数字图像处理与机器视觉：Visual C++与Matlab实现（第2版）
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3.5 灰度阈值变换

灰度阈值变换可以将一幅灰度图像转换成黑白的二值图像。用户指定一个起到分界线作用的灰度值，如果图像中某像素的灰度值小于该灰度值，则将该像素的灰度值设置为0，否则设置为255，这个起到分界线作用的灰度值称为阈值，灰度的阈值变换也常被称为阈值化或二值化。

3.5.1 理论基础

灰度阈值变换的函数表达式如下。

其中，T为指定的阈值。

图3.13给出了灰度阈值变换的示意图。

图3.13 灰度阈值变换示意图

灰度阈值变换的用途和可扩展性都非常广泛。通过将一幅灰度图像转为二值图像，可以将图像内容直接划分为读者关心的和不关心的两个部分，从而在复杂背景中直接提取出感兴趣的目标。因此它是图像分割的重要手段之一，这一点在第12章中还将进一步阐述。

3.5.2 MATLAB编程实现

MATLAB中和阈值变换有关的函数主要有两个——im2bw和graythresh，下面分别介绍。

1．函数im2bw可用于实现阈值变换，调用语法如下。

      BW = im2bw(I, level)

参数说明：

• 参数I为需要二值化的输入图像；

• 参数level给出了具体的变换阈值，它是一个0～1之间的双精度浮点数，例如输入图像I为灰度范围在0～255之间的uint8图像，如果level=0.5则对应于分割阈值为128。

返回值：

• BW为二值化后的图像。

2．函数graythresh可以自适应地确定变换所用的“最优”阈值，调用形式如下。

      thresh = graythresh(I)

参数说明：

• 参数I为需要计算阈值的输入图像。

返回值：

• thresh是计算得到的最优化阈值。

灰度阈值level既可以由经验确定，也可以使用graythresh()函数来自适应地确定。下面的程序分别展示了如何利用graythresh函数获得的阈值和自行设定的阈值进行阈值变换。

      >> I = imread('rice.png')            % 使用Matlab自带的rice.png图像
      >> thresh = graythresh(I)       % 自适应确定阈值
      thresh =
          0.5137
      >> bw1 = im2bw(I, thresh);      % 二值化
      >>
      >> bw2 = im2bw(I, 130/255);     % 以130为阈值实现二值化，注意要将此阈值转换至[0,1]区间
      >> subplot(1,3,1); imshow(I); title(’原图像’);
      >> subplot(1,3,2); imshow(bw1); title(’自动选择阈值’);
      >> subplot(1,3,3); imshow(bw2); title(’阈值130');

上述程序的运行结果如图3.14所示。

图3.14 灰度阈值变换效果

由图3.14（b）和图3.14（c）可见，单纯的灰度阈值化无法很好地处理灰度变化较为复杂的图像，常常给物体的边缘带来误差，或者给整个画面带来噪点。这就需要通过其他的图像处理手段予以弥补，本书将在11.4节介绍相关的内容。

3.5.3 Visual C++实现

对于使用Visual C++软件，要实现阈值化只需逐行扫描图像，根据指定点的像素值与阈值的大小关系对其进行赋值即可。其编码如下。

      /**************************************************
      void CImgProcess::Threshold(CImgProcess *pTo, BYTE nThres)
      功能：      图像的阈值变换
      参数：     CImgProcess * pTo：输出CImgProcess对象的指针
                BYTE nThres：设置的基准阈值
      返回值：    无
      ***************************************************/
      void CImgProcess::Threshold(CImgProcess *pTo, BYTE nThres)
      {
            int i, j;
            BYTE bt;
            for(i = 0; i < m_pBMIH->biHeight; i ++)
            {
                for(j=0; j<m_pBMIH->biWidth; j++)
                {
                      // 核心部分算法，小于nThres的设为0，其它设为255，从而得到二值图像
                      bt = GetGray(j, i);
                      if(bt<nThres)
                          bt = 0;
                      else
                          bt = 255;
                      pTo->SetPixel(j, i, RGB(bt, bt, bt));
                }
            }
      }

利用Threshold()函数实现阈值化变换的完整示例被封装在DIPDemo工程中的视图类函数void CDIPDemoView::OnPointThre()中，其中调用Threshold()函数的代码片断如下所示。

        // 输出的临时对象
        CImgProcess imgOutput = imgInput;

        // 调用Threshold方法进行阈值变换
        imgInput.Threshold(&imgOutput, bThre);
      // bThre为变换的阈值

        // 将结果返回给文档类
        pDoc->m_Image = imgOutput;

上述程序运行时，会弹出对话框要求用户设置阈值参数。读者可以通过光盘中示例程序DIPDemo中的菜单命令“点运算→阈值变换”来观察处理效果。

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