OpenCV侵蝕和擴(kuò)張

目標(biāo)

在本教程中，您將學(xué)習(xí)如何：

• 應(yīng)用兩個(gè)非常常見(jiàn)的形態(tài)運(yùn)算符：侵蝕和擴(kuò)張。為此，您將使用以下OpenCV功能：
• • cv::erode
  • cv::dilate

注意

下面的解釋屬于Bradski和Kaehler 的“ 學(xué)習(xí)OpenCV ”一書(shū)。

形態(tài)作業(yè)

• 簡(jiǎn)而言之：一組基于形狀處理圖像的操作。形態(tài)操作將結(jié)構(gòu)元素應(yīng)用于輸入圖像并生成輸出圖像。
• 最基本的形態(tài)作用是：侵蝕和擴(kuò)張。它們有廣泛的用途，即：

1. 消除噪音
   
2. 隔離單個(gè)元素并連接圖像中的不同元素。
   
3. 查找圖像中的強(qiáng)度凸點(diǎn)或孔
   

• 我們將簡(jiǎn)要解釋膨脹和侵蝕，使用以下圖像作為示例：

擴(kuò)張

• 該操作包括將圖像與某些內(nèi)核（B）進(jìn)行卷積，其可以具有任何形狀或尺寸，通常為正方形或圓形。AB
• 內(nèi)核具有定義的錨點(diǎn)，通常是內(nèi)核的中心。B
• 當(dāng)內(nèi)核在圖像上掃描時(shí)，我們計(jì)算由B重疊的最大像素值，并用該最大值替換錨點(diǎn)位置中的圖像像素。您可以推斷，這種最大化的操作會(huì)使圖像中的亮區(qū)“增長(zhǎng)”（因此稱為擴(kuò)張）。以上圖為例。應(yīng)用擴(kuò)張我們可以得到：BB

背景（明亮）擴(kuò)大了字母的黑色地區(qū)。

為了更好地把握想法并避免可能的混亂，在另一個(gè)例子中，我們已經(jīng)將原始圖像倒過(guò)來(lái)，如白色的對(duì)象現(xiàn)在是這個(gè)字母。我們已經(jīng)執(zhí)行了兩個(gè)具有大小的矩形結(jié)構(gòu)元素的擴(kuò)張3x3。

左圖：原圖反轉(zhuǎn)，右圖：產(chǎn)生擴(kuò)張

膨脹使物體變白。

侵蝕

• 這個(gè)操作是擴(kuò)張的姊妹。它計(jì)算給定內(nèi)核區(qū)域的局部最小值。
• 當(dāng)內(nèi)核在圖像上掃描時(shí)，我們計(jì)算由重疊的最小像素值，并用該最小值替換錨點(diǎn)下的圖像像素。BB
• 對(duì)于擴(kuò)張的例子，我們可以將侵蝕算子應(yīng)用于原始圖像（如上所示）。您可以在下面的結(jié)果中看到，圖像的明亮區(qū)域（背景，顯然）變得更薄，而黑暗區(qū)域（“寫(xiě)作”）變得更大。

以相似的方式，通過(guò)對(duì)反轉(zhuǎn)的原始圖像（具有尺寸的矩形結(jié)構(gòu)元素的兩次侵蝕）施加侵蝕操作來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的圖像3x3：

左圖：原圖反轉(zhuǎn)，右圖：造成侵蝕

侵蝕使物體變白。

Code

本教程的代碼如下所示。您也可以在這里下載

#include "opencv2/imgproc.hpp"
#include "opencv2/imgcodecs.hpp"
#include "opencv2/highgui.hpp"
using namespace cv;
Mat src, erosion_dst, dilation_dst;
int erosion_elem = 0;
int erosion_size = 0;
int dilation_elem = 0;
int dilation_size = 0;
int const max_elem = 2;
int const max_kernel_size = 21;
void Erosion( int, void* );
void Dilation( int, void* );
int main( int, char** argv )
{
  src = imread( argv[1], IMREAD_COLOR );
  if( src.empty() )
    { return -1; }
  namedWindow( "Erosion Demo", WINDOW_AUTOSIZE );
  namedWindow( "Dilation Demo", WINDOW_AUTOSIZE );
  moveWindow( "Dilation Demo", src.cols, 0 );
  createTrackbar( "Element:\n 0: Rect \n 1: Cross \n 2: Ellipse", "Erosion Demo",
          &erosion_elem, max_elem,
          Erosion );
  createTrackbar( "Kernel size:\n 2n +1", "Erosion Demo",
          &erosion_size, max_kernel_size,
          Erosion );
  createTrackbar( "Element:\n 0: Rect \n 1: Cross \n 2: Ellipse", "Dilation Demo",
          &dilation_elem, max_elem,
          Dilation );
  createTrackbar( "Kernel size:\n 2n +1", "Dilation Demo",
          &dilation_size, max_kernel_size,
          Dilation );
  Erosion( 0, 0 );
  Dilation( 0, 0 );
  waitKey(0);
  return 0;
}
void Erosion( int, void* )
{
  int erosion_type = 0;
  if( erosion_elem == 0 ){ erosion_type = MORPH_RECT; }
  else if( erosion_elem == 1 ){ erosion_type = MORPH_CROSS; }
  else if( erosion_elem == 2) { erosion_type = MORPH_ELLIPSE; }
  Mat element = getStructuringElement( erosion_type,
                       Size( 2*erosion_size + 1, 2*erosion_size+1 ),
                       Point( erosion_size, erosion_size ) );
  erode( src, erosion_dst, element );
  imshow( "Erosion Demo", erosion_dst );
}
void Dilation( int, void* )
{
  int dilation_type = 0;
  if( dilation_elem == 0 ){ dilation_type = MORPH_RECT; }
  else if( dilation_elem == 1 ){ dilation_type = MORPH_CROSS; }
  else if( dilation_elem == 2) { dilation_type = MORPH_ELLIPSE; }
  Mat element = getStructuringElement( dilation_type,
                       Size( 2*dilation_size + 1, 2*dilation_size+1 ),
                       Point( dilation_size, dilation_size ) );
  dilate( src, dilation_dst, element );
  imshow( "Dilation Demo", dilation_dst );
}

