Android數字圖像處理之二值化
下面blabla一段廢話心急的同志們可以跳過。
一幅圖像包括目标物體，背景還有噪聲，怎樣從多值的數字圖像中取出目标物體，最常用的方法就是設定某一門檻值T，用T将圖像的資料分成兩大部分：大于T的像素群和小于T的像素群。這是研究灰階變換最特殊的方法，成為圖像的二值化。二值化處理就是把圖像f(x,y)分成目标物體和背景兩個區域，然後求其門檻值。二值化是數字圖像進行中一項最基本的變換方法，通過非0取1、固定門檻值、雙固定門檻值等不同的門檻值化變換方法，使一幅灰階圖變成了黑白二值圖像，将所需的目标部分從複雜的圖像背景中脫離出來，以利于以後的研究。
一、非0即1
思路：
- 傳入需要處理的圖像
- 周遊整個圖像取出圖像中每個點的像素值存到一個數組中（oldPix）
- 在循環中擷取每個像素點的顔色值，并抽取每個像素中的r,g,b,a分量準備處理
- 利用灰階公式計算出每個點的灰階值（範圍0-255），并做溢出處理
- 如果某點的灰階值為0則不做處理
- 如果某點的灰階值大于0，則将其灰階值置為255（非0即1）
- 将處理後的灰階值合成像素點的顔色值，存到一個新數組中（newPix）
- 建立一個高度、寬度和原圖完全一樣的新圖
- 将存新數組中的顔色值賦給新圖
- 将新圖像傳回
用于處理圖像的函數如下
private Bitmap zeroAndOne(Bitmap bm) {
int width = bm.getWidth();//原圖像寬度
int height = bm.getHeight();//原圖像高度
int color;//用來存儲某個像素點的顔色值
int r, g, b, a;//紅，綠，藍，透明度
//建立空白圖像，寬度等于原圖寬度，高度等于原圖高度，用ARGB_8888渲染，這個不用了解，這樣寫就行了
Bitmap bmp = Bitmap.createBitmap(width, height
, Bitmap.Config.ARGB_8888);
int[] oldPx = new int[width * height];//用來存儲原圖每個像素點的顔色資訊
int[] newPx = new int[width * height];//用來處理處理之後的每個像素點的顔色資訊
/**
* 第一個參數oldPix[]:用來接收（存儲）bm這個圖像中像素點顔色資訊的數組
* 第二個參數offset:oldPix[]數組中第一個接收顔色資訊的下标值
* 第三個參數width:在行之間跳過像素的條目數，必須大于等于圖像每行的像素數
* 第四個參數x:從圖像bm中讀取的第一個像素的橫坐标
* 第五個參數y:從圖像bm中讀取的第一個像素的縱坐标
* 第六個參數width:每行需要讀取的像素個數
* 第七個參數height:需要讀取的行總數
*/
bm.getPixels(oldPx, 0, width, 0, 0, width, height);//擷取原圖中的像素資訊
for (int i = 0; i < width * height; i++) {//循環處理圖像中每個像素點的顔色值
color = oldPx[i];//取得某個點的像素值
r = Color.red(color);//取得此像素點的r(紅色)分量
g = Color.green(color);//取得此像素點的g(綠色)分量
b = Color.blue(color);//取得此像素點的b(藍色分量)
a = Color.alpha(color);//取得此像素點的a通道值
//此公式将r,g,b運算獲得灰階值，經驗公式不需要了解
int gray = (int)((float)r*0.3+(float)g*0.59+(float)b*0.11);
//下面前兩個if用來做溢出處理，防止灰階公式得到到灰階超出範圍（0-255）
if(gray > 255) {
gray = 255;
}
if(gray < 0) {
gray = 0;
}
if (gray != 0) {//如果某像素的灰階值不是0(黑色)就将其置為255（白色）
gray = 255;
}
newPx[i] = Color.argb(a,gray,gray,gray);//将處理後的透明度（沒變），r,g,b分量重新合成顔色值并将其存儲在數組中
}
/**
* 第一個參數newPix[]:需要賦給新圖像的顔色數組//The colors to write the bitmap
* 第二個參數offset:newPix[]數組中第一個需要設定給圖像顔色的下标值//The index of the first color to read from pixels[]
* 第三個參數width:在行之間跳過像素的條目數//The number of colors in pixels[] to skip between rows.
* Normally this value will be the same as the width of the bitmap,but it can be larger(or negative).
* 第四個參數x:從圖像bm中讀取的第一個像素的橫坐标//The x coordinate of the first pixels to write to in the bitmap.
