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opencv形态学转换详解:图示及源码解析

时间:2025-05-07 08:27:54 367浏览 收藏

OpenCV形态学转换详解:图示与源码 OpenCV中提供了七种形态学转换操作,包括腐蚀、膨胀、开运算、闭运算、形态学梯度、礼帽和黑帽。本文详细介绍了每种操作的API及其原理,并通过实验验证了这些操作的实际效果。通过编写代码,实现了这些形态学转换,并将生成的图像保存至指定文件夹。实验中还探讨了使用礼帽和开运算的图像相加,以及闭运算和黑帽的图像相减,试图还原原始图像。最终,通过代码修改和验证,成功还原了原始图像,证明了实验思路的正确性。

概述

OpenCV 中有七种形态学转换操作:腐蚀、膨胀、开运算、闭运算、形态学梯度、礼帽和黑帽。

API参考表

中文名英文名API原理个人理解
腐蚀erodeerosion = cv2.erode(src=girl_pic, kernel=kernel)对滑窗中的像素点按位乘,再从中取最小值点作为输出。可以去除浅色噪点浅色成分被腐蚀
膨胀dilatedilation = cv2.dilate(src=girl_pic, kernel=kernel)对滑窗中的像素点按位乘,再从中取最大值点作为输出。可以增加浅色成分浅色成分得膨胀
开运算morphology-openopening = cv2.morphologyEx(girl_pic, cv2.MORPH_OPEN, kernel)先腐蚀,后膨胀,去除白噪点先合再开,对浅色成分不利
闭运算morphology-closeclosing = cv2.morphologyEx(girl_pic, cv2.MORPH_CLOSE, kernel)先膨胀,后腐蚀,去除黑噪点先开再合,浅色成分得势
形态学梯度morphology-grandientgradient = cv2.morphologyEx(girl_pic, cv2.MORPH_GRADIENT, kernel)一幅图像腐蚀与膨胀的区别,可以得到轮廓数值上解释为:膨胀减去腐蚀
礼帽tophattophat = cv2.morphologyEx(girl_pic, cv2.MORPH_TOPHAT, kernel)原图像减去开运算的差数值上解释为:原图像减去开运算
黑帽blackhatblackhat = cv2.morphologyEx(girl_pic, cv2.MORPH_BLACKHAT, kernel)闭运算减去原图像的差数值上解释为:闭运算减去原图像

实验思路:编写代码,实现OpenCV自带的七种形态学转换操作,并将生成的图片保存到 pic 文件夹中;使用礼帽生成的图像加上开运算生成的图像,看看是否能得到原图,并将生成的图片保存到 pic 文件夹中;使用闭运算生成的图像减去黑帽生成的图像,看看是否能得到原图,并将生成的图片保存到 pic 文件夹中;如果成功,则验证自己的思路是正确的。

Demo:原始图像(../pic/girl.jpg):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

七种形态学转换操作:

腐蚀(../pic/erosion.jpg):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

膨胀(../pic/dilation.jpg):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

开运算(../pic/opening.jpg):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

闭运算(../pic/closing.jpg):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

形态学梯度(../pic/gradient.jpg):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

礼帽(../pic/tophat.jpg):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

黑帽(../pic/blackhat.jpg):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

通过转换后的图像得到原图像:

cv2.add(open, tophat)(../pic/open_and_tophat.jpg):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

close-blackhat(../pic/close_subtract_blackhat.jpg):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

附上自己编写的实验代码:

# -*- coding: utf-8 -*-
import cv2
import numpy as np

girl_pic = cv2.imread('../pic/girl.jpg') kernel = np.ones((5, 5), np.uint8)

腐蚀

erosion = cv2.erode(src=girl_pic, kernel=kernel) cv2.imshow('erosion', erosion) cv2.waitKey(2000) cv2.destroyAllWindows() cv2.imwrite('../pic/erosion.jpg', erosion)

膨胀

dilation = cv2.dilate(src=girl_pic, kernel=kernel) cv2.imshow('dilation', dilation) cv2.waitKey(2000) cv2.destroyAllWindows() cv2.imwrite('../pic/dilation.jpg', dilation)

开运算

opening = cv2.morphologyEx(girl_pic, cv2.MORPH_OPEN, kernel) cv2.imshow('opening', opening) cv2.waitKey(2000) cv2.destroyAllWindows() cv2.imwrite('../pic/opening.jpg', opening)

闭运算

closing = cv2.morphologyEx(girl_pic, cv2.MORPH_CLOSE, kernel) cv2.imshow('closing', closing) cv2.waitKey(2000) cv2.destroyAllWindows() cv2.imwrite('../pic/closing.jpg', closing)

形态学梯度

gradient = cv2.morphologyEx(girl_pic, cv2.MORPH_GRADIENT, kernel) cv2.imshow('gradient', gradient) cv2.waitKey(2000) cv2.destroyAllWindows() cv2.imwrite('../pic/gradient.jpg', gradient)

礼帽

tophat = cv2.morphologyEx(girl_pic, cv2.MORPH_TOPHAT, kernel) cv2.imshow('tophat', tophat) cv2.waitKey(2000) cv2.destroyAllWindows() cv2.imwrite('../pic/tophat.jpg', tophat)

黑帽

blackhat = cv2.morphologyEx(girl_pic, cv2.MORPH_BLACKHAT, kernel) cv2.imshow('blackhat', blackhat) cv2.waitKey(2000) cv2.destroyAllWindows() cv2.imwrite('../pic/blackhat.jpg', blackhat)

cv2.add(open, tophat)

open_and_tophat = cv2.add(opening, tophat) cv2.imshow('open_and_tophat', open_and_tophat) cv2.waitKey(2000) cv2.destroyAllWindows() cv2.imwrite('../pic/open_and_tophat.jpg', open_and_tophat)

close-blackhat

close_subtract_blackhat = closing - blackhat cv2.imshow('close_subtract_blackhat', close_subtract_blackhat) cv2.waitKey(2000) cv2.destroyAllWindows() cv2.imwrite('../pic/close_subtract_blackhat.jpg', close_subtract_blackhat)

实际遇到的问题及解决方法:在设计实验时,使用礼帽生成的图像加上开运算生成的图像能够得到原图,但使用黑帽生成的图像加上闭运算生成的图像却无法得到原图,反而得到了一张比闭运算图像更浅色的图片(如下):

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

经过思考,发现了问题所在:书上对黑帽的定义是:

但是却没有明确指出被减数和减数分别是谁。根据闭运算和黑帽的定义,我认为应该是:

即可得:

修改代码后进行验证,果然生成了原图像:

opencv: 形态学 转换(图示+源码)

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