feat: init OpenCV C++ training course with 8 experiments and detailed tutorial

exp6_morphology/CMakeLists.txt

@@ -0,0 +1,9 @@
+# 实验 6：形态学操作：腐蚀与膨胀 - CMake 构建配置
+cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
+project(exp6_morphology)
+set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
+set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
+find_package(OpenCV REQUIRED)
+add_executable(exp6 main.cpp)
+target_link_libraries(exp6 ${OpenCV_LIBS})
+include_directories(${OpenCV_INCLUDE_DIRS})

exp6_morphology/main.cpp

@@ -0,0 +1,182 @@
+/*
+ * ============================================================
+ * 实验 6：形态学操作 —— 腐蚀 (Erode) 与膨胀 (Dilate)
+ * 知识点：cv::erode、cv::dilate、cv::getStructuringElement
+ * ============================================================
+ *
+ * 【实验目标】
+ *   1. 理解"腐蚀"和"膨胀"对二值图像的作用
+ *   2. 了解"开运算"和"闭运算"的组合效果
+ *   3. 掌握结构元素 (kernel) 的概念
+ *
+ * 【生活化比喻】
+ *   腐蚀 (Erosion)：
+ *   想象沙滩上写着一些字，涨潮时海水冲上来，把字的边缘"吃掉"一圈
+ *   → 白色区域被"侵蚀"，变小了、断开了、甚至消失了
+ *   → 作用：消除小白点噪声、断开粘连的物体
+ *
+ *   膨胀 (Dilation)：
+ *   想象给一栋房子外围再砌一圈围墙，房子"胖了"
+ *   → 白色区域被"扩张"，变大了、连在一起了
+ *   → 作用：填充小黑洞、连接断裂的物体
+ *
+ *   开运算 (Opening) = 先腐蚀，再膨胀：
+ *   想象洗菜时，先让虫子被水"冲掉"（腐蚀），
+ *   然后蔬菜可能会缩一点，再"泡水"让它恢复原大小（膨胀）
+ *   → 去掉小白点噪声，同时保持物体大小基本不变
+ *
+ *   闭运算 (Closing) = 先膨胀，再腐蚀：
+ *   想象一件有破洞的衣服，先"拉伸"布料让洞缩小（膨胀），
+ *   再"熨平"恢复形状（腐蚀）
+ *   → 填充物体内部的黑色小洞，同时保持物体大小基本不变
+ *
+ *   结构元素 (Structuring Element / Kernel)：
+ *   腐蚀和膨胀不是乱"吃"乱"胀"的，而是用一个模板来做的
+ *   这个模板就是"结构元素"，它决定了"腐蚀/膨胀的形状和范围"
+ *   - 矩形结构元素 (MORPH_RECT)：像盖章一样方方正正
+ *   - 椭圆形结构元素 (MORPH_ELLIPSE)：圆形范围
+ *   - 十字形结构元素 (MORPH_CROSS)：只影响上下左右
+ *
+ * 【函数详解】
+ *   cv::erode(src, dst, kernel, anchor, iterations)
+ *   cv::dilate(src, dst, kernel, anchor, iterations)
+ *
+ *   src        ：输入图像（通常是二值图）
+ *   dst        ：输出图像
+ *   kernel     ：结构元素，用 cv::getStructuringElement() 创建
+ *   anchor     ：锚点位置，默认是核的中心 (-1,-1)
+ *   iterations ：操作重复次数（相当于执行几次腐蚀/膨胀）
+ *
+ *   cv::getStructuringElement(shape, ksize)
+ *   shape ：MORPH_RECT（矩形）、MORPH_ELLIPSE（椭圆）、MORPH_CROSS（十字）
+ *   ksize ：核大小，如 cv::Size(5,5)
+ */
+
+#include <opencv2/opencv.hpp>
+#include <iostream>
+
+int main()
+{
+    // ==========================================
+    // 第一部分：生成一张带噪声的二值测试图
+    // ==========================================
+    std::cout << "[步骤 1] 正在生成二值测试图片..." << std::endl;
+
+    // 创建黑色背景
+    cv::Mat binary(300, 500, CV_8UC1, cv::Scalar(0));
+
+    // 画一个大的白色矩形（作为"主体目标"）
+    cv::rectangle(binary, cv::Point(80, 60), cv::Point(420, 240),
+                  cv::Scalar(255), -1);  // 白色填充矩形
