数字图像处理 阈值分割

本文探讨了一种用于指纹图像基本全局阈值分割的方法,详细介绍了算法思想和实现过程,包括如何选择初始阈值、图像分割、计算平均灰度值以及迭代更新阈值,最终展示处理结果并给出迭代次数。

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一.实验题目
参照下图实现对指纹图像的基本全局阈值分割。


二.实验分析

计算基本全局阈值算法思想如下:
① 选择一个T的初始估计值②用T分割图像,生成两组像素:G1由所有灰度值大
于T的像素组成,而G2由所有灰度值小于或等于T的像素组成
③ 对区域G1和G2中的所有像素计算平均灰度值µ1和µ2
④ 计算新的阈值⑤重复步骤②到④,直到逐次迭代所得的T值之差小于事先定义的参数T0
求出阈值T1后,将原图像中小于T1的赋值为0,否则赋值为1,显示该图像即可。

三.实验程序

I=imread('images_chapter_10\Fig10.29(a).jpg');
subplot(2,2,1);imshow(I);title('原图');
subplot(2,2,2);imhist(I);title('原图的直方图');
% I=double(I);
%T 建议初始化为图像中最大强度值和最小亮度值的平均值
% T=0.5*(double(min(I(:)))+double(max(I(:))));
% T=mean(I(:));
T=0;%阈值初始化值
T0=0.5; %预定偏差大小
done=false;num=0;%迭代次数
while ~done
g=I>=T;
%由于g或者~g有可能为空,因此必须分情况处理
if(size(I(g),1)==0)T1=mean(I(~g));
elseif(size(I(~g),1)==0)T1=mean(I(g));
else T1=0.5*(mean(I(g))+mean(I(~g)));
end
done=abs(T-T1)<=T0;
T=T1;
num=num+1;
end
T=uint8(T);I2=I>=T;
%graythresh可以直接求出阈值,该函数采用Ostu方法,与通过迭代产生的阈值几乎没有区别.
%注意:由于graythresh产生的阈值已被归一化到范围[0,1]内,必须在使用时将其缩放到相应
%的范围,如uint8类图像,需要乘以255.
T1=graythresh(I)*255; 
subplot(2,2,[3 4]);imshow(I2);title('基本全局阈值算法处理结果');
xlabel(['通过程序求得的阈值为',num2str(T),',迭代次数为',num2str(num)]);


### 数字图像处理中的阈值分割实验方法与实现 #### 1. 实验准备 为了进行有效的阈值分割实验,需先准备好必要的工具和环境。通常情况下,使用Python编程语言配合OpenCV库来完成此类操作是最常见的选择之一。 安装所需软件包可以通过pip命令轻松完成: ```bash pip install opencv-python numpy matplotlib ``` 加载并展示原始图像以及其直方图有助于理解图像的整体特性[^2]。这一步骤对于后续选择合适的阈值至关重要。 #### 2. 图像预览及直方图绘制 下面是一个简单的例子,用来读取名为`eight.tif`的文件,并显示该图片连同它的灰度直方图: ```python import cv2 from matplotlib import pyplot as plt # 加载图像 img = cv2.imread('eight.tif', cv2.IMREAD_GRAYSCALE) # 显示图像 plt.figure(figsize=(8,4)) plt.subplot(121), plt.imshow(img, cmap='gray') plt.title('Original Image'), plt.xticks([]), plt.yticks([]) # 绘制直方图 plt.subplot(122) hist,bins = np.histogram(img.flatten(),256,[0,256]) plt.hist(img.flatten(),256,[0,256], color = 'r') plt.xlim([0,256]) plt.show() ``` #### 3. 阈值的选择与应用 观察上述得到的直方图可以帮助决定最佳的阈值位置。理想状态下,在双峰分布的情况下,应该选取位于两峰值间的低谷处作为分界线。一旦确定了具体的数值T之后,就可以按照如下方式执行二值化转换: ```python ret, thresh_img = cv2.threshold(img, T, 255, cv2.THRESH_BINARY) ``` 这里使用的函数`cv2.threshold()`接受四个参数:输入图像、选定的阈值、超过此阈值后的赋值(通常是白色)、以及所采用的具体阈值策略。在这个案例里选择了最简单直接的方式——全局固定阈值法(global thresholding)[^4]。 #### 4. 结果可视化 最后一步是对经过处理后的图像再次进行渲染查看效果: ```python plt.figure(figsize=(8,4)) plt.subplot(121), plt.imshow(thresh_img, cmap='gray') plt.title('Thresholded Image'), plt.xticks([]), plt.yticks([]) plt.show() ``` 通过以上步骤即可完成一次完整的基于阈值分割技术的数字图像处理实验流程[^1]。
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