形態學操作——開閉運算、頂帽底(黑)帽變換

膨脹和腐蝕運算的問題：

邊緣形狀發生了變化，膨脹發生了擴張，腐蝕發生了收縮
目標物體變形，對識別時的特征提取會造成影響

解決方法：

開操作:

gongshi
B對A的開操作就是先B對A腐蝕，緊接著用B對結果進行膨脹

先腐蝕再膨脹的結果并不是恢復原狀，而是會消除黏連部分，同時不影響其他部分的形狀.
平滑物體的輪廓，斷開較窄的狹頸并消除較細的突出。
效果：

閉操作:

B對A的閉操作就是先B對A膨脹，緊接著用B對結果進行腐蝕

先膨脹再腐蝕的結果并不是恢復原狀，而是填充小的裂縫、孔隙，且不影響形狀.
平滑物體的輪廓，彌合較窄的間斷和細小的溝壑，消除小的孔洞，填充輪廓中的斷痕。
效果：

更加詳細的過程如下：
詳細過程
除了開閉運算，黑帽頂帽運算也是形態學操作比較重要的操作。

頂帽變換：原圖-灰度開運算(灰度腐蝕+灰度膨脹)

效果：
1、保留比結構元素小的部分
2、保留比周圍環境亮的像素

底帽變換：灰度閉運算（灰度膨脹+灰度腐蝕）-原圖效果：

1、保留比結構元素小的部分
2、保留比周圍環境暗的像素

解釋：
頂帽處理使背景變得趨于一致了，前景和背景的對比度加深了
這是因為，在頂帽處理中當結構元素比前景目標物的大小
大的時候，腐蝕的步驟會選擇周圍比較暗的值代替比較亮的值
所以背景變暗了，同時前景被去掉了。再用原圖和結果相減，就可以把背景去掉，把開運算中去掉的前景給保留下來

