形态学图像处理:开运算、闭运算、形态学梯度、顶帽、黑帽合辑

原创

小龙在山东 2022-07-08 11:13:37 博主文章分类：C++ ©著作权

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说明

开运算：先腐蚀后膨胀的过程，可以用来消除小物体、在纤细点处分离物体、平滑较大物体的边界的同时并不明显改变其面积。
闭运算：先膨胀后腐蚀的过程，能够排除小型黑洞(黑色区域)。
形态学梯度：膨胀图与腐蚀图之差，对二值图像进行这一操作可以将团块（blob）的边缘突出出来。可以用形态学梯度来保留物体的边缘轮廓。
顶帽：为原图像开运算的结果图之差，放大了裂缝或者局部低亮度的区域，突出了比原图轮廓周围的区域更明亮的区域，且这一操作和选择的核的大小相关。顶帽运算往往用来分离比邻近点亮一些的斑块。当一幅图像具有大幅的背景的时候，而微小物品比较有规律的情况下，可以使用顶帽运算进行背景提取。
黑帽：为闭运算的结果图与原图像之差。黑帽运算后的效果图突出了比原图轮廓周围的区域更暗的区域，且这一操作和选择的核的大小相关。所以，黑帽运算用来分离比邻近点暗一些的斑块。

离散傅里叶变换
图像高频部分代表了图像的细节、纹理信息；低频代表了图像的轮廓信息。
低通-》模糊
高通-》锐化
腐蚀和膨胀是针对白色部分（高亮部分）而言的。膨胀就是对图像高亮部分进行“领域扩张”，效果图拥有比原图更大的高亮区域；腐蚀是原图中的高亮区域被蚕食，效果图拥有比原图更小的高亮区域。
开运算：先腐蚀再膨胀，用来消除小物体
闭运算：先膨胀再腐蚀，用于排除小型黑洞
形态学梯度：就是膨胀图与俯视图之差，用于保留物体的边缘轮廓。
顶帽：原图像与开运算图之差，用于分离比邻近点亮一些的斑块。
黑帽：闭运算与原图像之差，用于分离比邻近点暗一些的斑块。

示例：

//-----------------------------------【头文件包含部分】---------------------------------------
//    描述：包含程序所依赖的头文件
//---------------------------------------------------------------------------------------------- 
#include "pch.h"
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>

//-----------------------------------【命名空间声明部分】--------------------------------------
//    描述：包含程序所使用的命名空间
//----------------------------------------------------------------------------------------------- 
using namespace std;
using namespace cv;


//-----------------------------------【全局变量声明部分】--------------------------------------
//    描述：全局变量声明
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
Mat g_srcImage, g_dstImage;//原始图和效果图
int g_nElementShape = MORPH_RECT;//元素结构的形状

//变量接收的TrackBar位置参数
int g_nMaxIterationNum = 10;
int g_nOpenCloseNum = 0;
int g_nErodeDilateNum = 0;
int g_nTopBlackHatNum = 0;



//-----------------------------------【全局函数声明部分】--------------------------------------
//    描述：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_TopBlackHat(int, void*);//回调函数
static void ShowHelpText();//帮助文字显示


//-----------------------------------【main( )函数】--------------------------------------------
//    描述：控制台应用程序的入口函数，我们的程序从这里开始
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
int main()
{
  //改变console字体颜色
  system("color 2F");

  ShowHelpText();

  //载入原图
  g_srcImage = imread("1.jpg");//工程目录下需要有一张名为1.jpg的素材图
  if (!g_srcImage.data) { printf("Oh，no，读取srcImage错误~！ \n"); return false; }

  //显示原始图
  namedWindow("【原始图】");
  imshow("【原始图】", g_srcImage);

  //创建三个窗口
  namedWindow("【开运算/闭运算】", 1);
  namedWindow("【腐蚀/膨胀】", 1);
  namedWindow("【顶帽/黑帽】", 1);

  //参数赋值
  g_nOpenCloseNum = 9;
  g_nErodeDilateNum = 9;
  g_nTopBlackHatNum = 2;

  //分别为三个窗口创建滚动条
  createTrackbar("迭代值", "【开运算/闭运算】", &g_nOpenCloseNum, g_nMaxIterationNum * 2 + 1, on_OpenClose);
  createTrackbar("迭代值", "【腐蚀/膨胀】", &g_nErodeDilateNum, g_nMaxIterationNum * 2 + 1, on_ErodeDilate);
  createTrackbar("迭代值", "【顶帽/黑帽】", &g_nTopBlackHatNum, g_nMaxIterationNum * 2 + 1, on_TopBlackHat);

