opencv c++ 图像形态学操作

1、图像的形态学操作

包括图像的腐蚀、膨胀、开、闭、形态学梯度、顶帽、黑帽、分支主题、结构元素等操作。

具体概念参考：(41条消息) 图像处理-形态学处理_Good@dz的博客-CSDN博客_图像处理形态学

1.1、膨胀

用3×3的核去扫描二值图像，当核与图像中的前景像素（值为1的像素）有交集时，则将二值图像中对应的卷积核中心位置的像素值置为1。

拓展：卷积核可以为任意形状（除1×1），且重置点可以选用卷积核中的任意位置，有‘交集‘就对重置点位置像素置1。

1.2、腐蚀

用3×3的核去扫描二值图像，仅当核的与前景像素有完全重合区域时，将二值图像中对应的卷积核中心位置的像素保留，其余情况下，将中心位置的像素置0。

拓展：卷积核可以为任意形状，且重置点可以选用卷积核中的任意位置。

膨胀与腐蚀的区别：膨胀只要有交集就触发，而腐蚀必须是重置点与前景像素有完全重合区域才保留。

1.3、开与闭

开：腐蚀再膨胀，去除微小干扰块。

闭：膨胀再腐蚀，填充闭合区域。

1.4、形态学梯度

基本梯度：膨胀图 - 腐蚀图

内梯度：原图 - 腐蚀图

外梯度：膨胀图 - 原图

这里opencv只能直接实现基本梯度，在使用API：morphologyEx 时，调用MORPH_GRADIENT方法即可。

内梯度、外梯度没有直接的API，一般通过已有API间接实现。

1.5、其余形态学操作

顶帽：原图 - 开操作后的图

黑帽：闭操作后的图 - 原图

注：顶帽和黑帽操作用于获取图像中的微小细节。

击中击不中： 通过特定模板，仅当输入的图像中，有与模板一模一样的块时，被击中的输入图像区域才会被保留。

使用API：morphologyEx 时，分别调用MORPH_TOPHAT 、MORPH_BLACKHAT、MORPH_HITMISS方法即可实现。

2、API

定义核形状


Mat cv::getStructuringElement   (   int     shape,Size  ksize,Point     anchor = Point(-1,-1) )

shape——核的形状，可以定义矩形，十字形等形状，如下：

ksize——大小
anchor ——锚定点，即前文中的重置点。

注：当设计到保留横线或竖线时，可以将核定义成1×n或者n×1的形状，从而去除其余形状的线。

Mat kernel = getStructuringElement(MORPH_RECT, Size(5, 1), Point(-1, -1));

腐蚀：

void cv::erode   (   InputArray  src,OutputArray     dst,InputArray  kernel,Point    anchor = Point(-1,-1),int  iterations = 1,int     borderType = BORDER_CONSTANT,const Scalar &    borderValue = morphologyDefaultBorderValue() )

膨胀：


void cv::dilate (   InputArray  src,OutputArray     dst,InputArray  kernel,Point    anchor = Point(-1,-1),int  iterations = 1,int     borderType = BORDER_CONSTANT,const Scalar &    borderValue = morphologyDefaultBorderValue() )

通用：

void cv::morphologyEx    (   InputArray  src,OutputArray     dst,int     op,InputArray   kernel,Point    anchor = Point(-1,-1),int  iterations = 1,int     borderType = BORDER_CONSTANT,const Scalar &    borderValue = morphologyDefaultBorderValue() )

op ——形态学操作选用，如下：

iterations——重复腐蚀和膨胀的次数。
borderType ——边界类型
borderValue ——Border value in case of a constant border. The default value has a special meaning.

