什么是形態(tài)學(xué)

要了解腐蝕之前，我們需要了解一個(gè)概念：形態(tài)學(xué)。

形態(tài)學(xué)，又名數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)（Mathematical Morphology），是圖像處理過程中一個(gè)非常重要的研究方向。形態(tài)學(xué)主要從圖像內(nèi)提取分量信息，該分量信息通常對于表達(dá)和描繪圖像的形狀具有重要的意義，通常是圖像理解時(shí)所使用的最本質(zhì)的形狀特征。

例如，在識別手寫數(shù)字時(shí)，能夠通過形態(tài)學(xué)運(yùn)算得到其骨架信息，在具體的識別時(shí)，僅針對其骨架進(jìn)行運(yùn)算即可。形態(tài)學(xué)處理在視覺檢測，文字識別，醫(yī)學(xué)圖像處理，圖像壓縮編碼等領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用。

形態(tài)學(xué)操作主要包含：腐蝕，膨脹，開運(yùn)算，閉運(yùn)算，形態(tài)學(xué)梯度運(yùn)算，頂帽運(yùn)算，黑帽運(yùn)算等操作。腐蝕操作與膨脹操作是形態(tài)學(xué)的運(yùn)算基礎(chǔ)，將腐蝕與膨脹結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)開運(yùn)算，閉運(yùn)算，形態(tài)學(xué)梯度等不同形式的運(yùn)算。

所以本篇博文將重點(diǎn)講解腐蝕與膨脹。

腐蝕

腐蝕是最基本的形態(tài)學(xué)操作之一，它能夠?qū)D像的邊界點(diǎn)消除，使圖像沿著邊界向內(nèi)收縮，也可以將小于指定結(jié)構(gòu)體元素的部分去除。腐蝕主要用來“收縮”或者“細(xì)化”二值圖像中的前景，借此實(shí)現(xiàn)去噪聲，元素分割等功能。

在腐蝕的過程中，通常使用一個(gè)結(jié)構(gòu)元來逐個(gè)像素地掃描要被腐蝕的圖像，并根據(jù)結(jié)構(gòu)元和被腐蝕的圖像的關(guān)系來確定腐蝕結(jié)果。

首先，我們來看一張腐蝕處理圖：

（1）表示要被腐蝕的圖像

（2）結(jié)構(gòu)元

（3）橙色數(shù)字是結(jié)構(gòu)元在遍歷圖像時(shí)，結(jié)構(gòu)元完全位于前景對象內(nèi)部時(shí)的3個(gè)全部可能的位置；此時(shí)，結(jié)構(gòu)元分別位于img[2,1]，img[2,2]，img[2,3]處。

（4）腐蝕結(jié)果result，即在結(jié)構(gòu)元完全位于前景圖像中時(shí)，將其中心點(diǎn)所對應(yīng)的result中的像素點(diǎn)的值置為1；當(dāng)結(jié)構(gòu)元不完全位于前景圖像中時(shí)，將其中心點(diǎn)對應(yīng)的result中的像素點(diǎn)置為0。（按位與）

在OpenCV中，使用函數(shù)cv2.erode()實(shí)現(xiàn)腐蝕操作，其完整定義如下：

def erode(src, kernel, dst=None, anchor=None, iterations=None, borderType=None, borderValue=None):

src：原始圖像

kernel：結(jié)構(gòu)元，可以自定義，也可以通過函數(shù)cv2.getStructuringElement()生成

iterations：腐蝕操作迭代的次數(shù)，默認(rèn)為1，即只進(jìn)行一次操作

至于其他參數(shù)以及取值，前面博文都有介紹，這里不在贅述。

下面，我們使用該函數(shù)來測試一下腐蝕的操作：

import cv2
import numpy as np

img = cv2.imread("8.jpg",cv2.IMREAD_UNCHANGED)
kernel = np.ones((9,9), np.float32)
result = cv2.erode(img,kernel)
cv2.imshow("img", img)
cv2.imshow("result", result)
cv2.waitKey()
cv2.destroyAllWindows()

運(yùn)行之后，我們得到的效果對比圖如下：

可以看到，腐蝕操作將原始圖像內(nèi)的毛刺給腐蝕掉了，如果想腐蝕的更嚴(yán)重，可以設(shè)置iterations參數(shù)的值。

膨脹

膨脹與腐蝕正好相反，膨脹能對圖像的邊界進(jìn)行擴(kuò)張。膨脹操作將與當(dāng)前的對象（前景）接觸到的背景點(diǎn)合并到當(dāng)前對象內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)將圖像邊界點(diǎn)向外擴(kuò)張。如果圖像內(nèi)的兩個(gè)對象距離較近，可能在膨脹后連接到一起。

膨脹操作對填補(bǔ)圖像分割后圖像內(nèi)所存在的空白相當(dāng)有幫助。同樣的，膨脹也需要一個(gè)結(jié)構(gòu)元進(jìn)行操作。下面，我們還是用矩陣來講解膨脹的原理。

（1）待膨脹的原圖

（2）結(jié)構(gòu)元

（3）橙色部分是結(jié)構(gòu)元遍歷原圖時(shí)，結(jié)構(gòu)元中心像素點(diǎn)位于[1,1]，img[3,3]時(shí)，與前景色存在重合像素點(diǎn)的兩種情況，實(shí)際上共有9個(gè)這樣的與前景對象重合的可能位置。結(jié)構(gòu)元中心分別位于img[1,1]，img[1,2]，img[1,3]，img[2,1]，img[2,2]，img[2,3]，img[3,1]，img[3,2]，img[3,3]。

（4）膨脹后的結(jié)果圖像result，在結(jié)構(gòu)元內(nèi)，當(dāng)任意一個(gè)像素點(diǎn)與前景對象重合時(shí)，其中心點(diǎn)所對應(yīng)的膨脹結(jié)果圖像內(nèi)的像素點(diǎn)的值為1；當(dāng)結(jié)構(gòu)元與前景對象完全無重合時(shí)，其中心點(diǎn)對應(yīng)的膨脹結(jié)果圖像內(nèi)像素點(diǎn)的值為0。（按位或）

在OpenCV中，它給我們提供cv2.dilate()實(shí)現(xiàn)對圖像的膨脹操作。其完整定義如下：

def dilate(src, kernel, dst=None, anchor=None, iterations=None, borderType=None, borderValue=None): 

src：原始圖像

kernel：結(jié)構(gòu)元

其他參數(shù)與前文一致，不在贅述。下面，我們使用該函數(shù)測試膨脹的效果，具體代碼如下所示：

import cv2
import numpy as np

img = cv2.imread("8.jpg",cv2.IMREAD_UNCHANGED)
kernel = np.ones((9,9), np.float32)
result = cv2.dilate(img,kernel)
cv2.imshow("img", img)
cv2.imshow("result", result)
cv2.waitKey()
cv2.destroyAllWindows()

運(yùn)行之后，效果如下所示：

可以看到，圖像的頭像膨脹之后與身體連接到了一起，同時(shí)旁邊的線條也被加粗。如果想膨脹的更嚴(yán)重，可以修改iterations參數(shù)的值。

到此這篇關(guān)于OpenCV-Python實(shí)現(xiàn)腐蝕與膨脹的實(shí)例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)OpenCV 腐蝕與膨脹內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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