初探图像二值化
图像的二值化
(英文: Binarization)
意将非二值图像经过计算变成二值图像,它进行图像分割(Segmentation)最简单的一种方法,即后续图像处理技术的基础(简化后期的处理,提高处理速度),可以将灰度图像转化成二值图像。一般用它将感兴趣的目标和背景分离,比如:将人脸图像分为皮肤区域和非皮肤区域,将图像文字转换成PDF文字(黑/白)等等。因此,图像二值化可以看做是聚类或者分类。
二值图像即为每个像素只有两个可能值的数字图像,常出现在图像掩码,图像分割,二值化和dithering。
其将大于某个临界灰度值的像素灰度设为灰度极大值,小于这个值的为灰度极小值,从而实现二值化。
根据域值,二值化分为固定阈值和自适应阈值。比较常用的二值化方法有:双峰法,P参数法,迭代法和OTSU法等。
首先,介绍一种比较简单的方法。将图片灰度化后,我们选择127(灰度值范围的一半)作为阈值,即将像素值大于127的像素值全部设为255,小于127的全部设为0.
def easy_binarization(img):img_gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)img_gray[img_gray>127] = 255img_gray[img_gray<=127] = 0plt.imshow(img_gray, cmap='gray')plt.show()return img_gray
通过这种方法我们得到一张这样的图片:
严谨一点,为了应对每张灰度值大不相同,我们将阈值取为图像本身的平均值。
def mean_binarization(img):img_gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)threshold = np.mean(img_gray)img_gray[img_gray>threshold] = 255img_gray[img_gray<=threshold] = 0plt.imshow(img_gray, cmap='gray')plt.show()return img_gray
这样得到的图片有一点区别。我们知道直方图是图像的重要特质,它可以帮助我们分析图像中的灰度变化。因此,如果物体与背景的灰度值对比明显,直方图就会包含双峰(bimodal histogram),它们分别为图像的前景和背景。而它们之间的谷底即为边缘附近相对较少数目的像素点,一般来讲,这个最小值就为最优二值化的分界点,通过这个点可以把前景和背景很好地分开。
def hist_binarization(img):img_gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)hist = img_gray.flatten()plt.subplot(121)plt.hist(hist, 256)cnt_hist = collections.Counter(hist)begin, end = cnt_hist.most_common(2)[0][0], cnt_hist.most_common(2)[1][0]cnt = np.iinfo(np.int16).maxthreshold = 0for i in range(begin, end+1):if cnt_hist[i] < cnt:cnt = cnt_hist[i]threshold = i print(f'{threshold}: {cnt}')img_gray[img_gray>threshold] = 255img_gray[img_gray<=threshold] = 0plt.subplot(122)plt.imshow(img_gray, cmap='gray')plt.show()return img_gray
我们通过这种方式所寻找的阈值为148,其区于(143,153)双峰之间,得到了一张与上两种方法大不相同的图像。可以看出,阈值的选取就是二值化实现的关键。
1979年,日本人大津提出了名为OSTU的一种算法(<–<>),也称最大类间差法。取使得前景和背景两类的类间方差最大时的阈值,btw,matlab中的graythresh便基于这个算法。此外,它可进行多级阈值处理,即OSTU扩展算法,称为多大津算法(Multi OTSU Method)。
我们先将阈值设为t, 将原图转换成转化成灰度图后,将其高与宽存于h,w。通过magic的numpy算法我们直接将小于阈值的灰度值存储在前景front中,大于等于阈值的存在背景back中。即,
# 阈值:t
h, w = img.shape[:2]
front = img[img < t]
back = img[img >= t]
显然,前景与背景的长度和应与h, w的乘积相等,即 len(front) + len(back) == h * w.
