形态学操作——开闭运算、顶帽底(黑)帽变换

膨胀和腐蚀运算的问题：

边缘形状发生了变化，膨胀发生了扩张，腐蚀发生了收缩
目标物体变形，对识别时的特征提取会造成影响

解决方法：

开操作:

B对A的开操作就是先B对A腐蚀，紧接着用B对结果进行膨胀

先腐蚀再膨胀的结果并不是恢复原状，而是会消除黏连部分，同时不影响其他部分的形状.
平滑物体的轮廓，断开较窄的狭颈并消除较细的突出。
效果：

闭操作:

B对A的闭操作就是先B对A膨胀，紧接着用B对结果进行腐蚀

先膨胀再腐蚀的结果并不是恢复原状，而是填充小的裂缝、孔隙，且不影响形状.
平滑物体的轮廓，弥合较窄的间断和细小的沟壑，消除小的孔洞，填充轮廓中的断痕。
效果：

更加详细的过程如下：

除了开闭运算，黑帽顶帽运算也是形态学操作比较重要的操作。

顶帽变换：原图-灰度开运算(灰度腐蚀+灰度膨胀)

效果：
1、保留比结构元素小的部分
2、保留比周围环境亮的像素

底帽变换：灰度闭运算（灰度膨胀+灰度腐蚀）-原图效果：

1、保留比结构元素小的部分
2、保留比周围环境暗的像素

解释：
顶帽处理使背景变得趋于一致了，前景和背景的对比度加深了
这是因为，在顶帽处理中当结构元素比前景目标物的大小
大的时候，腐蚀的步骤会选择周围比较暗的值代替比较亮的值
所以背景变暗了，同时前景被去掉了。再用原图和结果相减，就可以把背景去掉，把开运算中去掉的前景给保留下来

