, 10 + height * 1, "THRESH_BINARY");
        cvui::printf(windowMat, width * 0 + 40, 25 + height * 1, "thresh = %d", thresh);
        cvui::printf(windowMat, width * 0 + 40, 40 + height * 1, "maxval = %d", maxval);
        tempMat = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 1 + 70, srcMat.rows * 2 - 10),
                            cv::Range(srcMat.cols * 0 + 20, srcMat.cols * 1 - 20));
        cv::addWeighted(tempMat, 0.0f, thresh1Mat, 1.0f, 0.0f, tempMat);
        cvui::printf(windowMat, width * 1 + 40, 10 + height * 1, "THRESH_BINARY_INV");
        cvui::printf(windowMat, width * 1 + 40, 25 + height * 1, "thresh = %d", thresh);
        cvui::printf(windowMat, width * 1 + 40, 40 + height * 1, "maxval = %d", maxval);
        tempMat = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 1 + 70, srcMat.rows * 2 - 10),
                            cv::Range(srcMat.cols * 1 + 20, srcMat.cols * 2 - 20));
        cv::addWeighted(tempMat, 0.0f, thresh2Mat, 1.0f, 0.0f, tempMat);
        cvui::printf(windowMat, width * 2 + 40, 10 + height * 1, "THRESH_TRUNC");
        cvui::printf(windowMat, width * 2 + 40, 25 + height * 1, "thresh = %d", thresh);
        cvui::printf(windowMat, width * 2 + 40, 40 + height * 1, "maxval = %d", maxval);
        tempMat = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 1 + 70, srcMat.rows * 2 - 10),
                            cv::Range(srcMat.cols * 2 + 20, srcMat.cols * 3 - 20));
        cv::addWeighted(tempMat, 0.0f, thresh3Mat, 1.0f, 0.0f, tempMat);
        cvui::printf(windowMat, width * 3 + 40, 10 + height * 1, "THRESH_TOZERO");
        cvui::printf(windowMat, width * 3 + 40, 25 + height * 1, "thresh = %d", thresh);
        cvui::printf(windowMat, width * 3 + 40, 40 + height * 1, "maxval = %d", maxval);
        tempMat = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 1 + 70, srcMat.rows * 2 - 10),
                            cv::Range(srcMat.cols * 3 + 20, srcMat.cols * 4 - 20));
        cv::addWeighted(tempMat, 0.0f, thresh4Mat, 1.0f, 0.0f, tempMat);
        cvui::printf(windowMat, width * 4 + 40, 10 + height * 1, "THRESH_TOZERO_INV");
        cvui::printf(windowMat, width * 4 + 40, 25 + height * 1, "thresh = %d", thresh);
        cvui::printf(windowMat, width * 4 + 40, 40 + height * 1, "maxval = %d", maxval);
        tempMat = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 1 + 70, srcMat.rows * 2 - 10),
                            cv::Range(srcMat.cols * 4 + 20, srcMat.cols * 5 - 20));
        cv::addWeighted(tempMat, 0.0f, thresh5Mat, 1.0f, 0.0f, tempMat);
        cvui::printf(windowMat, width * 5 + 40, 10 + height * 1, "THRESH_MASK");
        cvui::printf(windowMat, width * 5 + 40, 25 + height * 1, "thresh = %d", thresh);
        cvui::printf(windowMat, width * 5 + 40, 40 + height * 1, "maxval = %d", maxval);

        // 轉換成灰度圖像
        cv::Mat grayMat;    // 多通道
        cv::Mat grayMat2;   // 單通道
#if 1
        // CV_XXXX 與 cv::COLOR_BGR2GRAY 實際並沒有區別 是高低版本表現形式的問題
        cv::cvtColor(srcMat, grayMat2, CV_BGR2GRAY);
        cv::cvtColor(grayMat2, grayMat, CV_GRAY2BGR);
#else
        cv::cvtColor(srcMat, grayMat2, cv::COLOR_BGR2GRAY);
        cv::cvtColor(grayMat2, grayMat, cv::COLOR_GRAY2BGR);
#endif
        // 效果圖copy
        cv::Mat rightMat = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 0, srcMat.rows * 1),
                                     cv::Range(srcMat.cols * 1, srcMat.cols * 2));
        cv::addWeighted(rightMat, 0.0f, grayMat, 1.0f, 0.0f, rightMat);

        {
            cv::threshold(srcMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_BINARY);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 2, srcMat.rows * 3),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 0, srcMat.cols * 1));
            cv::addWeighted(center, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center);

            cv::threshold(srcMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_BINARY_INV);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center2 = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 2, srcMat.rows * 3),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 1, srcMat.cols * 2));
            cv::addWeighted(center2, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center2);

            cv::threshold(srcMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_TRUNC);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center3 = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 2, srcMat.rows * 3),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 2, srcMat.cols * 3));
            cv::addWeighted(center3, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center3);

            cv::threshold(srcMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_TOZERO);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center4 = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 2, srcMat.rows * 3),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 3, srcMat.cols * 4));
            cv::addWeighted(center4, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center4);

            cv::threshold(srcMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_TOZERO_INV);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center5 = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 2, srcMat.rows * 3),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 4, srcMat.cols * 5));
            cv::addWeighted(center5, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center5);


            cv::threshold(srcMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_MASK);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center6 = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 2, srcMat.rows * 3),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 5, srcMat.cols * 6));
            cv::addWeighted(center6, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center6);
        }

        {
            cv::threshold(grayMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_BINARY);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 3, srcMat.rows * 4),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 0, srcMat.cols * 1));
            cv::addWeighted(center, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center);

            cv::threshold(grayMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_BINARY_INV);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center2 = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 3, srcMat.rows * 4),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 1, srcMat.cols * 2));
            cv::addWeighted(center2, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center2);

            cv::threshold(grayMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_TRUNC);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center3 = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 3, srcMat.rows * 4),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 2, srcMat.cols * 3));
            cv::addWeighted(center3, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center3);

            cv::threshold(grayMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_TOZERO);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center4 = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 3, srcMat.rows * 4),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 3, srcMat.cols * 4));
            cv::addWeighted(center4, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center4);

            cv::threshold(grayMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_TOZERO_INV);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center5 = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 3, srcMat.rows * 4),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 4, srcMat.cols * 5));
            cv::addWeighted(center5, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center5);


            cv::threshold(grayMat, dstMat, thresh, maxval, cv::THRESH_MASK);
            // 效果圖copy
            cv::Mat center6 = windowMat(cv::Range(srcMat.rows * 3, srcMat.rows * 4),
                                         cv::Range(srcMat.cols * 5, srcMat.cols * 6));
            cv::addWeighted(center6, 0.0f, dstMat, 1.0f, 0.0f, center6);
        }

        // 更新
        cvui::update();
        // 顯示
        cv::imshow(windowName, windowMat);
        // esc鍵退出
        if(cv::waitKey(25) == 27)
        {
            break;
        }
    }
}

 

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