膜计算（P系统）是从生物细胞以及由细胞组成的组织和器官的功能和结构中抽象出来的计算模型。P系统的分布式、极大并行性、非确定性以及膜优化算法的较好的适应性、较强的寻优能力对于求解复杂优化问题具有一定的优越性。如何将P系统中这些特征和优势应用于图像处理，对于拓展P系统的应用范围和研究新的图像处理算法都具有重要的意义。本文重点关注于P系统在图像分割上的应用。本文基于组织型P系统的机制和并行计算优势，并结合经典的最大类间方差法（Otsu）和最佳熵法（KSW）原理探讨了基于P系统的单阈值图像分割和多阈值图像分割。所取得的创新成果如下：(1)提出了一种基于组织型P系统的单阈值分割方法。设计了一个两层膜的组织型P系统。结合Otsu准则和KSW准则，通过该P系统的进化规则和转运规则搜索最佳分割阈值。通过与传统阈值方法和基于遗传算法的阈值方法的比较验证了所提出的阈值方法的有效性和可行性。(2)提出了一种基于组织型P系统的多阈值分割方法。依据所开发的组织P系统的机制，并结合多阈值分割原理为图像多阈值分割搜索最佳的多阈值。通过与传统多阈值方法和基于遗传算法的多阈值方法的比较验证了所提出的多阈值方法的有效性和可行性。