图像的灰度图 和 二值化的概念

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在图像处理中,用RGB三个分量(R:Red,G:Green,B:Blue),即红、绿、蓝三原色来表示真彩色,R分量,G分量,B分量的取值范围均为0~255,比如电脑屏幕上的一个红色的像素点的三个分量的值分别为:255,0,0。

像素点
像素点是最小的图像单元,一张图片由好多的像素点构成,下图是一张美女的大白腿的图片。
图像处理的灰度化和二值化

查看这张图片的信息,尺寸是800 * 800 的,宽度是800像素,高度是800像素。也就是说这张图片是由一个800 * 800的像素点矩阵构成的(不理解矩阵是什么意思的话,可以把矩阵理解为C语言中的二维数组),这个矩阵是800行,800列,像素是图像的最小单元,这张图片的宽度是800个像素点的长度,高度是800个像素点的长度,共有800 * 800 = 640000个像素点。
图像处理的灰度化和二值化

因为一个像素点的颜色是由RGB三个值来表现的,所以一个像素点矩阵对应三个颜色向量矩阵,分别是R矩阵,G矩阵,B矩阵,它们也都是800 *800大小的矩阵。下面展示这张美女图片的一部分颜色矩阵数据:

这个是R矩阵中的一部分
图像处理的灰度化和二值化

这个是G矩阵中的一部分
图像处理的灰度化和二值化

这个是B矩阵中的一部分
图像处理的灰度化和二值化

比如每个矩阵的第一行第一列的值分别为:R:240,G:223,B:204,所以这个像素点的颜色就是(240,223,204),三个矩阵的值不一定一 一对应,这样做只是为了便于读者理解。

图像的灰度化
在理解了一张图片是由一个像素点矩阵构成之后,我们就知道我们对图像的处理就是对这个像素点矩阵的操作,想要改变某个像素点的颜色,我们只要在这个像素点矩阵中找到这个像素点的位置,比如第x行,第y列,所以这个像素点在这个像素点矩阵中的位置就可以表示成(x,y),因为一个像素点的颜色由红、绿、蓝三个颜色变量表示,所以我们通过给这三个变量赋值,来改变这个像素点的颜色,比如改成红色(255,0,0),可以表示为(x,y,(R=255,G=0,B=0))。
那么什么叫图片的灰度化呢?其实很简单,就是让像素点矩阵中的每一个像素点都满足下面的关系:R=G=B(就是红色变量的值,绿色变量的值,和蓝色变量的值,这三个值相等,“=”的意思不是程序语言中的赋值,是数学中的相等),此时的这个值叫做灰度值。

灰度处理的方法:
一般灰度处理经常使用两种方法来进行处理。
方法1:
灰度化后的R=(处理前的R + 处理前的G +处理前的B)/ 3
灰度化后的G=(处理前的R + 处理前的G +处理前的B)/ 3
灰度化后的B=(处理前的R + 处理前的G +处理前的B)/ 3

美女图片经过方法1进行灰度化后的效果如下:
图像处理的灰度化和二值化

    方法2:
       灰度化后的R =  处理前的R * 0.3+ 处理前的G * 0.59 +处理前的B * 0.11
       灰度化后的G =  处理前的R * 0.3+ 处理前的G * 0.59 +处理前的B * 0.11
       灰度化后的B =  处理前的R * 0.3+ 处理前的G * 0.59 +处理前的B * 0.11

 美女图片经过方法2进行灰度化后的效果如下:图像处理的灰度化和二值化

个人觉得第二种方法处理的效果比较好,第一种方法处理后的图片有点模糊。
图像的二值化
什么叫图像的二值化?二值化就是让图像的像素点矩阵中的每个像素点的灰度值为0(黑色)或者255(白色),也就是让整个图像呈现只有黑和白的效果。在灰度化的图像中灰度值的范围为0~255,在二值化后的图像中的灰度值范围是0或者255。
黑色:
二值化后的R = 0
二值化后的G = 0
二值化后的B = 0
白色:
二值化后的R = 255
二值化后的G = 255
二值化后的B = 255
那么一个像素点在灰度化之后的灰度值怎么转化为0或者255呢?比如灰度值为100,那么在二值化后到底是0还是255?这就涉及到取一个阀值的问题。
常用的二值化方法:
方法1:
取阀值为127(相当于0~255的中数,(0+255)/2=127),让灰度值小于等于127的变 为0(黑色),灰度值大于127的变为255(白色),这样做的好处是计算量小速度快,但是 缺点也是很明显的,因为这个阀值在不同的图片中均为127,但是不同的图片,他们的颜色 分布差别很大,所以用127做阀值,白菜萝卜一刀切,效果肯定是不好的。
方法2:
计算像素点矩阵中的所有像素点的灰度值的平均值avg
(像素点1灰度值+…+像素点n灰度值)/ n = 像素点平均值avg
然后让每一个像素点与avg一 一比较,小于等于avg的像素点就为0(黑色),大于avg的 像 素点为255(白色),这样做比方法1好一些。
方法3:
使用直方图方法(也叫双峰法)来寻找二值化阀值,直方图是图像的重要特质。直方图方法 认为图像由前景和背景组成,在灰度直方图上,前景和背景都形成高峰,在双峰之间的最低 谷处就是阀值所在。取到阀值之后再一 一比较就可以了。
下面给出一张美女图片二值化后的效果图:(漂亮的大白腿依稀可见。)
图像处理的灰度化和二值化

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