說(shuō)明

1、這里顯示的大部分材料是微不足道的（如果您有任何疑問(wèn)，請(qǐng)參閱前幾節(jié)中的教程）。我們來(lái)看一下程序的一般結(jié)構(gòu)：

• 加載圖像（可以是BGR或灰度）
• 創(chuàng)建兩個(gè)窗口（一個(gè)用于擴(kuò)張輸出，另一個(gè)用于侵蝕）
• 為每個(gè)操作創(chuàng)建一組兩個(gè)Trackbars：

      a、第一個(gè)跟蹤欄 “元素”返回一個(gè)erosion_elem或dilation_ele

      b、第二個(gè)跟蹤欄 “內(nèi)核大小”返回對(duì)于相應(yīng)操作的erosion_size或dilation_size。

• 每次我們移動(dòng)任何滑塊，用戶的功能Erosion或Dilation將被調(diào)用，它會(huì)根據(jù)當(dāng)前的跟蹤欄值來(lái)更新輸出圖像。
  

我們分析這兩個(gè)功能：

void Erosion( int, void* )
{
  int erosion_type = 0;
  if( erosion_elem == 0 ){ erosion_type = MORPH_RECT; }
  else if( erosion_elem == 1 ){ erosion_type = MORPH_CROSS; }
  else if( erosion_elem == 2) { erosion_type = MORPH_ELLIPSE; }
  Mat element = getStructuringElement( erosion_type,
                       Size( 2*erosion_size + 1, 2*erosion_size+1 ),
                       Point( erosion_size, erosion_size ) );
  erode( src, erosion_dst, element );
  imshow( "Erosion Demo", erosion_dst );
}

執(zhí)行侵蝕操作的功能是cv :: erode。我們可以看到，它有三個(gè)參數(shù)：

• src：源圖像
• erosion_dst：輸出圖像
• element：這是我們將用來(lái)執(zhí)行操作的內(nèi)核。如果我們不指定，默認(rèn)是一個(gè)簡(jiǎn)單的3x3矩陣。否則，我們可以指定它的形狀。為此，我們需要使用函數(shù)cv :: getStructuringElement：

  Mat element = getStructuringElement( erosion_type,
                       Size( 2*erosion_size + 1, 2*erosion_size+1 ),
                       Point( erosion_size, erosion_size ) );

我們可以為我們的內(nèi)核選擇三種形狀：

1. 矩形框：MORPH_RECT
   
2. 十字架：MORPH_CROSS
3. 橢圓：MORPH_ELLIPSE

那么，我們只需要指定我們的內(nèi)核和錨點(diǎn)的大小。如果未指定，則假定為中心。

• 就這些。我們準(zhǔn)備好對(duì)我們的形象進(jìn)行侵蝕。

3、擴(kuò)張：

代碼如下。你可以看到，它完全類似于侵蝕代碼片段。這里我們還可以選擇定義我們的內(nèi)核，它的錨點(diǎn)和要使用的操作符的大小。

void Dilation( int, void* )
{
  int dilation_type = 0;
  if( dilation_elem == 0 ){ dilation_type = MORPH_RECT; }
  else if( dilation_elem == 1 ){ dilation_type = MORPH_CROSS; }
  else if( dilation_elem == 2) { dilation_type = MORPH_ELLIPSE; }
  Mat element = getStructuringElement( dilation_type,
                       Size( 2*dilation_size + 1, 2*dilation_size+1 ),
                       Point( dilation_size, dilation_size ) );
  dilate( src, dilation_dst, element );
  imshow( "Dilation Demo", dilation_dst );
}

結(jié)果

編譯上面的代碼，并以圖像作為參數(shù)執(zhí)行。例如，使用這個(gè)圖像：

我們得到以下結(jié)果。自然地，改變軌道欄中的索引給出不同的輸出圖像。試試吧！甚至可以嘗試添加第三個(gè)Trackbar來(lái)控制迭代次數(shù)。