3、代码

3.1、腐蚀膨胀代码：

void erode_dilate(Mat& image)
{Mat gray;cvtColor(image, gray, COLOR_BGR2GRAY);Mat binary;threshold(gray, binary, 0, 255, THRESH_BINARY_INV | THRESH_OTSU);namedWindow("THRESH_OTSU", WINDOW_FREERATIO);imshow("THRESH_OTSU", binary);Mat dst1, dst2;//定义核int kernel_size = 5;Mat kernel = getStructuringElement(MORPH_RECT, Size(kernel_size, kernel_size), Point(-1, -1));//腐蚀erode(binary, dst1, kernel);namedWindow("erode", WINDOW_FREERATIO);imshow("erode", dst1);//膨胀dilate(binary, dst2, kernel);namedWindow("dilate", WINDOW_FREERATIO);imshow("dilate", dst2);
}

3.2、开闭：

void QuickDemo::open_close(Mat& image)
{Mat gray;cvtColor(image, gray, COLOR_BGR2GRAY);Mat binary;threshold(gray, binary, 0, 255, THRESH_BINARY_INV | THRESH_OTSU);namedWindow("THRESH_OTSU", WINDOW_FREERATIO);imshow("THRESH_OTSU", binary);Mat dst1, dst2;//定义核int kernel_size = 5;Mat kernel = getStructuringElement(MORPH_RECT, Size(kernel_size, kernel_size), Point(-1, -1));//开morphologyEx(binary, dst1, MORPH_OPEN, kernel, Point(-1, -1), 1, 0);namedWindow("MORPH_OPEN", WINDOW_FREERATIO);imshow("MORPH_OPEN", dst1);//闭、morphologyEx(binary, dst2, MORPH_CLOSE, kernel, Point(-1, -1), 1, 0);namedWindow("MORPH_CLOSE", WINDOW_FREERATIO);imshow("MORPH_CLOSE", dst2);
}

3.3、形态学梯度

注：在边缘提取应用中，梯度边缘后，会再进行二值化，从而获取更好的边缘图像。

void QuickDemo::shape_gradient(Mat& image)
{Mat gray;cvtColor(image, gray, COLOR_BGR2GRAY);Mat g1, g2, g3;Mat dst1, dst2;int kernel_size = 7;Mat kernel = getStructuringElement(MORPH_RECT, Size(kernel_size, kernel_size), Point(-1, -1));//基本梯度morphologyEx(gray, g1, MORPH_GRADIENT, kernel, Point(-1, -1), 1, 0);//膨胀morphologyEx(gray, dst1, MORPH_DILATE, kernel, Point(-1, -1), 1, 0);//腐蚀morphologyEx(gray, dst2, MORPH_ERODE, kernel, Point(-1, -1), 1, 0);//外梯度subtract(dst1, gray, g2);//内梯度subtract(gray, dst2, g3);namedWindow("基本梯度", WINDOW_FREERATIO);imshow("基本梯度", g1);namedWindow("外梯度", WINDOW_FREERATIO);imshow("外梯度", g2);namedWindow("内梯度", WINDOW_FREERATIO);imshow("内梯度", g3);//最后再进行二值化，获取更好的边缘图像，选用基本梯度示例Mat binary;threshold(g1, binary, 0, 255, THRESH_BINARY | THRESH_OTSU);namedWindow("二值化", WINDOW_FREERATIO);imshow("二值化", binary);
}

3.4、其余形态学操作（顶帽、黑帽、击中击不中）

void QuickDemo::other_method(Mat& image)
{Mat gray;cvtColor(image, gray, COLOR_BGR2GRAY);Mat binary;threshold(gray, binary, 0, 255, THRESH_BINARY | THRESH_OTSU);namedWindow("二值化", WINDOW_FREERATIO);imshow("二值化", binary);Mat dst1, dst2, dst3;int kernel_size = 5;Mat kernel_1 = getStructuringElement(MORPH_RECT, Size(kernel_size, kernel_size), Point(-1, -1));//顶帽morphologyEx(binary, dst1, MORPH_TOPHAT, kernel_1, Point(-1, -1), 1, 0);namedWindow("顶帽", WINDOW_FREERATIO);imshow("顶帽", dst1);//黑帽morphologyEx(binary, dst2, MORPH_BLACKHAT, kernel_1, Point(-1, -1), 1, 0);namedWindow("黑帽", WINDOW_FREERATIO);imshow("黑帽", dst2);//击中击不中Mat kernel_2 = getStructuringElement(MORPH_CROSS, Size(kernel_size, kernel_size), Point(-1, -1));morphologyEx(binary, dst3, MORPH_HITMISS, kernel_2, Point(-1, -1), 1, 0);namedWindow("击中击不中", WINDOW_FREERATIO);imshow("击中击不中", dst3);
}