آستانه گذاری تصویر اهمیت زیادی در بسیاری از کاربردهای پردازش تصویر، بینائی ماشین و شناسایی الگو دارد. دراین مقاله روش جدید چند مرحله ای برای آستانه گذاری تصویر با استفاده از تئوری فازی و اتوماتای یادگیر ارائه شده است. ابتدا با استفاده از تئوری فازی، میانگین و انحراف معیار، تصویر به سه ناحیه روشن، تاریک و مبهم افراز می گردد. سپس برای آستانه گذاری نواحی روشن وتاریک و همچنین ناحیه مبهم تصویر الگوریتم چند مرحله ای طراحی و پیاده سازی می شود. در نواحی تاریک یا روشن با استفاده از میانگین و انحراف معیار سراسری و در ناحیه مبهم بااستفاده از میانگین و انحراف معیار محلی آستانه گذاری اولیه صورت می گیرد. در مرحله بعدی آستانه گذاری مذکور با استفاده از اتوماتای یادگیر متناسب با ناحیه تصحیح می گردد. بررسی آستانه گذاری تصاویر مختلف بیانگر بهبود چشمگیر نتایج با استفاده از الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با سایر الگوریتم های مورد بررسی می باشد.