* 第五個參數y:從圖像bm中讀取的第一個像素的縱坐标//The y coordinate of the first pixels to write to in the bitmap.
* 第六個參數width:每行需要讀取的像素個數The number of colors to copy from pixels[] per row.
* 第七個參數height:需要讀取的行總數//The number of rows to write to the bitmap.
*/
bmp.setPixels(newPx, 0, width, 0, 0, width, height);//将處理後的像素資訊賦給新圖
return bmp;//傳回處理後的圖像
}
tips:表面上看每個像素點的alpha分量并沒有用到，但是處理png圖像時就能看到效果了。因為png圖像的背景是透明的，我們在合成新像素值時利用了原像素點的alph值，也就是新圖像的背景也是透明的。如果不用alpha分量，那麼處理後的圖像背景就不透明了（可能為純黑純白或其他顔色）。如果你不處理png圖形則在合成顔色資訊時可以用下面這個方法。
newPx[i] = Color.rgb(gray,gray,gray);
效果
非0即1法隻有被處理圖像中的純黑部分（也就是r,g,b分量都為0）才會保留下來，其他部分都将變成白色。是以在使用範圍上有一定的局限性。
二、固定門檻值法
思路：
- 傳入需要處理的圖像
- 擷取使用者輸入的門檻值T
- 周遊整個圖像取出圖像中每個點的像素值存到一個數組中（oldPix）
- 在循環中擷取每個像素點的顔色值，并抽取每個像素中的r,g,b,a分量準備處理
- 利用灰階公式計算出每個點的灰階值（範圍0-255）
- 如果某點的灰階值小于給定門檻值則将此點灰階值置為0（黑色）
- 如果某點的灰階值大于或等于給定門檻值，則将該點灰階值置為255（白色）
- 将處理後的灰階值合成像素點的顔色值，存到一個新數組中（newPix）
- 建立一個高度、寬度和原圖完全一樣的新圖
- 将存新數組中的顔色值賦給新圖
- 将得到的新圖傳給ImageView
用于處理圖像的函數如下：
private void singleThreshold(final Bitmap bm) {
AlertDialog.Builder builder = new AlertDialog.Builder(getContext());//建立AlertDialog對話框
builder.setTitle("固定門檻值法");//對話框标題
builder.setMessage("請輸入門檻值");//對話框内容
View view1 = LayoutInflater.from(getContext()).inflate(R.layout.threshold,null);//載入自定義布局
final EditText mSingleThresholdEt = view1.findViewById(R.id.digit_dialog);//自定義布局中的EditText，用于接收使用者輸入
builder.setView(view1);//将布局設定到對話框中
builder.setPositiveButton("确定", new DialogInterface.OnClickListener() {//對話框的确定按鈕點選事件
@Override
public void onClick(DialogInterface dialogInterface, int i) {
int width = bm.getWidth();//原圖像寬度
int height = bm.getHeight();//原圖高度
int color;//用來存儲某個像素點的顔色值
int r, g, b, a;//紅，綠，藍，透明度
int digit = 0;//用于存儲使用者在對話框中屬于的門檻值
//建立空白圖像，寬度等于原圖寬度，高度等于原圖高度，用ARGB_8888渲染，這個不用了解，這樣寫就行了
Bitmap bmp = Bitmap.createBitmap(width, height
, Bitmap.Config.ARGB_8888);
int[] oldPx = new int[width * height];//用來存儲原圖每個像素點的顔色資訊
int[] newPx = new int[width * height];//用來處理處理之後的每個像素點的顔色資訊
/**
* 第一個參數oldPix[]:用來接收（存儲）bm這個圖像中像素點顔色資訊的數組
* 第二個參數offset:oldPix[]數組中第一個接收顔色資訊的下标值
* 第三個參數width:在行之間跳過像素的條目數，必須大于等于圖像每行的像素數
* 第四個參數x:從圖像bm中讀取的第一個像素的橫坐标
* 第五個參數y:從圖像bm中讀取的第一個像素的縱坐标
* 第六個參數width:每行需要讀取的像素個數
* 第七個參數height:需要讀取的行總數
*/
bm.getPixels(oldPx, 0, width, 0, 0, width, height);//擷取原圖中的像素資訊
String str = mSingleThresholdEt.getText().toString();//擷取使用者輸入的内容
if("".equals(str)) {//如果使用者輸入的内容為空
digit = 0;//将門檻值置為0
} else {//否則
digit = Integer.valueOf(str);//将使用者輸入的門檻值轉換為整數
}
for (int j = 0; j < width * height; j++) {//循環處理圖像中每個像素點的顔色值
color = oldPx[j];//取得某個點的像素值
r = Color.red(color);//取得此像素點的r(紅色)分量
g = Color.green(color);//取得此像素點的g(綠色)分量
b = Color.blue(color);//取得此像素點的b(藍色分量)
a = Color.alpha(color);//取得此像素點的a通道值
//此公式将r,g,b運算獲得灰階值，經驗公式不需要了解
int gray = (int)((float)r*0.3+(float)g*0.59+(float)b*0.11);
if(gray < digit) {//如果某點像素灰階小于給定門檻值
gray = 0;//将該點像素的灰階值置為0（黑色）
