【OpenCV 4开发详解】形态学应用

图像形态学腐蚀可以将细小的噪声区域去除，但是会将图像主要区域的面积缩小，造成主要区域的形状发生改变；图像形态学膨胀可以扩充每一个区域的面积，填充较小的空洞，但是同样会增加噪声的面积。根据两者的特性将图像腐蚀和膨胀适当的结合，便可以既去除图像中的噪声，又不缩小图像中主要区域的面积；既填充了较小的空洞，又不增加噪声所占的面积。因此，本节中将介绍如何利用不同顺序的图像腐蚀和膨胀实现图像的开运算、闭运算、形态学梯度、顶帽运算、黑帽运算以及击中击不中变换等操作。

开运算

图像开运算可以去除图像中的噪声，消除较小连通域，保留较大连通域，同时能够在两个物体纤细的连接处将两个物体分离，并且在不明显改变较大连通域的面积的同时能够平滑连通域的边界。开运算是图像腐蚀和膨胀操作的结合，首先对图像进行腐蚀，消除图像中的噪声和较小的连通域，之后通过膨胀运算弥补较大连通域因腐蚀而造成的面积减小。图6-22给出了图像开运算的三个阶段，图6-22中左侧图像是待开运算的原图像，中间的图像是利用3×3矩形结构元素对原图像进行腐蚀后的图像，通过结果可以看到较小的连通域已经被去除，但是较大的连通域也在边界区域产生了较大的面积缩减，之后对腐蚀后的图像进行膨胀运算，得到图6-22中右侧图像。通过结果可以看出，膨胀运算弥补了腐蚀运算造成的边界面积缩减，使得开运算的结果只去除了较小的连通域，保留了较大的连通域。

图6-22 图像开运算三个阶段

开运算是对图像腐蚀和膨胀的组合，OpenCV 4没有提供只用于图像开运算的函数，而是提供了图像腐蚀和膨胀运算不同组合形式的morphologyEx()函数，以实现图像的开运算、闭运算、形态学提取、顶帽运算、黑帽运算以及击中击不中变换，该函数的函数原型在代码清单6-15中给出。

代码清单6-15 morphologyEx()函数原型
1.void cv::morphologyEx(InputArray  src,
2.                      OutputArray  dst,
3.                      int  op,
4.                      InputArray  kernel,
5.                      Point  anchor = Point(-1,-1),
6.                      int  iterations = 1,
7.                      int  borderType = BORDER_CONSTANT,
8.                      const Scalar &  borderValue = morphologyDefaultBorderValue()  
9.                      )

• src：输入图像，图像的通道数可以是任意的，但是图像的数据类型必须是CV_8U，CV_16U，CV_16S，CV_32F或CV_64F之一。
• dst：形态学操作后的输出图像，与输入图像具有相同的尺寸和数据类型。
• op：形态学操作类型的标志，可以选择的标志及含义在表6-6中给出。
• kernel：结构元素，可以自己生成，也可以用getStructuringElement()函数生成。
• anchor：中心点在结构元素中的位置，默认参数为结构元素的几何中心点
• iterations：处理的次数
• borderType：像素外推法选择标志，取值范围在表3-5中给出。默认参数为BORDER_DEFAULT，表示不包含边界值倒序填充。
• borderValue：使用边界不变外推法时的边界值。

该函数根据结构元素对输入图像进行多种形态学操作，在处理多通道图像时每个通道独立进行处理。函数的第一个参数为待形态学处理的图像，图像通道数可以是任意的，但是图像的数据类型必须是CV_8U，CV_16U，CV_16S，CV_32F或CV_64F之一。函数第二个参数为形态学处理后的输出图像，与输入图像具有相同的尺寸和数据类型。函数第三个参数是形态学操作类型的选择标志，可以选择的形态学操作类型有开运算、闭运算、形态学梯度、顶帽运算、黑帽运算以及击中击不中变换，详细的参数在表6-6给出。函数第四个和第五个参数都是与结构元素相关的参数，第四个参数为结构元素，使用的结构元素尺寸越大效果越明显，第四个参数为结构元素的中心位置，第五个参数的默认值为Point(-1,-1)，表示结构元素的几何中心处为结构元素的中心点。函数第六个参数是使用结构元素处理的次数，处理次数越多效果越明显。函数第七个参数是图像像素外推法的选择标志，第八个参数为使用边界不变外推法时的边界值，这两个参数对图像中主要部分的形态学操作没有影响，因此在多数情况下使用默认值即可。