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。
式中：T为指定的阈值。
图3.12给出了灰度阈值变换的示意图。
▲图3.12 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我们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11章中还将进一步阐述。
3.5.2 Matlab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3.13所示。
▲图3.13 灰度阈值变换效果
由3.13（b）和（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。这要通过其他的图像处理手段予以弥补，我们将在10.4节介绍相关的内容。