图像处理工具ImageMagick - 灰度化和二值化
ImageMagick基本介绍
ImageMagick是一款可以创建，编辑，合成，或转换图像的命令行工具。支持200多种的图像格式，常见的如PNG，JPEG，GIF，HEIC，TIFF，DPX，EXR，WebP，Postscript，PDF和SVG等。
同时也可以使用ImageMagick对图像调整大小，翻转，镜像，旋转，扭曲，剪切和变换图像，调整图像颜色，应用各种特殊效果，或绘制文本，线条，多边形，椭圆和Bézier曲线等。
在图像预处理中，我们可以通过ImageMagick简单快速的实现灰度化与二值化。
背景知识 - 图像像素点
在开始之前我们需要了解一下像素的知识。
对于一个像素点，我们会用RGB三个分量（R：Red，G：Green，B：Blue），即红、绿、蓝三原色来表示真彩色。
R分量，G分量，B分量的取值范围均为0~255。下面是常见的颜色的RGB值：
| 颜色名称 | R | G | B |
|---|---|---|---|
| 黑色 | 0 | 0 | 0 |
| 蓝色 | 0 | 0 | 255 |
| 绿色 | 0 | 255 | 0 |
| 红色 | 255 | 0 | 0 |
| 黄色 | 255 | 255 | 0 |
| 白色 | 255 | 255 | 255 |
大家应该也了解在CSS的样式表中的颜色也是通过这种方法来表达的，如黑色#000000, 白色是#FFFFFF
我们以兔子先生的首页的图片为例子：
我们查看这张图片的详细信息，尺寸是400 * 400 的像素矩阵。也就是总共有160000个像素点，每个像素点是一个(R, G, B)的三维向量。
注意：
可能会有同学对dpi也有疑问，它是每英寸的像素点，英寸是长度单位，一英寸差不都多是2.5cm，我们在这里不做更多展开。
ImageMagick安装
在Ubuntu环境下，我们可以直接通过apt-get来进行安装
sudo apt-get install imagemagick
灰度化
什么叫图片的灰度化呢？灰度化就是让像素点矩阵中的每一个像素点都满足下面的关系：R=G=B 此时的这个值叫做灰度值。
这样做的好处是了减小图像原始数据量，便于后续处理时计算量更少，因为图像处理不一定需要对彩色图像的RGB三个分量都进行处理。
换句话说，将上述的(R, G, B)三维向量，可以当做一维向量来处理。
我们可以通过如下命令将图片灰度化：
convert in.jpg -type Grayscale gray.jpg
经过灰度化处理后，图像如下：
也可以选择指定灰度化的算法：
convert in.jpg -grayscale Rec709Luma gray.jpg
附算法名称和实现方式：
| 算法名 | 实现 |
|---|---|
| Rec601Luma | 0.298839R' + 0.586811G'+ 0.114350B' |
| Rec601Luminance | 0.298839R + 0.586811G + 0.114350B |
| Rec709Luma | 0.212656R' + 0.715158G' + 0.072186B' |
| Rec709Luminance | 0.212656R + 0.715158G + 0.072186B |
| Brightness | max(R', G', B') |
| Lightness | (min(R', G', B') + max(R', G', B')) / 2.0 |
| Average | (R' + G' + B') / 3.0 |
| MS | (R'^2 + G'^2 + B'^2) / 3.0 |
| RMS | sqrt( (R'^2 + G'^2 + B'^2) / 3.0 ) |
二值化
在经过灰度化处理后，已经显著减小了图像的数据信息，但是还不过，我们需要二值化进一步处理。
什么叫图像的二值化？二值化就是让图像的像素点矩阵中的每个像素点的灰度值为0（黑色）或者255（白色），也就是让整个图像呈现只有黑和白的效果。
在数字图像处理中，二值图像占有非常重要的地位，图像的二值化使图像中数据量大为减少，从而能凸显出目标的轮廓。
在灰度化的图像中灰度值的范围为0~255，在二值化后的图像中的灰度值范围是0或者255。
我们可以通过如下命令，将原始图像直接二值化：
convert in.jpg -monochrome out.jpg
效果如下：
当然如果需要阈值可调整，可以在灰度化后，再二值化：
convert gray.jpg -threshold 55% out.jpg
我们分别选择了20%， 50%， 80%三个阈值效果如下：
20%的效果：
50%的效果：
80%的效果：
