更新於 2024/03/06閱讀時間約 4 分鐘

[OpenCV基礎][Python]二值化影像

二值化影像在數位影像表示中,僅包含0與1的值。

在什麼情境下會用到二值化影像呢?,在影像處理中,我們想要求一些特定的數值,例如圓的直徑,或物體的尺寸,等等。

二值化影像圖

黑為0,白為1

二值化影像(黑代表0,白代表1)


常用的應用如下:

  1. 物體檢測和分割: 在許多計算機視覺應用中,我們可能需要檢測並分割圖像中的物體。二值化可以幫助我們將物體背景區分開來,從而進行後續的分析和識別。
  2. 邊緣檢測: 二值化可以用於強調圖像中的邊緣。這對於檢測物體的外形或進行邊緣檢測算法的應用很有用。
  3. 圖像分析和測量: 在進行圖像分析時,我們可能需要測量特定區域大小形狀等特徵。二值化可以使這些特徵更加突顯,便於進行測量分析
  4. 文檔辨識: 在文檔辨識和文字提取中,常常使用二值化影像來清晰地區分文字背景,使得後續的文字識別更加準確。

二值化語法

cv2.threshold是OpenCV 中用於影像二值化的函式

retval, threshold_image = cv2.threshold(src, thresh, maxval, type[, dst])
  • src: 輸入的灰度影像,即要進行二值化處理的原始影像。
  • thresh: 二值化的閾值,超過這個閾值的像素值將被分為高於閾值或低於閾值的兩個類別,具體取值根據不同的應用需求。
  • maxval: 超過閾值的像素值將被賦予的新值,通常是最大值,例如 255(白色)。
  • type: 二值化操作的類型,有不同的選項,例如:
    • cv2.THRESH_BINARY: 大於閾值的像素賦予 maxval小於閾值的像素賦予 0
    • cv2.THRESH_BINARY_INV: 與 cv2.THRESH_BINARY 相反大於閾值的像素賦予 0小於閾值的像素賦予 maxval
    • cv2.THRESH_TRUNC: 大於閾值的像素賦予閾值小於閾值的像素保持不變
    • cv2.THRESH_TOZERO: 大於閾值的像素保持不變小於閾值的像素賦予 0
    • cv2.THRESH_TOZERO_INV: 與 cv2.THRESH_TOZERO 相反,大於閾值的像素賦予 0小於閾值的像素保持不變
  • dst(選用): 輸出的二值化影像。如果未提供,則函數會修改 src 本身。

cv2.threshold 的返回值 retval 是實際使用的閾值,根據不同的二值化方法,retval 可能與指定的閾值 thresh 有所不同。threshold_image則是二值化後的影像


程式範例

在這個例子中,我們使用 cv2.THRESH_BINARY 進行二值化,閾值 thresh_value 為 128,大於 128 的像素賦予 255(白色),小於等於 128 的像素賦予 0(黑色)。

import cv2

# 讀取灰度影像
image = cv2.imread('path/to/your/image.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

# 二值化
thresh_value = 128
_, binary_image = cv2.threshold(image, thresh_value, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# 顯示原始影像和二值化後的影像
cv2.imshow('Original Image', image)
cv2.imshow('Binary Image', binary_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

灰階二值化後


自動選擇閾值

Otsu's 方法是一種自動計算二值化閾值的算法,它基於影像的灰度分佈,試圖找到一個最佳的閾值,以最大程度地區分前景和背景。

cv2.THRESH_OTSU 被用於 cv2.threshold 函數的 type 參數中。這樣,閾值 thresh 的值將根據 Otsu's 方法自動計算

# 使用 Otsu's 方法進行自動二值化
_, binary_image = cv2.threshold(image, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY + cv2.THRESH_OTSU)

在使用 cv2.THRESH_OTSU 時,你無需手動指定閾值 thresh,而是將 thresh 參數設為 0。cv2.threshold 函數會根據 Otsu's 方法計算最適合的閾值。

自動選擇閥值比較圖

在某些情境中,自動選擇閥值可以得到一個不錯的二值化結果圖



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