Python-OpenCV中的图像处理-图像阀值

图像阈值

单阈值

与名字一样，这种方法非常简单。但像素值高于阈值时，我们给这个像素赋予一个新值（可能是白色），否则我们给它赋予另外一种颜色（也许是黑色）。这个函数就是 cv2.threshhold()。这个函数的第一个参数就是原图像，原图像应该是灰度图。第二个参数就是用来对像素值进行分类的阈值。第三个参数就是当像素值高于（有时是小于）阈值时应该被赋予的新的像素值。 OpenCV提供了多种不同的阈值方法，这是有第四个参数来决定的。这些方法包括：

• cv2.THRESH_BINARY
• cv2.THRESH_BINARY_INV
• cv2.THRESH_TRUNC
• cv2.THRESH_TOZERO
• cv2.THRESH_TOZERO_INV

import numpy as np
import cv2
from matplotlib import pyplot as plt

# 单阈值
img = cv2.imread('./resource/opencv/image/colorscale_bone.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

ret,thresh1 = cv2.threshold(img, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)
ret,thresh2 = cv2.threshold(img, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV)
ret,thresh3 = cv2.threshold(img, 127, 255, cv2.THRESH_TRUNC)
ret,thresh4 = cv2.threshold(img, 127, 255, cv2.THRESH_TOZERO)
ret,thresh5 = cv2.threshold(img, 127, 255, cv2.THRESH_TOZERO_INV)

titles = ['original', 'binary', 'binary-inv', 'trunc', 'tozero', 'tozero-inv']
images = [img, thresh1, thresh2, thresh3, thresh4, thresh5]

for i in range(6):
    plt.subplot(2,3,i+1), plt.imshow(images[i], 'gray'),plt.title(titles[i])
    plt.xticks([]),plt.yticks([])

plt.show()

自适应阈值

在前面的部分我们使用是全局阈值，整幅图像采用同一个数作为阈值。当时这种方法并不适应与所有情况，尤其是当同一幅图像上的不同部分的具有不同亮度时。这种情况下我们需要采用自适应阈值。此时的阈值是根据图像上的每一个小区域计算与其对应的阈值。因此在同一幅图像上的不同区域采用的是不同的阈值，从而使我们能在亮度不同的情况下得到更好的结果。这种方法需要我们指定三个参数，返回值只有一个。

• Adaptive Method- 指定计算阈值的方法。
  – cv2.ADPTIVE_THRESH_MEAN_C：阈值取自相邻区域的平
  均值
  – cv2.ADPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C：阈值取值相邻区域
  的加权和，权重为一个高斯窗口。
• Block Size - 邻域大小（用来计算阈值的区域大小）。
• C - 这就是是一个常数，阈值就等于的平均值或者加权平均值减去这个常
  数。

import numpy as np
import cv2
from matplotlib import pyplot as plt


# 自适应阀值
img = cv2.imread('./resource/opencv/image/sudoku.png', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

# 中值滤波
img = cv2.medianBlur(img, 5)

(ret, th1) = cv2.threshold(img, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# 自适应阀值 11 为block size, 2为C值
th2 = cv2.adaptiveThreshold(img, 255, cv2.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C, cv2.THRESH_BINARY, 11, 2)
th3 = cv2.adaptiveThreshold(img, 255, cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C, cv2.THRESH_BINARY, 11, 2)

titles = ['original image', 'global thresholding(v=127)', 'Adaptive mean thresholding', 'adaptive gaussian thresholding']
images =[img, th1, th2, th3]


for i in range(4):
    plt.subplot(2,2,i+1), plt.imshow(images[i], 'gray')
    plt.title(titles[i])
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

plt.show()

Otsu’s二值化

在使用全局阈值时，我们就是随便给了一个数来做阈值，那我们怎么知道我们选取的这个数的好坏呢？答案就是不停的尝试。如果是一副双峰图像（简单来说双峰图像是指图像直方图中存在两个峰）呢？我们岂不是应该在两个峰之间的峰谷选一个值作为阈值？这就是 Otsu 二值化要做的。简单来说就是对一副双峰图像自动根据其直方图计算出一个阈值。（对于非双峰图像，这种方法得到的结果可能会不理想）。这里用到到的函数还是 cv2.threshold()，但是需要多传入一个参数（ flag）： cv2.THRESH_OTSU。这时要把阈值设为 0。然后算法会找到最
优阈值，这个最优阈值就是返回值 retVal。如果不使用 Otsu 二值化，返回的
retVal 值与设定的阈值相等。下面的例子中，输入图像是一副带有噪声的图像。第一种方法，我们设127 为全局阈值。第二种方法，我们直接使用 Otsu 二值化。第三种方法，我们首先使用一个 5x5 的高斯核除去噪音，然后再使用 Otsu 二值化。

import numpy as np
import cv2
from matplotlib import pyplot as plt

img = cv2.imread('./resource/opencv/image/Template_Matching_Correl_Result_2.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

(ret1,th1) = cv2.threshold(img, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)
(ret2,th2) = cv2.threshold(img, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY + cv2.THRESH_OTSU)

# (5,5)为高斯核的大小，0为标准差
blur = cv2.GaussianBlur(img, (5,5), 0) # 高斯滤波

# 阀值一定要设为0
(ret3, th3) = cv2.threshold(blur, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY + cv2.THRESH_OTSU)

images = [img, 0, th1,
            img, 0, th2,
                img, 0, th3]
titles = ['original noisy image', 'histogram', 'global thresholding(v=127)',
            'original noisy image','histogram',"otsu's thresholding",
            'gaussian giltered image','histogram',"otus's thresholding"]

for i in range(3):
    plt.subplot(3,3,i*3+1), plt.imshow(images[i*3], 'gray')
    plt.title(titles[i*3]), plt.xticks([]), plt.yticks([])
    plt.subplot(3,3,i*3+2),plt.hist(images[i*3].ravel(),256)
    plt.title(titles[i*3+1]),plt.xticks([]),plt.yticks([])
    plt.subplot(3,3,i*3+3),plt.imshow(images[i*3+2],'gray')
    plt.title(titles[i*3+2]),plt.xticks([]),plt.yticks([])
plt.show()