现在计算出前景像素数量占总像素数量的比重(front_p)以及背景像素的占比(back_p),为了计算方差,我们还要计算前景和背景的灰度平均值(front_mean, back_mean)以及总平均灰度值(m)。基于它们之间的关系,总平均灰度值可经过化简,
此时,我们便能计算其间的方差(v)
基于上式,我们可以将其化简成
因此,我们并不需要计算总平均灰度值(m)即可计算其间方差!
def otsu(img):img = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)h, w = img.shape[:2]threshold_t = 0max_g = 0for t in range(255):front = img[img < t]back = img[img >= t]front_p = len(front) / (h * w)back_p = len(back) / (h * w)front_mean = np.mean(front) if len(front) > 0 else 0.back_mean = np.mean(back) if len(back) > 0 else 0.g = front_p * back_p * ((front_mean - back_mean)**2)if g > max_g:max_g = gthreshold_t = tprint(f"threshold = {threshold_t}")img[img < threshold_t] = 0img[img >= threshold_t] = 255return img
此时得到,
不得不说,这个算法的确很妙😄。它生成了比上三者都好的成像。👍
关于二值化由浅入深的算法实现暂时到这,我们一起来看一下OpenCV的调用与实现!
在OpenCV中,分为简单的阈值分割(Simple Thresholding, cv2.threshold)与自适应阈值分割(Adaptive Thresholding, cv2.adaptiveThreshold)。
首先,看一下Simple Thresholding,
retval, dst = cv.threshold(src, thresh, maxval, type[, dst])
第一个参数src为原图,需要注意的是输入的图像需为灰度图!
第二个参数thresh即为阈值,用于对像素值的分类(一般定义为127)。
第三个参数maxval是最大值,即超过阈值后所定义的值(255)。
第四个参数type,在Simple Thresholding中一共有五种不同的方式:
- cv.THRESH_BINARY
- cv.THRESH_BINARY_INV
- cv.THRESH_TRUNC
- cv.THRESH_TOZERO
- cv.THRESH_TOZERO_INV
接下来我们看一下通过这五种方式处理后的Lenna,
img = cv2.imread('lenna.jpg')
img = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
img_gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_RGB2GRAY)ret,thresh1 = cv2.threshold(img_gray,127,255,cv2.THRESH_BINARY)
ret,thresh2 = cv2.threshold(img_gray,127,255,cv2.THRESH_BINARY_INV)
ret,thresh3 = cv2.threshold(img_gray,127,255,cv2.THRESH_TRUNC)
ret,thresh4 = cv2.threshold(img_gray,127,255,cv2.THRESH_TOZERO)
ret,thresh5 = cv2.threshold(img_gray,127,255,cv2.THRESH_TOZERO_INV)titles = ['Original Image','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.figure(figsize=(11,11))
plt.show()
显然它们呈现了五种不同的方式,其中Binary方式与我们之前想实现的趋于相同。
接着我们看一下Adaptive Thresholding,
dst = cv.adaptiveThreshold(src, maxValue, adaptiveMethod, thresholdType, blockSize, C[, dst])
其中src, maxValue和thresholdType与Simple Thresholding相同。
在自适应阈值分割中,adaptive method(阈值的计算方式)有两种:
- cv.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C: 邻域面积(blockSize * blockSize)的平均值并减去C.
- cv.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C: 邻域面积的高斯加权总和然后减去C.
Similarly, 我们看一下Lenna被它们处理后的结果(对于thresholdType我们在这里选择cv2.THRESH_BINARY),
ret,th1 = cv2.threshold(img_gray,127,255,cv2.THRESH_BINARY)
th2 = cv2.adaptiveThreshold(img_gray,255,cv2.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C,\cv2.THRESH_BINARY,11,2)
th3 = cv2.adaptiveThreshold(img_gray,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()
对于这种结果并不是我们想要的,根据OpenCV文档,我们在进行Adaptive Thresholding前需要做一次中值滤波。我们照做,
img_gray = cv2.medianBlur(img_gray, 9)
"""same above"""
尽管,它并没有像之前otsu一样输出一张那样的图片,但是,它将图片中的边框描绘了出来。这样的方式更适合处理文字形式图片,像官方文档给出的对比一样:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-IB1L1L47-1599347246670)(https://docs.opencv.org/master/ada_threshold.jpg)]
很明显,这种方式可以很好的处理拍照的阴影。
OK,对于图像二值化就先告一段落了,在之后如果有机会我会以我的方式继续研究以及讲解其他二值化的算法,希望这篇文章可以对在读的你提供帮助。如果喜欢,别忘了给我点赞!
感谢阅读!!!
如果对文中有什么疑问,欢迎大家评论,一起探讨!!!
