opencv-python教程学习系列12-图像阈值

前言

opencv-python教程学习系列记录学习python-opencv过程的点滴，本文主要介绍图像阈值/二值化，坚持学习，共同进步。

系列教程参照OpenCV-Python中文教程；

系统环境

系统：win7_x64;

python版本：python3.5.2；

opencv版本：opencv3.3.1；

内容安排

1.知识点介绍；

2.测试代码；

具体内容

1.知识点介绍；

图像的阈值处理一般使得图像的像素值更单一、图像更简单。阈值可以分为全局性质的阈值，也可以分为局部性质的阈值，可以是单阈值的也可以是多阈值的。当然阈值越多是越复杂的。下面将介绍opencv下的三种阈值方法。主要涉及的函数是cv2.threshold , cv2.adaptiveThreshold；

1.1 简单阈值；

简单阈值当然是最简单，选取一个全局阈值，然后把整幅图像分成了非黑即白的二值图像。

使用的函数是cv2.threshold，包括四个参数，第一个是原图像(灰度图像)，第二个是进行分类的阈值，第三个是高于（低于）阈值时赋予的新值，第四个是一个方法选择参数，常用的方法有：
• cv2.THRESH_BINARY（黑白二值）
• cv2.THRESH_BINARY_INV（黑白二值反转）
• cv2.THRESH_TRUNC （得到的图像为多像素值）
• cv2.THRESH_TOZERO
• cv2.THRESH_TOZERO_INV
该函数有两个返回值，第一个retVal（得到的分割阈值），第二个就是阈值化后的图像。

1	`ret , thresh5` `=` `cv2.threshold(img,127,255,cv2.THRESH_TOZERO_INV)`

1.2 自适应阈值；

自适应阈值可以看成一种局部性的阈值，通过规定一个区域大小，比较这个点与区域大小里面像素点的平均值（或者其他特征）的大小关系确定这个像素点是属于黑或者白（如果是二值情况）。使用的函数为cv2.adaptiveThreshold，该函数有6个参数，分别是原始灰度图像、像素值上限、自适应方法、赋值方法、邻域大小、常数，其中自适应方法包含cv2.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C (邻域均值)和cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C(邻域加权和)两种，常数表示阈值等于均值或者加权值减去这个常数；

ret , th1 = cv2.threshold(img,127,255,cv2.THRESH_BINARY)
# 11为block size，2为C值
th2 = cv2.adaptiveThreshold(img,255,cv2.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C , cv2.THRESH_BINARY,11,2 )

1.3 大津法OTSU；

Otsu方法试图自动找到一个最好的阈值，可以最小化加权的类内方差，并且Otsu非常适合于图像灰度直方图具有双峰的情况，在双峰(bimodal )之间找到一个值作为阈值，对于非双峰图像，可能并不是很好用。

1	`ret2,th2=cv2.threshold(img,0,255,cv2.THRESH_BINARY+cv2.THRESH_OTSU)`

2.测试代码；

2.1 自适应阈值；

import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
 
img = cv2.imread('test.jpg',0)
#中值滤波
img = cv2.medianBlur(img,5)
 
ret , th1 = cv2.threshold(img,127,255,cv2.THRESH_BINARY)
# 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()

2.2 OTSU方法；

import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
img = cv2.imread('test.jpg',0)
 
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)#高斯滤波平滑
 
#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 filtered image','histogram',"otus's thresholding"]
#这里使用了pyplot中画直方图的方法，plt.hist要注意的是他的参数是一维数组
#所以这里使用了（numpy）ravel方法，将多维数组转换成一维，也可以使用flatten方法
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()

2.3 OTSU的实现；

#opencv官网https://docs.opencv.org/3.3.1/d7/d4d/tutorial_py_thresholding.html
import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
img = cv2.imread('test.jpg',0)
blur = cv2.GaussianBlur(img,(5,5),0)
# find normalized_histogram, and its cumulative distribution function
hist = cv2.calcHist([blur],[0],None,[256],[0,256])
hist_norm = hist.ravel()/hist.max()
Q = hist_norm.cumsum()
bins = np.arange(256)
fn_min = np.inf
thresh = -1
for i in range(1,256):
    p1,p2 = np.hsplit(hist_norm,[i]) # probabilities
    q1,q2 = Q[i],Q[255]-Q[i] # cum sum of classes
    b1,b2 = np.hsplit(bins,[i]) # weights
    # finding means and variances
    m1,m2 = np.sum(p1*b1)/q1, np.sum(p2*b2)/q2
    v1,v2 = np.sum(((b1-m1)**2)*p1)/q1,np.sum(((b2-m2)**2)*p2)/q2
    # calculates the minimization function
    fn = v1*q1 + v2*q2
    if fn < fn_min:
        fn_min = fn
        thresh = i
# find otsu's threshold value with OpenCV function
ret, otsu = cv2.threshold(blur,0,255,cv2.THRESH_BINARY+cv2.THRESH_OTSU)
print( "{} {}".format(thresh,ret) )#ret表示得到的分割阈值;