Python 图像处理 OpenCV （6）：图像的阈值处理

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图像的阈值

看到这个词可能大家都很懵，为啥在图像处理里面还会有阈值。

图像的阈值处理用大白话讲就是将图像转化为二值图像（黑白图），目的是用来提取图像中的目标物体，将背景和噪声区分开（可以近似的认为除了目标全是噪声）。

通常会设定一个阈值 T ，通过 T 将图像的像素划分为两类：大于 T 的像素群和小于 T 的像素群。

首先可以先将图像转化为灰度图像，因为在灰度图像中，每个像素都只有一个灰度值用来表示当前像素的亮度。

接下来二值化处理可以将图像中的像素划分为两类颜色，一种是大于阈值 T 的，另一种是小于阈值 T 的。

比如最常见的二值图像：

当灰度值小于阈值 T 的时候，可以将其像素设置为 0 ，表示为黑色。

当灰度值大于阈值 T 的时候，可以将其像素设置为 255 ，表示为白色。

在 OpenCV 中，为我们提供了阈值函数 threshold() 来帮助我们实现二值图像的处理。

函数如下：

retval, dst = threshold(src, thresh, maxval, type, dst=None)

retval: 阈值
dst: 处理后的图像
src: 原图像
thresh: 阈值
maxval: 最大值
type: 处理类型

常用的 5 中处理类型如下：

cv.THRESH_BINARY: 二值处理
cv.THRESH_BINARY_INV: 反二值处理
cv.THRESH_TRUNC: 截断阈值化
cv.THRESH_TOZERO: 阈值化为 0
cv.THRESH_TOZERO_INV: 反阈值化为 0

接下来这几种处理类型有啥不同，我们一个一个来看。

二值处理

这种二值处理方式最开始需要选定一个阈值 T ，从 0 ~ 255 之间，我这里选择出于中间的那个数 127 。

接下来的处理规则就是这样的：

大于等于 127 的像素点的灰度值设定为最大值，也就是 255 白色
小于 127 的像素点的灰度值设定为 0 ，也就是黑色

接下来开始写代码，看我们的马里奥同学（不知道你们还记不记得我们的马里奥同学）：

import cv2 as cv

src = cv.imread("maliao.jpg")

# BGR 图像转灰度
gray_img = cv.cvtColor(src, cv.COLOR_BGR2GRAY)

# 二值图像处理
r, b = cv.threshold(gray_img, 127, 255, cv.THRESH_BINARY)

# 显示图像
cv.imshow("src", src)
cv.imshow("result", b)

# 等待显示
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()

反二值处理

这种方式和上面的二值处理非常相似，只是把处理规则给反了一下：

大于等于 127 的像素点的灰度值设定为 0 ，也就是白色
小于 127 的像素点的灰度值设定为最大值，也就是 255 白色

完整代码如下：

import cv2 as cv

src = cv.imread("maliao.jpg")

# BGR 图像转灰度
gray_img = cv.cvtColor(src, cv.COLOR_BGR2GRAY)

# 二值图像处理
r, b = cv.threshold(gray_img, 127, 255, cv.THRESH_BINARY_INV)

# 显示图像
cv.imshow("src", src)
cv.imshow("result", b)

# 等待显示
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()

从图像上可以看到，颜色和上面的二值图像正好相反，大部分的位置都变成了白色。

截断阈值化

这种方法还是需要先选定一个阈值 T ，图像中大于该阈值的像素点被设定为该阈值，小于该阈值的保持不变。

完整代码如下：

import cv2 as cv

src = cv.imread("maliao.jpg")

# BGR 图像转灰度
gray_img = cv.cvtColor(src, cv.COLOR_BGR2GRAY)

# 二值图像处理
r, b = cv.threshold(gray_img, 127, 255, cv.THRESH_TRUNC)

# 显示图像
cv.imshow("src", src)
cv.imshow("result", b)

# 等待显示
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()

这种方式实际上是把图片比较亮的像素处理成为阈值，其他部分保持不变。

阈值化为 0

这种方式还是需要先选定一个阈值 T ，将小于 T 的像素点设置为 0 黑色，其他的保持不变。

完整代码如下：

import cv2 as cv

src = cv.imread("maliao.jpg")

# BGR 图像转灰度
gray_img = cv.cvtColor(src, cv.COLOR_BGR2GRAY)

# 二值图像处理
r, b = cv.threshold(gray_img, 127, 255, cv.THRESH_TOZERO)

# 显示图像
cv.imshow("src", src)
cv.imshow("result", b)

# 等待显示
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()

这个方法是亮的部分不改，把比较暗的部分修改为 0 。

反阈值化为 0

这个和前面的反二值图像很像，同样是反阈值化为 0 ，将大于等于 T 的像素点变为 0 ，其余保持不变。

完整代码如下：

import cv2 as cv

src = cv.imread("maliao.jpg")

# BGR 图像转灰度
gray_img = cv.cvtColor(src, cv.COLOR_BGR2GRAY)

# 二值图像处理
r, b = cv.threshold(gray_img, 127, 255, cv.THRESH_TOZERO_INV)

# 显示图像
cv.imshow("src", src)
cv.imshow("result", b)

# 等待显示
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()

这个方法是暗的部分不改，把比较亮的部分修改为 0 。

全家福

接下来还是给这几种阈值处理后的图像来个全家福，让大家能有一个直观的感受，代码我也给出来，如下：

import cv2 as cv
import matplotlib.pyplot as plt

# 读取图像
img=cv.imread('maliao.jpg')
lenna_img = cv.cvtColor(img,cv.COLOR_BGR2RGB)
gray_img=cv.cvtColor(img,cv.COLOR_BGR2GRAY)

# 阈值化处理
ret1, thresh1=cv.threshold(gray_img, 127, 255, cv.THRESH_BINARY)
ret2, thresh2=cv.threshold(gray_img, 127, 255, cv.THRESH_BINARY_INV)
ret3, thresh3=cv.threshold(gray_img, 127, 255, cv.THRESH_TRUNC)
ret4, thresh4=cv.threshold(gray_img, 127, 255, cv.THRESH_TOZERO)
ret5, thresh5=cv.threshold(gray_img, 127, 255, cv.THRESH_TOZERO_INV)

# 显示结果
titles = ['Gray Img','BINARY','BINARY_INV','TRUNC','TOZERO','TOZERO_INV']
images = [gray_img, thresh1, thresh2, thresh3, thresh4, thresh5]

# matplotlib 绘图
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()