  //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_TopBlackHat(g_nTopBlackHatNum, 0);

    //获取按键
    c = waitKey(0);

    //按下键盘按键Q或者ESC，程序退出
    if ((char)c == 'q' || (char)c == 27)
      break;
    //按下键盘按键1，使用椭圆(Elliptic)结构元素结构元素MORPH_ELLIPSE
    if ((char)c == 49)//键盘按键1的ASII码为49
      g_nElementShape = MORPH_ELLIPSE;
    //按下键盘按键2，使用矩形(Rectangle)结构元素MORPH_RECT
    else if ((char)c == 50)//键盘按键2的ASII码为50
      g_nElementShape = MORPH_RECT;
    //按下键盘按键3，使用十字形(Cross-shaped)结构元素MORPH_CROSS
    else if ((char)c == 51)//键盘按键3的ASII码为51
      g_nElementShape = MORPH_CROSS;
    //按下键盘按键space，在矩形、椭圆、十字形结构元素中循环
    else if ((char)c == ' ')
      g_nElementShape = (g_nElementShape + 1) % 3;
  }

  return 0;
}


//-----------------------------------【on_OpenClose( )函数】----------------------------------
//    描述：【开运算/闭运算】窗口的回调函数
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
static void on_OpenClose(int, void*)
{
  //偏移量的定义
  int offset = g_nOpenCloseNum - g_nMaxIterationNum;//偏移量
  int Absolute_offset = offset > 0 ? offset : -offset;//偏移量绝对值
  //自定义核
  Mat element = getStructuringElement(g_nElementShape, Size(Absolute_offset * 2 + 1, Absolute_offset * 2 + 1), Point(Absolute_offset, Absolute_offset));
  //进行操作
  if (offset < 0)
    morphologyEx(g_srcImage, g_dstImage, CV_MOP_OPEN, element);
  else
    morphologyEx(g_srcImage, g_dstImage, CV_MOP_CLOSE, element);
  //显示图像
  imshow("【开运算/闭运算】", g_dstImage);
}


//-----------------------------------【on_ErodeDilate( )函数】----------------------------------
//    描述：【腐蚀/膨胀】窗口的回调函数
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
static void on_ErodeDilate(int, void*)
{
  //偏移量的定义
  int offset = g_nErodeDilateNum - g_nMaxIterationNum;  //偏移量
  int Absolute_offset = offset > 0 ? offset : -offset;//偏移量绝对值
  //自定义核
  Mat element = getStructuringElement(g_nElementShape, Size(Absolute_offset * 2 + 1, Absolute_offset * 2 + 1), Point(Absolute_offset, Absolute_offset));
  //进行操作
  if (offset < 0)
    erode(g_srcImage, g_dstImage, element);
  else
    dilate(g_srcImage, g_dstImage, element);
  //显示图像
  imshow("【腐蚀/膨胀】", g_dstImage);
}


//-----------------------------------【on_TopBlackHat( )函数】--------------------------------
//    描述：【顶帽运算/黑帽运算】窗口的回调函数
//----------------------------------------------------------------------------------------------
static void on_TopBlackHat(int, void*)
{
  //偏移量的定义
  int offset = g_nTopBlackHatNum - g_nMaxIterationNum;//偏移量
  int Absolute_offset = offset > 0 ? offset : -offset;//偏移量绝对值
  //自定义核
  Mat element = getStructuringElement(g_nElementShape, Size(Absolute_offset * 2 + 1, Absolute_offset * 2 + 1), Point(Absolute_offset, Absolute_offset));
  //进行操作
  if (offset < 0)
    morphologyEx(g_srcImage, g_dstImage, MORPH_TOPHAT, element);
  else
    morphologyEx(g_srcImage, g_dstImage, MORPH_BLACKHAT, element);
  //显示图像
  imshow("【顶帽/黑帽】", g_dstImage);
}

//-----------------------------------【ShowHelpText( )函数】----------------------------------
//    描述：输出一些帮助信息
//----------------------------------------------------------------------------------------------
static void ShowHelpText()
{
  //输出一些帮助信息
  printf("\n\n\n\t请调整滚动条观察图像效果~\n\n");
  printf("\n\n\t按键操作说明: \n\n"
    "\t\t键盘按键【ESC】或者【Q】- 退出程序\n"
    "\t\t键盘按键【1】- 使用椭圆(Elliptic)结构元素\n"
    "\t\t键盘按键【2】- 使用矩形(Rectangle )结构元素\n"
    "\t\t键盘按键【3】- 使用十字型(Cross-shaped)结构元素\n"
    "\t\t键盘按键【空格SPACE】- 在矩形、椭圆、十字形结构元素中循环\n"
  );
}