VTK 图像二值化_阈值法

二值图像和label图像是图像分割中经常用到的两种图像。

二值图像的每个像素只有两种可能的取值，例如0或者255。通常0代表图像的背景，而255代码图像前景。图像二值化是最简单的图像分割模型。设置一个灰度阈值，将图像中阈值以下的像素值设置为背景，阈值以上的像素值设置为前景，即可得当一副二值图像。

在VTK中可以通过vtkImageThreshold类实现图像二值化。

示例代码如下：
 1 #include <vtkAutoInit.h>
 2 VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL);
 3  
 4 #include <vtkSmartPointer.h>
 5 #include <vtkJPEGReader.h>
 6 #include <vtkImageThreshold.h>
 7 #include <vtkImageActor.h>
 8 #include <vtkRenderer.h>
 9 #include <vtkRenderWindow.h>
10 #include <vtkRenderWindowInteractor.h>
11 #include <vtkInteractorStyleImage.h>
12  
13 int main()
14 {
15     vtkSmartPointer<vtkJPEGReader> reader =
16         vtkSmartPointer<vtkJPEGReader>::New();
17     reader->SetFileName("lena.jpg");
18     reader->Update();
19  
20     vtkSmartPointer<vtkImageThreshold> threshould =
21         vtkSmartPointer<vtkImageThreshold>::New();
22     threshould->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
23     threshould->ThresholdByUpper(90);
24     threshould->SetInValue(255);
25     threshould->SetOutValue(0);
26     threshould->Update(); //算法执行后必须添加更新消息！！！
27  
28     vtkSmartPointer<vtkImageActor> origActor =
29         vtkSmartPointer<vtkImageActor>::New();
30     origActor->SetInputData(reader->GetOutput());
31     vtkSmartPointer<vtkImageActor> binaryActor =
32         vtkSmartPointer<vtkImageActor>::New();
33     binaryActor->SetInputData(threshould->GetOutput());
34     
35     double origView[4] = { 0, 0, 0.5, 1 };
36     double binaryView[4] = { 0.5, 0, 1, 1 };
37     vtkSmartPointer<vtkRenderer> origRender =
38         vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
39     origRender->SetViewport(origView);
40     origRender->AddActor(origActor);
41     origRender->ResetCamera();
42     origRender->SetBackground(1, 0, 0);
43  
44     vtkSmartPointer<vtkRenderer> binaryRender =
45         vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
46     binaryRender->SetViewport(binaryView);
47     binaryRender->AddActor(binaryActor);
48     binaryRender->ResetCamera();
49     binaryRender->SetBackground(1, 1, 1);
50     
51     /
52     vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> rw =
53         vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
54     rw->AddRenderer(origRender);
55     rw->AddRenderer(binaryRender);
56     rw->SetSize(640, 240);
57     rw->SetWindowName("Binary Image");
58     
59     vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> rwi =
60         vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
61     vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleImage> style =
62         vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleImage>::New();
63     rwi->SetInteractorStyle(style);
64     rwi->SetRenderWindow(rw);
65     rwi->Initialize();
66     rwi->Start();
67     return 0;
68 }
vtkImageThreshold类实现图像的阈值化处理，其功能不仅仅是生成二值图像。

在本例中，以图像二值化操作为例来介绍该类。vtkImageThreshold类中定义了两个阈值，UpperThreshold和LowerThreshold，这两个值将图像的值域划分为三部分：大于UpperThreshold，小于LowerThreshold，以及位于LowerThreshold和UpperThreshold之间的三段。函数ThresholdByUpper()设置为取大于UpperThreshold的灰度范围为有效范围，并通过函数SetInValue()来设置该范围内的输出值，SetOutValue()设置范围外的输出值，本例中取大于100所有像素输出值为255，而小于100的像素值为0。

该例的结果执行如下。

另外还有其他两种方式，ThresholdByLower()取小于LowerThreshold的范围为有效范围；ThresholdBetween()取LowerThreshold和UpperThreshold之间的部分为有效范围。另外SetInValue()和SetOutValue()如果不设置的话，图像会按原图输出。可以通过该类来实现图像数据范围的截断操作。
对于二值图像前景由多个对象组成，而每个对象是一个连通分量，对象之间不存在连通关系。在处理图像时，需要将不同的对象分别提取出来或将不同对象赋一个label值，这样得到的图像成为label图像。目前VTK中没有提取二值图像连通分量的filter及相应的对二值图像label化的filter。如果要实现该功能，可以考虑与ITK相结合。