代码实现

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include "windows.h"
#include <stdio.h>using namespace cv;
using namespace std;//*--------------------------【练习】形态学操作morphology大练习------------------------------------*/
//请调整滚动条观察图像效果
//按键操作说明 :
//键盘按键【空格SPACE】- 在矩形、椭圆、十字形结构元素中循环
//键盘按键【1】- 使用椭圆结构元素
//键盘按键【2】- 使用矩形结构元素
//键盘按键【3】- 使用十字形结构元素
Mat g_secImage, g_dstImage; //原图和效果图
int g_nElementShape = MORPH_RECT;  //初始化元素结构形状//变量接受的Trackbar值
int  g_nMaxIterationMun = 10;
int g_nOpenCloseNum = 0;
int g_nErodeDilateNum = 0;
int g_nTopBlackHatNum = 0;//*--------------------------【全局函数声明】-----------------------------------*/
static void on_OpenClose(int, void*);       //回调函数
static void on_ErodeDilate(int, void*);     //回调函数
static void on_TopBlakHat(int, void*);      //回调函数
void ShowHelpText1();
void ShowHelpText2();
int main()
{SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_GREEN);     //字体为绿色//载入原图g_secImage = imread("D:\\opencv_picture_test\\形态学操作\\黑白.jpg");//判断图像是否加载成功if (g_secImage.empty()){cout << "图像加载失败!" << endl;return -1;}elsecout << "图像加载成功!" << endl << endl;//显示原图像namedWindow("原图像", WINDOW_NORMAL);     //定义窗口显示属性imshow("原图像", g_secImage);//创建三个窗口namedWindow("【开运算/闭运算】", WINDOW_NORMAL);    namedWindow("【腐蚀/膨胀】", WINDOW_NORMAL);namedWindow("【顶帽/黑帽】", WINDOW_NORMAL);//参数赋值g_nOpenCloseNum = 9;g_nErodeDilateNum =9;g_nTopBlackHatNum =2;//分别为三个窗口建立滑动条createTrackbar("迭代值", "【开运算/闭运算】", &g_nOpenCloseNum, g_nMaxIterationMun*2+1,on_OpenClose);createTrackbar("迭代值", "【腐蚀/膨胀】", &g_nErodeDilateNum, g_nMaxIterationMun * 2 + 1, on_ErodeDilate);createTrackbar("迭代值", "【顶帽/黑帽】", &g_nTopBlackHatNum, g_nMaxIterationMun * 2 + 1, on_TopBlakHat);//show帮助信息ShowHelpText1();//轮询获取按键信息while (1){int c;//执行回调函数on_OpenClose(g_nOpenCloseNum,0);on_ErodeDilate(g_nErodeDilateNum,0);on_TopBlakHat(g_nTopBlackHatNum,0);//获取按键c = waitKey(0);//按下按键ESC程序退出if ((char)c == 27){break;}//按键1，使用椭圆结构元素if ((char)c == 49){g_nElementShape = MORPH_ELLIPSE;}//按键2，使用矩形结构元素else if ((char)c == 50){g_nElementShape = MORPH_RECT;}//按键3，使用十字形结构元素else if ((char)c == 51){g_nElementShape = MORPH_CROSS;}//按键空格，换一种结构元素else if ((char)c == ' '){g_nElementShape = (g_nElementShape+1)%3;}}
}
//*--------------------------【回调函数】-----------------------------------*/static void on_OpenClose(int, void*)
{//偏移量定义int offset = g_nOpenCloseNum - g_nMaxIterationMun; //偏移量int Abs_offset = offset > 0 ? offset : -offset;    //偏移量的绝对值//自定义核Mat element = getStructuringElement(g_nElementShape,Size(Abs_offset*2+1, Abs_offset*2+1),Point(Abs_offset, Abs_offset));  //返回的是内核矩阵//进行操作if (offset < 0){morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_OPEN, element);}else{morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_CLOSE, element);}//显示效果图imshow("【开运算/闭运算】", g_dstImage);
}
static void on_ErodeDilate(int, void*)
{//偏移量定义int offset = g_nErodeDilateNum - g_nMaxIterationMun;   //偏移量int Abs_offset = offset > 0 ? offset : -offset;    //偏移量的绝对值//自定义核Mat element = getStructuringElement(g_nElementShape, Size(Abs_offset * 2 + 1, Abs_offset * 2 + 1), Point(Abs_offset, Abs_offset));    //返回的是内核矩阵//进行操作if (offset < 0){morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_ERODE, element);}else{morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_DILATE, element);}//显示效果图imshow("【腐蚀/膨胀】", g_dstImage);
}
static void on_TopBlakHat(int, void*)
{//偏移量定义int offset = g_nTopBlackHatNum - g_nMaxIterationMun;   //偏移量int Abs_offset = offset > 0 ? offset : -offset;    //偏移量的绝对值//自定义核Mat element = getStructuringElement(g_nElementShape, Size(Abs_offset * 2 + 1, Abs_offset * 2 + 1), Point(Abs_offset, Abs_offset));    //返回的是内核矩阵//进行操作if (offset < 0){morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_TOPHAT, element);}else{morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_BLACKHAT, element);}//显示效果图imshow("【顶帽/黑帽】", g_dstImage);
}//-----------------------------------【ShowHelpText( )函数】-----------------------------
//          描述：输出一些帮助信息//关于morphologyEx参数的问题：//MORPH_BLACKHAT:黑帽运算//MORPH_TOPHAT:顶帽运算//MORPH_CLOSE:闭运算//MORPH_OPEN:开运算//MORPH_GRADIENT:形态学梯度//MORPH_ERODE:腐蚀运算//MORPH_DILATE:膨胀运算//关于getStructuringElement参数的问题：//MORPH_RECT:矩形内核//MORPH_CROSS:交叉型内核//MORPH_ELLIPSE:椭圆形矩阵
//请调整滚动条观察图像效果
//按键操作说明 :
//键盘按键【空格SPACE】- 在矩形、椭圆、十字形结构元素中循环
//键盘按键【1】- 使用椭圆结构元素
//键盘按键【2】- 使用矩形结构元素
//键盘按键【3】- 使用十字形结构元素
//----------------------------------------------------------------------------------------------
void ShowHelpText1()
{//输出一些帮助信息printf("\n\n\n请调整滚动条观察图像效果\n");printf("\n\n\t按键操作说明\n");printf("\n\n\t键盘按键【空格SPACE】- 在矩形、椭圆、十字形结构元素中循环\n");printf("\n\n\t键盘按键【1】- 使用椭圆结构元素\n");printf("\n\n\t键盘按键【2】- 使用矩形结构元素\n");printf("\n\n\t键盘按键【3】- 使用十字形结构元素\n");
}
void ShowHelpText2()
{//输出一些帮助信息printf("\n\n\n\morphologyEx 参数有以下几种类型\n");printf("\n\n\tMORPH_BLACKHAT:黑帽运算\n");printf("\n\n\tMORPH_TOPHAT:顶帽运算\n");printf("\n\n\tMORPH_CLOSE:闭运算\n");printf("\n\n\tMORPH_OPEN:开运算\n");printf("\n\n\t//MORPH_GRADIENT:形态学梯度\n");printf("\n\n\tMORPH_ERODE:腐蚀运算\n");printf("\n\n\tMORPH_DILATE:膨胀运算\n");printf("\n\n\n\getStructuringElement参数的问题：\n");printf("\n\n\tMORPH_RECT:矩形内核\n");printf("\n\n\tMORPH_CROSS:交叉型内核\n");printf("\n\n\tMORPH_ELLIPSE:椭圆形矩阵\n");
}

代码实现效果：

代码解释

调用opencv库函数morphologyEx，通过调整参数就可以实现不同的形态学操作。
其中回调函数中要求得变量:偏移量（当前迭代值和预置最大迭代值之差），用它的正负来判断是进行哪种对偶操作。用它的绝对值来决定矩阵核的大小（边长为奇数），以及结构元素锚点的位置。
另外需要注意:十字形的element形状唯一依赖于锚点的位置。
而在其他情况下，锚点只是影响形态学运算结果的偏移。

相关链接：[https://www.cnblogs.com/zsb517/archive/2012/06/08/2541193.html(https://www.cnblogs.com/zsb517/archive/2012/06/08/2541193.html)