} else {//如果某點像素灰階大于或等于給定門檻值
gray = 255;//将該點像素的灰階值置為1（白色）
}
newPx[j] = Color.argb(a,gray,gray,gray);//将處理後的透明度（沒變），r,g,b分量重新合成顔色值并将其存儲在數組中
}
/**
* 第一個參數newPix[]:需要賦給新圖像的顔色數組//The colors to write the bitmap
* 第二個參數offset:newPix[]數組中第一個需要設定給圖像顔色的下标值//The index of the first color to read from pixels[]
* 第三個參數width:在行之間跳過像素的條目數//The number of colors in pixels[] to skip between rows.
* Normally this value will be the same as the width of the bitmap,but it can be larger(or negative).
* 第四個參數x:從圖像bm中讀取的第一個像素的橫坐标//The x coordinate of the first pixels to write to in the bitmap.
* 第五個參數y:從圖像bm中讀取的第一個像素的縱坐标//The y coordinate of the first pixels to write to in the bitmap.
* 第六個參數width:每行需要讀取的像素個數The number of colors to copy from pixels[] per row.
* 第七個參數height:需要讀取的行總數//The number of rows to write to the bitmap.
*/
bmp.setPixels(newPx, 0, width, 0, 0, width, height);//将處理後的像素資訊賦給新圖
mImageView.setImageBitmap(bmp);//将處理後的新圖賦給ImageView
}
});
AlertDialog dialog = builder.create();
dialog.show();
}
下面是我們在接收使用者輸入時使用的對話框所引入的自定義布局threshold.xml
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:orientation="horizontal">
<TextView
android:layout_width="wrap_content"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="門檻值:"/>
<EditText
android:id="@+id/digit_dialog"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content" />
</LinearLayout>
效果
三、雙固定門檻值法
思路：
- 傳入需要處理的圖像
- 擷取使用者輸入的門檻值下限T1和門檻值上限T2
- 周遊整個圖像取出圖像中每個點的像素值存到一個數組中（oldPix）
- 在循環中擷取每個像素點的顔色值，并抽取每個像素中的r,g,b,a分量準備處理
- 利用灰階公式計算出每個點的灰階值（範圍0-255）
- 如果某點的灰階值小于門檻值下限T1或大于門檻值上限T2，将其灰階值置為0
- 如果某點的灰階值大于等于門檻值下限T1或小于等于門檻值上限T2，将其灰階值置為255
- 将處理後的灰階值合成像素點的顔色值，存到一個新數組中（newPix）
- 建立一個高度、寬度和原圖完全一樣的新圖
- 将存新數組中的顔色值賦給新圖
- 将得到的新圖傳給ImageView
用于處理圖像的函數如下
private void doubleThreshold(final Bitmap bm) {
AlertDialog.Builder builder = new AlertDialog.Builder(getContext());
builder.setTitle("雙固定門檻值法(0-255-0)");
builder.setMessage("請輸入門檻值");
View view1 = LayoutInflater.from(getContext()).inflate(R.layout.double_threshold_layout,null);
mLowThresholdEt = view1.findViewById(R.id.low_digit_dialog);
mHighThresholdEt = view1.findViewById(R.id.heigh_digit_dialog);
builder.setView(view1);
builder.setPositiveButton("确定", new DialogInterface.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(DialogInterface dialogInterface, int i) {
int width = bm.getWidth();//原圖像寬度
int height = bm.getHeight();//原圖高度
int color;//用來存儲某個像素點的顔色值
int r, g, b, a;//紅，綠，藍，透明度
//建立空白圖像，寬度等于原圖寬度，高度等于原圖高度，用ARGB_8888渲染，這個不用了解，這樣寫就行了
Bitmap bmp = Bitmap.createBitmap(width, height
, Bitmap.Config.ARGB_8888);
int[] oldPx = new int[width * height];//用來存儲原圖每個像素點的顔色資訊
int[] newPx = new int[width * height];//用來處理處理之後的每個像素點的顔色資訊
/**
* 第一個參數oldPix[]:用來接收（存儲）bm這個圖像中像素點顔色資訊的數組
* 第二個參數offset:oldPix[]數組中第一個接收顔色資訊的下标值
* 第三個參數width:在行之間跳過像素的條目數，必須大于等于圖像每行的像素數
* 第四個參數x:從圖像bm中讀取的第一個像素的橫坐标