本文参考:
大津二值化算法OTSU的理解
Image Thresholding
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2024/4/26 9:43:45 - 配置失败还原请勿关闭计算机,电脑开机屏幕上面显示,配置失败还原更改 请勿关闭计算机 开不了机 这个问题怎么办...
解析如下:1、长按电脑电源键直至关机,然后再按一次电源健重启电脑,按F8健进入安全模式2、安全模式下进入Windows系统桌面后,按住“winR”打开运行窗口,输入“services.msc”打开服务设置3、在服务界面,选中…...
2022/11/19 21:17:18 - 错误使用 reshape要执行 RESHAPE,请勿更改元素数目。
%读入6幅图像(每一幅图像的大小是564*564) f1 imread(WashingtonDC_Band1_564.tif); subplot(3,2,1),imshow(f1); f2 imread(WashingtonDC_Band2_564.tif); subplot(3,2,2),imshow(f2); f3 imread(WashingtonDC_Band3_564.tif); subplot(3,2,3),imsho…...
2022/11/19 21:17:16 - 配置 已完成 请勿关闭计算机,win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机...
win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机”问题的解决方法在win7系统关机时如果有升级系统的或者其他需要会直接进入一个 等待界面,在等待界面中我们需要等待操作结束才能关机,虽然这比较麻烦,但是对系统进行配置和升级…...
2022/11/19 21:17:15 - 台式电脑显示配置100%请勿关闭计算机,“准备配置windows 请勿关闭计算机”的解决方法...
有不少用户在重装Win7系统或更新系统后会遇到“准备配置windows,请勿关闭计算机”的提示,要过很久才能进入系统,有的用户甚至几个小时也无法进入,下面就教大家这个问题的解决方法。第一种方法:我们首先在左下角的“开始…...
2022/11/19 21:17:14 - win7 正在配置 请勿关闭计算机,怎么办Win7开机显示正在配置Windows Update请勿关机...
置信有很多用户都跟小编一样遇到过这样的问题,电脑时发现开机屏幕显现“正在配置Windows Update,请勿关机”(如下图所示),而且还需求等大约5分钟才干进入系统。这是怎样回事呢?一切都是正常操作的,为什么开时机呈现“正…...
2022/11/19 21:17:13 - 准备配置windows 请勿关闭计算机 蓝屏,Win7开机总是出现提示“配置Windows请勿关机”...
Win7系统开机启动时总是出现“配置Windows请勿关机”的提示,没过几秒后电脑自动重启,每次开机都这样无法进入系统,此时碰到这种现象的用户就可以使用以下5种方法解决问题。方法一:开机按下F8,在出现的Windows高级启动选…...
2022/11/19 21:17:12 - 准备windows请勿关闭计算机要多久,windows10系统提示正在准备windows请勿关闭计算机怎么办...
有不少windows10系统用户反映说碰到这样一个情况,就是电脑提示正在准备windows请勿关闭计算机,碰到这样的问题该怎么解决呢,现在小编就给大家分享一下windows10系统提示正在准备windows请勿关闭计算机的具体第一种方法:1、2、依次…...
2022/11/19 21:17:11 - 配置 已完成 请勿关闭计算机,win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机”的解决方法...
今天和大家分享一下win7系统重装了Win7旗舰版系统后,每次关机的时候桌面上都会显示一个“配置Windows Update的界面,提示请勿关闭计算机”,每次停留好几分钟才能正常关机,导致什么情况引起的呢?出现配置Windows Update…...
2022/11/19 21:17:10 - 电脑桌面一直是清理请关闭计算机,windows7一直卡在清理 请勿关闭计算机-win7清理请勿关机,win7配置更新35%不动...
只能是等着,别无他法。说是卡着如果你看硬盘灯应该在读写。如果从 Win 10 无法正常回滚,只能是考虑备份数据后重装系统了。解决来方案一:管理员运行cmd:net stop WuAuServcd %windir%ren SoftwareDistribution SDoldnet start WuA…...
2022/11/19 21:17:09 - 计算机配置更新不起,电脑提示“配置Windows Update请勿关闭计算机”怎么办?
原标题:电脑提示“配置Windows Update请勿关闭计算机”怎么办?win7系统中在开机与关闭的时候总是显示“配置windows update请勿关闭计算机”相信有不少朋友都曾遇到过一次两次还能忍但经常遇到就叫人感到心烦了遇到这种问题怎么办呢?一般的方…...
