CV进阶操作【6】——图像结构之连通域和距离变换(Faster
编程环境：
VS + OpenCV + C++
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内容概述
1、连通域
• 实现图像的快速连通域算法，可以提取出图像中的连通域，并将不同连通域用不同颜色显示。
• 对一个二值图像，删除较小的前景区域，只保留最大的一个。
2、距离变换
• 了解OpenCV的距离变换函数distanceTransform，使用合适的测试图像进行测试，并将距离场可视化输出。
一、快速连通域算法的实现
首先对于输入的源图像只进行一遍扫描，采用如图的四领域结构来判断连通域，采用一个vector容器来存储对图像连通域的标记信息，其中对于二值图像，黑色为背景像素（0），白色为前景像素（255），对前景像素进行标记label，后景都标记为-1。
扫描时，利用一次扫描+合并等价类实现，采用顺序扫描，从左到右，对于中间的像素有四种情况分别处理如下：
image.png
具体相关代码如下：
//余下rows-1行
for (int i = 1; i < inputImage.rows; i++)
{
const uchar* lastrowData = inputImage.ptr<uchar>(i-1);//上一行的行指针
const uchar* rowData = inputImage.ptr<uchar>(i);//本行的行指针
if(rowData[0]==0)
labelImg.push_back(-1);
else {
if ( 1 == lastrowData[0])
labelImg.push_back(labelImg[(i-1)*cols]);
else {
count++;
labelImg.push_back(++labelNum);
}
}
for (int j = 1; j < cols; j++)
{
int a = labelImg[(i - 1)*cols + j];
int b = labelImg[i*cols + j - 1];
if (rowData[j] == 0)
labelImg.push_back(-1);
else {
if (0 == rowData[j - 1] && 0 == lastrowData[j]) {
count++;
labelImg.push_back(++labelNum);
}
else if (1 == rowData[j - 1] && 0 == lastrowData[j])
labelImg.push_back(b);
else if (0== rowData[j - 1] && 1 == lastrowData[j])
labelImg.push_back(a);
else {
if (a != b) {
for (size_t k = 0; k < labelImg.size(); k++)
{
if (labelImg[k] == b)
labelImg[k] = a;
}
labelImg.push_back(a);
count--;
}
else {
labelImg.push_back(a);
}
}
}
}
}
对于得到的标记向量，连通域将会被标记为同样的数字，vector的大小将等于图片的像素值。提取后对于大于0标记的像素赋为红色如图：
image.png
二、对不同的连通于进行着色
先创建三通道的目标显示图像，而后根据标记值赋予不同的颜色，如下所示：
void bepaint(const Mat& simg,Mat& dimg, vector<int>& labelImg) {
int rows = simg.rows;
int cols = simg.cols;
dimg.release();
dimg.create(rows, cols, CV_8UC3);
dimg = Scalar::all(0);
for (int i = 0; i < rows; i++) {
for (int j = 0; j < cols; j++) {
int x = labelImg[i*cols + j];
if (x == -1) {
dimg.at<Vec3b>(i, j)[0] = 255;
dimg.at<Vec3b>(i, j)[1] = 255;
dimg.at<Vec3b>(i, j)[2] = 255;
}
else{
dimg.at<Vec3b>(i, j)[0] = (x*x*x*x) % 255;
dimg.at<Vec3b>(i, j)[1] = (x*x*x) % 255;
dimg.at<Vec3b>(i, j)[2] = (x*x) % 255;
}
}
}
}
效果如下：
image.png
image.png
三、删除较小的前景区域，保留最大连通域
对于一遍扫描后可以得到的标签数目（连通域的个数），可以动态的建立label结构体数组，对每个连通域的像素点个数进行遍历统计，最后得到最大的连通域，进行显示如下：
image.png
四、距离变换函数
功能：用来计算原图像中距离变换图像；
void distanceTransform( InputArray src, OutputArray dst,OutputArray labels,int distanceType,int maskSize,int labelType=DIST_LABEL_CCOMP );
函数说明：
用于计算图像中每一个非零点像素与其最近的零点像素之间的距离，输出的是保存每一个非零点与最近零点的距离信息；图像上越亮的点，代表了离零点的距离越远。
参数：
src 是单通道的8bit的二值图像（只有0或1）
dst 表示的是计算距离的输出图像，可以使单通道32bit浮点数据
distanceType 表示的是选取距离的类型，可以设置为CV_DIST_L1,CV_DIST_L2,CV_DIST_C等，具体如下：
DIST_L1 = 1, //!< distance = |x1-x2| + |y1-y2|
DIST_L2 = 2, //!< the simple euclidean distance
DIST_C = 3, //!< distance = max(|x1-x2|,|y1-y2|)
DIST_L12 = 4, //!< L1-L2 metric: distance =2(sqrt(1+x*x/2) - 1))
DIST_FAIR = 5, //!< distance = c^2(|x|/c-log(1+|x|/c)),c = 1.3998
DIST_WELSCH = 6, //!< distance = c2/2(1-exp(-(x/c)2)), c= 2.9846
DIST_HUBER = 7 //!< distance = |x|<c ? x^2/2 :c(|x|-c/2), c=1.345
maskSize表示的是距离变换的掩膜模板，可以设置为3，5或CV_DIST_MASK_PRECISE，对 CV_DIST_L1 或CV_DIST_C 的情况，参数值被强制设定为 3, 因为3×3 mask 给出5×5 mask 一样的结果，而且速度还更快。
labels 表示可选输出2维数组；
labelType 表示的是输出二维数组的类型；
先利用高斯滤波和threshold函数对原图进行优化和阈值化（二值化）处理得到输入图像，而后调用 distanceTransform函数得到距离场图像显示如下：
image.png
image.png
image.png
利用距离场图像可以用来细化轮廓和查找物体质心，如下：
image.png
image.png
image.png
image.png