* 第五個參數y:從圖像bm中讀取的第一個像素的縱坐标
* 第六個參數width:每行需要讀取的像素個數
* 第七個參數height:需要讀取的行總數
*/
bm.getPixels(oldPx, 0, width, 0, 0, width, height);
String str1 = mLowThresholdEt.getText().toString();
String str2 = mHighThresholdEt.getText().toString();
if("".equals(str1)) {
lowDigit = 0;
} else {
lowDigit = Integer.valueOf(str1);//使用者輸入的門檻值下限
}
if("".equals(str2)) {
heighDigit = 255;
} else {
heighDigit = Integer.valueOf(str2);//使用者輸入的門檻值上限
}
for (int j = 0; j < width * height; j++) {//循環處理圖像中每個像素點的顔色值
color = oldPx[j];//取得某個點的像素值
r = Color.red(color);//取得此像素點的r(紅色)分量
g = Color.green(color);//取得此像素點的g(綠色)分量
b = Color.blue(color);//取得此像素點的b(藍色分量)
a = Color.alpha(color);//取得此像素點的a通道值
//此公式将r,g,b運算獲得灰階值，經驗公式不需要了解
int gray = (int)((float)r*0.3+(float)g*0.59+(float)b*0.11);
if(gray < lowDigit || gray > heighDigit) {//如果某點像素的灰階值小于門檻值下限或大于門檻值上限
gray = 0;//将該點灰階值置為0（黑色）
} else {//如果某點像素的灰階值大于等于門檻值下限或小于等于門檻值上限
gray = 255;//将該點灰階值置為255（白色）
}
newPx[j] = Color.argb(a,gray,gray,gray);//将處理後的透明度（沒變），r,g,b分量重新合成顔色值并将其存儲在數組中
}
/**
* 第一個參數newPix[]:需要賦給新圖像的顔色數組//The colors to write the bitmap
* 第二個參數offset:newPix[]數組中第一個需要設定給圖像顔色的下标值//The index of the first color to read from pixels[]
* 第三個參數width:在行之間跳過像素的條目數//The number of colors in pixels[] to skip between rows.
* Normally this value will be the same as the width of the bitmap,but it can be larger(or negative).
* 第四個參數x:從圖像bm中讀取的第一個像素的橫坐标//The x coordinate of the first pixels to write to in the bitmap.
* 第五個參數y:從圖像bm中讀取的第一個像素的縱坐标//The y coordinate of the first pixels to write to in the bitmap.
* 第六個參數width:每行需要讀取的像素個數The number of colors to copy from pixels[] per row.
* 第七個參數height:需要讀取的行總數//The number of rows to write to the bitmap.
*/
bmp.setPixels(newPx, 0, width, 0, 0, width, height);//将處理後的像素資訊賦給新圖
mImageView.setImageBitmap(bmp);//将處理後的新圖賦給ImageView
}
});
AlertDialog dialog = builder.create();
dialog.show();
}
tips:此處我們用的模型為（0-255-0）即将小于下限或大于下限的灰階值置為0，将在下限和上限之間的灰階值置為255。讀者可以仿照此例，做一個（255-0-255）的雙門檻值固定法
下面是我們在接收使用者輸入時使用的對話框所引入的自定義布局double_threshold_layout.xml
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent">
<LinearLayout
android:layout_width="0dp"
android:layout_weight="1"
android:layout_height="wrap_content">
<TextView
android:layout_width="wrap_content"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="下限值:"/>
<EditText
android:id="@+id/low_digit_dialog"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content" />
</LinearLayout>
<LinearLayout
android:layout_width="0dp"
android:layout_weight="1"
android:layout_height="wrap_content">
<TextView
android:layout_width="wrap_content"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="上限值:"/>
<EditText
android:id="@+id/heigh_digit_dialog"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content" />
</LinearLayout>
</LinearLayout>
效果
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