图像形态学操作是图像处理中的一种重要技术，主要用于处理二值图像（即黑白图像）。OpenCV 中的图像形态学操作是图像处理中的重要工具，通过腐蚀、膨胀、开运算、闭运算和形态学梯度等操作，可以实现对图像的噪声去除、对象分离、边缘检测等效果。掌握这些操作有助于更好地处理和分析图像数据。
以下是 OpenCV 中常用的形态学操作及其函数：
| 操作 | 函数 | 说明 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| 腐蚀 | cv2.erode() | 用结构元素扫描图像，如果结构元素覆盖的区域全是前景，则保留中心像素。 | 去除噪声、分离物体。 |
| 膨胀 | cv2.dilate() | 用结构元素扫描图像，如果结构元素覆盖的区域存在前景，则保留中心像素。 | 连接断裂的物体、填充空洞。 |
| 开运算 | cv2.morphologyEx() | 先腐蚀后膨胀。 | 去除小物体、平滑物体边界。 |
| 闭运算 | cv2.morphologyEx() | 先膨胀后腐蚀。 | 填充小孔洞、连接邻近物体。 |
| 形态学梯度 | cv2.morphologyEx() | 膨胀图减去腐蚀图。 | 提取物体边缘。 |
| 顶帽运算 | cv2.morphologyEx() | 原图减去开运算结果。 | 提取比背景亮的细小物体。 |
| 黑帽运算 | cv2.morphologyEx() | 闭运算结果减去原图。 | 提取比背景暗的细小物体。 |
1 腐蚀 (cv2.erode())
腐蚀操作是一种缩小图像中前景对象的过程。腐蚀操作通过将结构元素与图像进行卷积，只有当结构元素完全覆盖图像中的前景像素时，中心像素才会被保留，否则会被腐蚀掉，常用于去除噪声或分离连接的对象。
cv2.erode(src, kernel, iterations=1)src: 输入图像，通常是二值图像。kernel: 结构元素，可以自定义或使用cv2.getStructuringElement()生成。iterations: 腐蚀操作的次数，默认为1。
import cv2
import numpy as np# 读取图像
image = cv2.imread('image.jpg', 0)# 定义结构元素
kernel = np.ones((5, 5), np.uint8)# 腐蚀操作
eroded_image = cv2.erode(image, kernel, iterations=1)# 显示结果
cv2.imshow('Eroded Image', eroded_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
2 膨胀 (cv2.dilate())
膨胀操作与腐蚀相反，它是一种扩大图像中前景对象的过程。膨胀操作通过将结构元素与图像进行卷积，只要结构元素与图像中的前景像素有重叠，中心像素就会被保留。常用于填补前景对象中的空洞或连接断裂的对象。
cv2.dilate(src, kernel, iterations=1)src: 输入图像，通常是二值图像。kernel: 结构元素，可以自定义或使用cv2.getStructuringElement()生成。iterations: 膨胀操作的次数，默认为1。
import cv2
import numpy as np# 读取图像
image = cv2.imread('image.jpg', 0)# 定义结构元素
kernel = np.ones((5, 5), np.uint8)# 膨胀操作
dilated_image = cv2.dilate(image, kernel, iterations=1)# 显示结果
cv2.imshow('Dilated Image', dilated_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
3 开运算 (cv2.morphologyEx() with cv2.MORPH_OPEN)
开运算是先腐蚀后膨胀的组合操作。开运算主要用于去除图像中的小噪声或分离连接的对象。
cv2.morphologyEx(src, op, kernel)src: 输入图像，通常是二值图像。op: 形态学操作类型，开运算使用cv2.MORPH_OPEN。kernel: 结构元素，可以自定义或使用cv2.getStructuringElement()生成。
import cv2
import numpy as np# 读取图像
image = cv2.imread('image.jpg', 0)# 定义结构元素
kernel = np.ones((5, 5), np.uint8)# 开运算
opened_image = cv2.morphologyEx(image, cv2.MORPH_OPEN, kernel)# 显示结果
cv2.imshow('Opened Image', opened_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
4 闭运算 (cv2.morphologyEx() with cv2.MORPH_CLOSE)
闭运算是先膨胀后腐蚀的组合操作。闭运算主要用于填补前景对象中的小孔或连接断裂的对象。
cv2.morphologyEx(src, op, kernel)src: 输入图像，通常是二值图像。op: 形态学操作类型，闭运算使用cv2.MORPH_CLOSE。kernel: 结构元素，可以自定义或使用cv2.getStructuringElement()生成。
import cv2
import numpy as np# 读取图像
image = cv2.imread('image.jpg', 0)# 定义结构元素
kernel = np.ones((5, 5), np.uint8)# 闭运算
closed_image = cv2.morphologyEx(image, cv2.MORPH_CLOSE, kernel)# 显示结果
cv2.imshow('Closed Image', closed_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
5 形态学梯度 (cv2.morphologyEx() with cv2.MORPH_GRADIENT)
形态学梯度是膨胀图像与腐蚀图像的差值，主要用于提取图像中前景对象的边缘。
cv2.morphologyEx(src, op, kernel)src: 输入图像，通常是二值图像。op: 形态学操作类型，形态学梯度使用cv2.MORPH_GRADIENT。kernel: 结构元素，可以自定义或使用cv2.getStructuringElement()生成。
import cv2
import numpy as np# 读取图像
image = cv2.imread('image.jpg', 0)# 定义结构元素
kernel = np.ones((5, 5), np.uint8)# 形态学梯度
gradient_image = cv2.morphologyEx(image, cv2.MORPH_GRADIENT, kernel)# 显示结果
cv2.imshow('Gradient Image', gradient_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