2022/11/19 21:17:08 - 计算机正在配置无法关机,关机提示 windows7 正在配置windows 请勿关闭计算机 ,然后等了一晚上也没有关掉。现在电脑无法正常关机...
关机提示 windows7 正在配置windows 请勿关闭计算机 ,然后等了一晚上也没有关掉。现在电脑无法正常关机以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容,让我们赶快一起来看一下吧!关机提示 windows7 正在配…...
2022/11/19 21:17:05 - 钉钉提示请勿通过开发者调试模式_钉钉请勿通过开发者调试模式是真的吗好不好用...
钉钉请勿通过开发者调试模式是真的吗好不好用 更新时间:2020-04-20 22:24:19 浏览次数:729次 区域: 南阳 > 卧龙 列举网提醒您:为保障您的权益,请不要提前支付任何费用! 虚拟位置外设器!!轨迹模拟&虚拟位置外设神器 专业用于:钉钉,外勤365,红圈通,企业微信和…...
2022/11/19 21:17:05 - 配置失败还原请勿关闭计算机怎么办,win7系统出现“配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机”,长时间没反应,无法进入系统的解决方案...
前几天班里有位学生电脑(windows 7系统)出问题了,具体表现是开机时一直停留在“配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机”这个界面,长时间没反应,无法进入系统。这个问题原来帮其他同学也解决过,网上搜了不少资料&#x…...
2022/11/19 21:17:04 - 一个电脑无法关闭计算机你应该怎么办,电脑显示“清理请勿关闭计算机”怎么办?...
本文为你提供了3个有效解决电脑显示“清理请勿关闭计算机”问题的方法,并在最后教给你1种保护系统安全的好方法,一起来看看!电脑出现“清理请勿关闭计算机”在Windows 7(SP1)和Windows Server 2008 R2 SP1中,添加了1个新功能在“磁…...
2022/11/19 21:17:03 - 请勿关闭计算机还原更改要多久,电脑显示:配置windows更新失败,正在还原更改,请勿关闭计算机怎么办...
许多用户在长期不使用电脑的时候,开启电脑发现电脑显示:配置windows更新失败,正在还原更改,请勿关闭计算机。。.这要怎么办呢?下面小编就带着大家一起看看吧!如果能够正常进入系统,建议您暂时移…...
2022/11/19 21:17:02 - 还原更改请勿关闭计算机 要多久,配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机,电脑开机后一直显示以...
配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机,电脑开机后一直显示以以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容,让我们赶快一起来看一下吧!配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机&#x…...
2022/11/19 21:17:01 - 电脑配置中请勿关闭计算机怎么办,准备配置windows请勿关闭计算机一直显示怎么办【图解】...
不知道大家有没有遇到过这样的一个问题,就是我们的win7系统在关机的时候,总是喜欢显示“准备配置windows,请勿关机”这样的一个页面,没有什么大碍,但是如果一直等着的话就要两个小时甚至更久都关不了机,非常…...
2022/11/19 21:17:00 - 正在准备配置请勿关闭计算机,正在准备配置windows请勿关闭计算机时间长了解决教程...
当电脑出现正在准备配置windows请勿关闭计算机时,一般是您正对windows进行升级,但是这个要是长时间没有反应,我们不能再傻等下去了。可能是电脑出了别的问题了,来看看教程的说法。正在准备配置windows请勿关闭计算机时间长了方法一…...
2022/11/19 21:16:59 - 配置失败还原请勿关闭计算机,配置Windows Update失败,还原更改请勿关闭计算机...
我们使用电脑的过程中有时会遇到这种情况,当我们打开电脑之后,发现一直停留在一个界面:“配置Windows Update失败,还原更改请勿关闭计算机”,等了许久还是无法进入系统。如果我们遇到此类问题应该如何解决呢࿰…...
2022/11/19 21:16:58 - 如何在iPhone上关闭“请勿打扰”
Apple’s “Do Not Disturb While Driving” is a potentially lifesaving iPhone feature, but it doesn’t always turn on automatically at the appropriate time. For example, you might be a passenger in a moving car, but your iPhone may think you’re the one dri…...
2022/11/19 21:16:57