代碼實現

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include "windows.h"
#include <stdio.h>using namespace cv;
using namespace std;//*--------------------------【練習】形態學操作morphology大練習------------------------------------*/
//請調整滾動條觀察圖像效果
//按鍵操作說明 :
//鍵盤按鍵【空格SPACE】- 在矩形、橢圓、十字形結構元素中循環
//鍵盤按鍵【1】- 使用橢圓結構元素
//鍵盤按鍵【2】- 使用矩形結構元素
//鍵盤按鍵【3】- 使用十字形結構元素
Mat g_secImage, g_dstImage;	//原圖和效果圖
int g_nElementShape = MORPH_RECT;	//初始化元素結構形狀//變量接受的Trackbar值
int  g_nMaxIterationMun = 10;
int g_nOpenCloseNum = 0;
int g_nErodeDilateNum = 0;
int g_nTopBlackHatNum = 0;//*--------------------------【全局函數聲明】-----------------------------------*/
static void on_OpenClose(int, void*);		//回調函數
static void on_ErodeDilate(int, void*);		//回調函數
static void on_TopBlakHat(int, void*);		//回調函數
void ShowHelpText1();
void ShowHelpText2();
int main()
{SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_GREEN);		//字體為綠色//載入原圖g_secImage = imread("D:\\opencv_picture_test\\形態學操作\\黑白.jpg");//判斷圖像是否加載成功if (g_secImage.empty()){cout << "圖像加載失敗!" << endl;return -1;}elsecout << "圖像加載成功!" << endl << endl;//顯示原圖像namedWindow("原圖像", WINDOW_NORMAL);     //定義窗口顯示屬性imshow("原圖像", g_secImage);//創建三個窗口namedWindow("【開運算/閉運算】", WINDOW_NORMAL);    namedWindow("【腐蝕/膨脹】", WINDOW_NORMAL);namedWindow("【頂帽/黑帽】", WINDOW_NORMAL);//參數賦值g_nOpenCloseNum = 9;g_nErodeDilateNum =9;g_nTopBlackHatNum =2;//分別為三個窗口建立滑動條createTrackbar("迭代值", "【開運算/閉運算】", &g_nOpenCloseNum, g_nMaxIterationMun*2+1,on_OpenClose);createTrackbar("迭代值", "【腐蝕/膨脹】", &g_nErodeDilateNum, g_nMaxIterationMun * 2 + 1, on_ErodeDilate);createTrackbar("迭代值", "【頂帽/黑帽】", &g_nTopBlackHatNum, g_nMaxIterationMun * 2 + 1, on_TopBlakHat);//show幫助信息ShowHelpText1();//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_TopBlakHat(g_nTopBlackHatNum,0);//獲取按鍵c = waitKey(0);//按下按鍵ESC程序退出if ((char)c == 27){break;}//按鍵1，使用橢圓結構元素if ((char)c == 49){g_nElementShape = MORPH_ELLIPSE;}//按鍵2，使用矩形結構元素else if ((char)c == 50){g_nElementShape = MORPH_RECT;}//按鍵3，使用十字形結構元素else if ((char)c == 51){g_nElementShape = MORPH_CROSS;}//按鍵空格，換一種結構元素else if ((char)c == ' '){g_nElementShape = (g_nElementShape+1)%3;}}
}
//*--------------------------【回調函數】-----------------------------------*/static void on_OpenClose(int, void*)
{//偏移量定義int offset = g_nOpenCloseNum - g_nMaxIterationMun;	//偏移量int Abs_offset = offset > 0 ? offset : -offset;	//偏移量的絕對值//自定義核Mat element = getStructuringElement(g_nElementShape,Size(Abs_offset*2+1, Abs_offset*2+1),Point(Abs_offset, Abs_offset));	//返回的是內核矩陣//進行操作if (offset < 0){morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_OPEN, element);}else{morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_CLOSE, element);}//顯示效果圖imshow("【開運算/閉運算】", g_dstImage);
}
static void on_ErodeDilate(int, void*)
{//偏移量定義int offset = g_nErodeDilateNum - g_nMaxIterationMun;	//偏移量int Abs_offset = offset > 0 ? offset : -offset;	//偏移量的絕對值//自定義核Mat element = getStructuringElement(g_nElementShape, Size(Abs_offset * 2 + 1, Abs_offset * 2 + 1), Point(Abs_offset, Abs_offset));	//返回的是內核矩陣//進行操作if (offset < 0){morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_ERODE, element);}else{morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_DILATE, element);}//顯示效果圖imshow("【腐蝕/膨脹】", g_dstImage);
}
static void on_TopBlakHat(int, void*)
{//偏移量定義int offset = g_nTopBlackHatNum - g_nMaxIterationMun;	//偏移量int Abs_offset = offset > 0 ? offset : -offset;	//偏移量的絕對值//自定義核Mat element = getStructuringElement(g_nElementShape, Size(Abs_offset * 2 + 1, Abs_offset * 2 + 1), Point(Abs_offset, Abs_offset));	//返回的是內核矩陣//進行操作if (offset < 0){morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_TOPHAT, element);}else{morphologyEx(g_secImage, g_dstImage, MORPH_BLACKHAT, element);}//顯示效果圖imshow("【頂帽/黑帽】", g_dstImage);
}//-----------------------------------【ShowHelpText( )函數】-----------------------------
//          描述：輸出一些幫助信息//關于morphologyEx參數的問題：//MORPH_BLACKHAT:黑帽運算//MORPH_TOPHAT:頂帽運算//MORPH_CLOSE:閉運算//MORPH_OPEN:開運算//MORPH_GRADIENT:形態學梯度//MORPH_ERODE:腐蝕運算//MORPH_DILATE:膨脹運算//關于getStructuringElement參數的問題：//MORPH_RECT:矩形內核//MORPH_CROSS:交叉型內核//MORPH_ELLIPSE:橢圓形矩陣
//請調整滾動條觀察圖像效果
//按鍵操作說明 :
//鍵盤按鍵【空格SPACE】- 在矩形、橢圓、十字形結構元素中循環
//鍵盤按鍵【1】- 使用橢圓結構元素
//鍵盤按鍵【2】- 使用矩形結構元素
//鍵盤按鍵【3】- 使用十字形結構元素
//----------------------------------------------------------------------------------------------
void ShowHelpText1()
{//輸出一些幫助信息printf("\n\n\n請調整滾動條觀察圖像效果\n");printf("\n\n\t按鍵操作說明\n");printf("\n\n\t鍵盤按鍵【空格SPACE】- 在矩形、橢圓、十字形結構元素中循環\n");printf("\n\n\t鍵盤按鍵【1】- 使用橢圓結構元素\n");printf("\n\n\t鍵盤按鍵【2】- 使用矩形結構元素\n");printf("\n\n\t鍵盤按鍵【3】- 使用十字形結構元素\n");
}
void ShowHelpText2()
{//輸出一些幫助信息printf("\n\n\n\morphologyEx 參數有以下幾種類型\n");printf("\n\n\tMORPH_BLACKHAT:黑帽運算\n");printf("\n\n\tMORPH_TOPHAT:頂帽運算\n");printf("\n\n\tMORPH_CLOSE:閉運算\n");printf("\n\n\tMORPH_OPEN:開運算\n");printf("\n\n\t//MORPH_GRADIENT:形態學梯度\n");printf("\n\n\tMORPH_ERODE:腐蝕運算\n");printf("\n\n\tMORPH_DILATE:膨脹運算\n");printf("\n\n\n\getStructuringElement參數的問題：\n");printf("\n\n\tMORPH_RECT:矩形內核\n");printf("\n\n\tMORPH_CROSS:交叉型內核\n");printf("\n\n\tMORPH_ELLIPSE:橢圓形矩陣\n");
}

代碼實現效果：

代碼解釋

調用opencv庫函數morphologyEx，通過調整參數就可以實現不同的形態學操作。
其中回調函數中要求得變量:偏移量（當前迭代值和預置最大迭代值之差），用它的正負來判斷是進行哪種對偶操作。用它的絕對值來決定矩陣核的大小（邊長為奇數），以及結構元素錨點的位置。
另外需要注意:十字形的element形狀唯一依賴于錨點的位置。
而在其他情況下，錨點只是影響形態學運算結果的偏移。

相關鏈接：[https://www.cnblogs.com/zsb517/archive/2012/06/08/2541193.html(https://www.cnblogs.com/zsb517/archive/2012/06/08/2541193.html)