形態學濾波（2）：開運算、閉運算、形態學梯度、頂帽、黑帽

一、開運算

開運算，就是先腐蝕后膨脹的過程

數學表達式：

　　dst = open(src,element) = dilate(erode(src, element))

開運算可以用來消除小物體，在纖細點處分離物體，並且在平滑較大物體的邊界的同時不明顯改變其面積。

 

二、閉運算

閉運算，就是先膨脹后腐蝕的過程

數學表達式：

　　dst = open(src,element) = erode(dilate(src, element))

閉運算可以用來排除小型黑洞（黑色區域）

 

三、形態學梯度

 形態學梯度，就是膨脹圖與腐蝕圖之差

數學表達式：

　　dst = morph-grad(src,element) = dilate(src, element) - erode(src, element)

對二值圖進行這一操作可以將團塊的邊緣突出出來，我們可以用形態學梯度來保留物體的邊緣輪廓

 

四、頂帽

頂帽（禮帽）運算，就是原圖像與“開運算”的結果圖之差

數學表達式：

　　dst = tophat(src,element) = src - open(src,element)

因為開運算帶來的結果是放大了裂縫或者局部低亮度的區域。因此從原圖中減去開運算后的圖，得到的效果

圖突出了比原圖輪廓周圍的區域更明亮的區域，且這一操作與選擇的核的的大小相關。

頂帽運算往往用來分離比臨近點亮一些的斑塊，在一幅圖像具有大幅的背景，而微小物品比較有規律的情況下，

可以使用頂帽運算進行背景提取

 

五、黑帽

黑帽運算，就是“閉運算”的結果圖與原圖像之差

數學表達式：

　　dst = blackhat(src,element) = close(src,element) - src 

黑帽運算后的效果圖突出了比原圖輪廓周圍的區域更暗的區域，且這一操作和選擇的核的大小相關

黑帽運算用來分離比臨近點暗一些的斑塊，效果圖有着非常完美的輪廓

 

六、核心函數：morphologyEx()

void 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() );

#include<opencv2/opencv.hpp>
#include<iostream>

using namespace std;
using namespace cv;

Mat g_srcImage, g_dstImage;
int g_nElementShap = MORPH_RECT;   //元素結構的形狀

//變量接收的TrackBar位置參數
int g_nMaxIterationNum = 10;
int g_nOpenCloseNum = 0;
int g_nErodeDilateNum = 0;
int g_nTopBlackHatNum = 0;

static void on_OpenClose(int, void *);   //回調函數
static void on_ErodeDilate(int, void *);
static void on_TopBlackHat(int, void *);


int main()
{
    //載入原圖
    g_srcImage = imread("C:\\Users\\Administrator\\Pictures\\Camera Roll\\05.jpg");
    if (!g_srcImage.data) {
        cout << "圖片載入失敗！" << endl;
        return false;
    }

    //顯示原始圖
    namedWindow("【原始圖】");
    imshow("【原始圖】", g_srcImage);

    //創建三個窗口
    namedWindow("【開運算/閉運算】", 1);
    namedWindow("【腐蝕/膨脹】", 1);
    namedWindow("【頂帽/黑帽】", 1);

    //分別為三個窗口創建滾動條
    createTrackbar("迭代值", "【開運算/閉運算】", &g_nOpenCloseNum, g_nMaxIterationNum * 2 + 1, on_OpenClose);
    createTrackbar("迭代值", "【腐蝕/膨脹】", &g_nErodeDilateNum, g_nMaxIterationNum * 2 + 1, on_ErodeDilate);
    createTrackbar("迭代值", "【頂帽/黑帽】", &g_nTopBlackHatNum, g_nMaxIterationNum * 2 + 1, on_TopBlackHat);

    //輪詢獲取按鍵信息
    while (1)
    {
        int c;

        //執行回調函數
        on_OpenClose(g_nOpenCloseNum, 0);
        on_ErodeDilate(g_nErodeDilateNum, 0);
        on_TopBlackHat(g_nTopBlackHatNum, 0);

        //獲取按鍵
        c = waitKey(0);

        //按下鍵盤Q或者ESC，程序退出
        if (c == 'q' || c == 27)
            break;
        //按下鍵盤按鍵1，使用橢圓（Elliptic）結構元素MORPH_ELLIPSE
        if (c == 'a')
            g_nElementShap = MORPH_ELLIPSE;
        //按下鍵盤按鍵2，使用矩形（Rectangle）結構元素MORPH_RECT
        if (c == 'b')
            g_nElementShap = MORPH_RECT;
        //按下鍵盤按鍵3，使用十字形（Cross-shaped）結構元素MORPH_CROSS
        if (c == 'c')
            g_nElementShap = MORPH_CROSS;
        //按下鍵盤按鍵space，在矩形、橢圓、十字形結構元素中循環
        if (c == ' ')
            g_nElementShap = (g_nElementShap + 1) % 3;
    }
    return 0;
}
    static void on_OpenClose(int, void *) {
        //偏移量的定義
        int offset = g_nOpenCloseNum - g_nMaxIterationNum;  //偏移量
        int Absolute_offset = offset > 0 ? offset : -offset;  //偏移量的絕對值
        //自定義核
        Mat element = getStructuringElement(g_nElementShap, Size(Absolute_offset * 2 + 1, Absolute_offset * 2 + 1), Point(Absolute_offset, Absolute_offset));

        //進行操作
        if (offset < 0)
            morphologyEx(g_srcImage, g_dstImage, MORPH_OPEN, element);
        else
            morphologyEx(g_srcImage, g_dstImage, MORPH_CLOSE, element);

        //顯示圖像
        imshow("【開運算/閉運算】", g_dstImage);
    }

    static void on_ErodeDilate(int, void *) {
        int offset = g_nOpenCloseNum - g_nMaxIterationNum;  //偏移量
        int Absolute_offset = offset > 0 ? offset : -offset;  //偏移量的絕對值
        //自定義核
        Mat element = getStructuringElement(g_nElementShap, Size(Absolute_offset * 2 + 1, Absolute_offset * 2 + 1), Point(Absolute_offset, Absolute_offset));

        //進行操作
        if (offset < 0)
            erode(g_srcImage, g_dstImage, element);
        else
            dilate(g_srcImage, g_dstImage, element);

        //顯示圖像
        imshow("【腐蝕/膨脹】", g_dstImage);
    }

    static void on_TopBlackHat(int, void *) {
        int offset = g_nOpenCloseNum - g_nMaxIterationNum;  //偏移量
        int Absolute_offset = offset > 0 ? offset : -offset;  //偏移量的絕對值
        //自定義核
        Mat element = getStructuringElement(g_nElementShap, Size(Absolute_offset * 2 + 1, Absolute_offset * 2 + 1), Point(Absolute_offset, Absolute_offset));

        //進行操作
        if (offset < 0)
            morphologyEx(g_srcImage, g_dstImage, MORPH_TOPHAT, element);
        else
            morphologyEx(g_srcImage, g_dstImage, MORPH_BLACKHAT, element);

        //顯示圖像
        imshow("【頂帽/黑帽】", g_dstImage);
    }