【进阶】阈值分割技术详解

# 2.1 全局阈值分割算法

全局阈值分割算法将图像中的所有像素都使用同一个阈值进行分割。其基本思想是：选择一个阈值，将图像中的所有像素值大于或等于阈值的像素分类为目标，而将小于阈值的像素分类为背景。

全局阈值分割算法常用的方法包括：

- **直方图法：**根据图像的灰度直方图，选择直方图中两个峰值之间的谷底作为阈值。
- **Otsu法：**一种基于类间方差最大化的阈值选择方法，通过最大化目标类和背景类的类间方差来确定阈值。

# 2. 阈值分割算法理论

阈值分割算法是图像分割中常用的方法，其原理是根据图像像素灰度值与阈值之间的关系将图像分割成不同的区域。阈值分割算法可分为全局阈值分割算法和局部阈值分割算法。

### 2.1 全局阈值分割算法

全局阈值分割算法将整个图像视为一个整体，使用一个全局阈值对图像进行分割。

#### 2.1.1 直方图法

直方图法是全局阈值分割算法中最简单的方法。其原理是根据图像的灰度直方图确定阈值。直方图中，灰度值较高的区域对应于图像中的目标区域，而灰度值较低的区域对应于背景区域。因此，阈值通常选取在直方图中灰度值变化最剧烈的点。

**代码块：**

import cv2
import numpy as np

# 读取图像
image = cv2.imread('image.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

# 计算图像直方图
hist = cv2.calcHist([image], [0], None, [256], [0, 256])

# 寻找直方图中灰度值变化最剧烈的点
threshold = np.argmax(np.diff(hist))

# 根据阈值分割图像
segmented_image = cv2.threshold(image, threshold, 255, cv2.THRESH_BINARY)[1]

**逻辑分析：**

* `cv2.calcHist` 函数计算图像的灰度直方图。
* `np.argmax(np.diff(hist))` 函数寻找直方图中灰度值变化最剧烈的点。
* `cv2.threshold` 函数根据阈值分割图像。

#### 2.1.2 Otsu法

Otsu法是一种基于类间方差最大化的全局阈值分割算法。其原理是将图像分成前景和背景两部分，并计算两部分的类间方差。类间方差越大，表示前景和背景的分离度越好。因此，阈值选取在类间方差最大的点。

**代码块：**

import cv2
import numpy as np

# 读取图像
image = cv2.imread('image.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

# 计算图像的类间方差
otsu_threshold, _ = cv2.threshold(image, 0, 255, cv2.THRESH_OTSU)

# 根据阈值分割图像
segmented_image = cv2.threshold(image, otsu_threshold, 255, cv2.THRESH_BINARY)[1]

**逻辑分析：**

* `cv2.threshold` 函数使用 Otsu 法计算阈值。
* `otsu_threshold` 变量存储计算出的阈值。
* `cv2.threshold` 函数根据阈值分割图像。

### 2.2 局部阈值分割算法

局部阈值分割算法将图像划分为不同的区域，并根据每个区域的局部信息确定阈值。

#### 2.2.1 局部均值法

局部均值法是一种局部阈值分割算法，其原理是根据图像每个像素的局部均值计算阈值。局部均值通常使用一个窗口来计算，窗口的大小和形状会影响分割结果。

**代码块：**

import cv2
import numpy as np

# 读取图像
image = cv2.imread('image.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

# 设置窗口大小
window_size = 5

# 计算图像每个像素的局部均值
local_mean = cv2.blur(image, (window_size, window_size))

# 根据局部均值计算阈值
threshold = np.mean(local_mean)

# 根据阈值分割图像
segmented_image = cv2.threshold(image, threshold, 255, cv2.THRESH_BINARY)[1]

**逻辑分析：**

* `cv2.blur` 函数使用高斯滤波器计算图像每个像素的局部均值。
* `np.mean(local_mean)` 函数计算局部均值的平均值。
* `cv2.threshold` 函数根据阈值分割图像。

#### 2.2.2 局部方差法

局部方差法是一种局部阈值分割算法，其原理是根据图像每个像素的局部方差计算阈值。局部方差通常使用一个窗口来计算，窗口的大小和形