.. _Morphology_1: 腐蚀与膨胀(Eroding and Dilating) *************************************** 目标 ===== 本文档尝试解答如下问题: * 如何使用OpenCV提供的两种最基本的形态学操作,腐蚀与膨胀( Erosion 与 Dilation): * :erode:`erode <>` * :dilate:`dilate <>` 原理 ============ .. note:: 以下内容来自于Bradski和Kaehler的大作： **Learning OpenCV** . 形态学操作 -------------------------- * 简单来讲，形态学操作就是基于形状的一系列图像处理操作。通过将 *结构元素* 作用于输入图像来产生输出图像。 * 最基本的形态学操作有二：腐蚀与膨胀(Erosion 与 Dilation)。 他们的运用广泛: * 消除噪声 * 分割(isolate)独立的图像元素，以及连接(join)相邻的元素。 * 寻找图像中的明显的极大值区域或极小值区域。 * 通过以下图像，我们简要来讨论一下膨胀与腐蚀操作(译者注：注意这张图像中的字母为黑色，背景为白色，而不是一般意义的背景为黑色，前景为白色）: .. image:: images/Morphology_1_Tutorial_Theory_Original_Image.png :alt: Original image :align: center 膨胀 ^^^^^^^^^ * 此操作将图像 :math:`A` 与任意形状的内核 (:math:`B`)，通常为正方形或圆形,进行卷积。 * 内核 :math:`B` 有一个可定义的 *锚点*, 通常定义为内核中心点。 * 进行膨胀操作时，将内核 :math:`B` 划过图像,将内核 :math:`B` 覆盖区域的最大相素值提取，并代替锚点位置的相素。显然，这一最大化操作将会导致图像中的亮区开始"扩展" (因此有了术语膨胀 *dilation* )。对上图采用膨胀操作我们得到: .. image:: images/Morphology_1_Tutorial_Theory_Dilation.png :alt: Dilation result - Theory example :align: center 背景(白色)膨胀，而黑色字母缩小了。 腐蚀 ^^^^^^^^ * 腐蚀在形态学操作家族里是膨胀操作的孪生姐妹。它提取的是内核覆盖下的相素最小值。 * 进行腐蚀操作时，将内核 :math:`B` 划过图像,将内核 :math:`B` 覆盖区域的最小相素值提取，并代替锚点位置的相素。 * 以与膨胀相同的图像作为样本,我们使用腐蚀操作。从下面的结果图我们看到亮区(背景)变细，而黑色区域(字母)则变大了。 .. image:: images/Morphology_1_Tutorial_Theory_Erosion.png :alt: Erosion result - Theory example :align: center 源码 ====== 下面是本教程的源码， 你也可以从 `here `_ 下载。 .. code-block:: cpp #include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp" #include "opencv2/highgui/highgui.hpp" #include "highgui.h" #include #include using namespace cv; /// 全局变量 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; /** Function Headers */ void Erosion( int, void* ); void Dilation( int, void* ); /** @function main */ int main( int argc, char** argv ) { /// Load 图像 src = imread( argv[1] ); if( !src.data ) { return -1; } /// 创建显示窗口 namedWindow( "Erosion Demo", CV_WINDOW_AUTOSIZE ); namedWindow( "Dilation Demo", CV_WINDOW_AUTOSIZE ); cvMoveWindow( "Dilation Demo", src.cols, 0 ); /// 创建腐蚀 Trackbar 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 ); /// 创建膨胀 Trackbar 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 ); /// Default start Erosion( 0, 0 ); Dilation( 0, 0 ); waitKey(0); return 0; } /** @function Erosion */ void Erosion( int, void* ) { int erosion_type; 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 ) ); /// 腐蚀操作 erode( src, erosion_dst, element ); imshow( "Erosion Demo", erosion_dst ); } /** @function Dilation */ void Dilation( int, void* ) { int dilation_type; 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 ) ); ///膨胀操作 dilate( src, dilation_dst, element ); imshow( "Dilation Demo", dilation_dst ); } 解释 ============= #. 大部分代码应该不需要解释了 (如果有任何疑问，请回头参考前面的教程)。 让我们来回顾一下本程序的总体流程: .. container:: enumeratevisibleitemswithsquare * 装载图像 (可以是 RGB图像或者灰度图 ) * 创建两个显示窗口 (一个用于膨胀输出,一个用于腐蚀输出) * 为每个操作创建两个 Trackbars: * 第一个 trackbar "Element" 返回 **erosion_elem** 或者 **dilation_elem** * 第二个 trackbar "Kernel size" 返回 **erosion_size** 或者 **dilation_size** 。 * 每次移动标尺, 用户函数 **Erosion** 或者 **Dilation** 就会被调用，函数将根据当前的trackbar位置更新输出图像。 让我们分析一下这两个函数: #. **Erosion:** .. code-block:: cpp /** @function Erosion */ void Erosion( int, void* ) { int erosion_type; 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 ) ); /// 腐蚀操作 erode( src, erosion_dst, element ); imshow( "Erosion Demo", erosion_dst ); } * 进行 *腐蚀* 操作的函数是 :erode:`erode <>` 。 它接受了三个参数: * *src*: 原图像 * *erosion_dst*: 输出图像 * *element*: 腐蚀操作的内核。 如果不指定，默认为一个简单的 :math:`3x3` 矩阵。否则，我们就要明确指定它的形状，可以使用函数 :get_structuring_element:`getStructuringElement <>`: .. code-block:: cpp Mat element = getStructuringElement( erosion_type, Size( 2*erosion_size + 1, 2*erosion_size+1 ), Point( erosion_size, erosion_size ) ); 我们可以为我们的内核选择三种形状之一: .. container:: enumeratevisibleitemswithsquare + 矩形: MORPH_RECT + 交叉形: MORPH_CROSS + 椭圆形: MORPH_ELLIPSE 然后，我们还需要指定内核大小，以及 *锚点* 位置。不指定锚点位置，则默认锚点在内核中心位置。 * 就这些了，我们现在可以对图像进行腐蚀操作了。 .. note:: OpenCV的 **erode** 函数还有另外的参数，其中一个参数允许你一下对图像进行多次腐蚀操作。在这个简单的文档中没有用到它，但是你可以参考OpenCV的使用手册。 #. **Dilation:** 下面是膨胀的代码，你可以看到，它和 **Erosion** 函数是多么相似。 这里我们同样可以指定内核的形状，锚点和大小。 .. code-block:: cpp /** @function Dilation */ void Dilation( int, void* ) { int dilation_type; 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 ) ); /// 膨胀操作 dilate( src, dilation_dst, element ); imshow( "Dilation Demo", dilation_dst ); } 结果 ======== * 编译并使用图像路径作为参数运行程序，比如我们使用以下图像: .. image:: images/Morphology_1_Tutorial_Original_Image.jpg :alt: Original image :align: center 下面是操作的结果。 更改Trackbars的位置就会产生不一样的输出图像，自己试试吧。 最后，你还可以通过增加第三个Trackbar来控制膨胀或腐蚀的次数。 .. image:: images/Morphology_1_Tutorial_Cover.jpg :alt: Dilation and Erosion application :align: center 翻译者 ================= niesu@ `OpenCV中文网站 `_