+
+    // 在矩形内部打几个孔（黑色小圆，模拟"目标内部的空洞"）
+    cv::circle(binary, cv::Point(180, 150), 20, cv::Scalar(0), -1);  // 内部孔洞 1
+    cv::circle(binary, cv::Point(320, 150), 20, cv::Scalar(0), -1);  // 内部孔洞 2
+
+    // 在背景中撒一些白色噪点（模拟"背景中的噪声"）
+    // 这些小白点不是我们想要的目标，它们应该被腐蚀"消除"
+    for (int i = 0; i < 50; i++)
+    {
+        int x = rand() % 500;
+        int y = rand() % 300;
+        cv::circle(binary, cv::Point(x, y), 3, cv::Scalar(255), -1);
+    }
+
+    cv::imwrite("binary.jpg", binary);
+    std::cout << "  -> 原始二值图已保存为 binary.jpg" << std::endl;
+    std::cout << "     （白色矩形为主体，内部有小黑洞，背景有白色噪点）" << std::endl;
+
+    // ==========================================
+    // 第二部分：创建结构元素
+    // ==========================================
+    // 结构元素的大小会影响腐蚀/膨胀的效果范围
+    // 核越大，每次操作影响的范围越大
+    // 这里使用 5×5 的矩形核作为演示
+    cv::Mat kernel = cv::getStructuringElement(cv::MORPH_RECT, cv::Size(5, 5));
+    // 你也试试换成椭圆形核：
+    // cv::Mat kernel = cv::getStructuringElement(cv::MORPH_ELLIPSE, cv::Size(5,5));
+
+    // ==========================================
+    // 第三部分：腐蚀操作
+    // ==========================================
+    std::cout << "[步骤 2] 执行腐蚀操作 (Erosion)..." << std::endl;
+
+    cv::Mat eroded;
+    cv::erode(binary, eroded, kernel);
+    // 效果预期：
+    //   - 白色矩形整体"瘦"了一圈（边缘被腐蚀）
+    //   - 背景上的白色小噪点可能被完全消除（因为它们太小了）
+    //   - 矩形内部的黑洞变大了（因为黑洞周围的白色被腐蚀了）
+    cv::imwrite("eroded.jpg", eroded);
+    std::cout << "  -> 已保存为 eroded.jpg（白色区域变小，噪点可能消失）" << std::endl;
+
+    // ==========================================
+    // 第四部分：膨胀操作
+    // ==========================================
+    std::cout << "[步骤 3] 执行膨胀操作 (Dilation)..." << std::endl;
+
+    cv::Mat dilated;
+    cv::dilate(binary, dilated, kernel);
+    // 效果预期：
+    //   - 白色矩形整体"胖"了一圈（边缘被扩张）
+    //   - 背景上的白色小噪点也变大了
+    //   - 矩形内部的黑洞变小了（因为黑洞外围的白色膨胀进来）
+    cv::imwrite("dilated.jpg", dilated);
+    std::cout << "  -> 已保存为 dilated.jpg（白色区域变大，内部黑洞变小）" << std::endl;
+
+    // ==========================================
+    // 第五部分：开运算（先腐蚀再膨胀）
+    // ==========================================
+    std::cout << "[步骤 4] 执行开运算 (Opening = 腐蚀 + 膨胀)..." << std::endl;
+
+    // 开运算没有单独的函数，需要手动组合两个步骤
+    cv::Mat opened;
+    cv::erode(binary, opened, kernel);   // 第一步：腐蚀
+    cv::dilate(opened, opened, kernel);  // 第二步：在原结果上膨胀
+    // 效果预期：
+    //   - 白色的噪点被腐蚀消灭了 → 膨胀也无法复原 → 噪点彻底消失
+    //   - 矩形主体的边缘先瘦再胖，大小基本恢复原样
+    //   - 但是内部的黑洞变大了（因为腐蚀扩大了黑洞）
+    cv::imwrite("opened.jpg", opened);
+    std::cout << "  -> 已保存为 opened.jpg（去掉了噪音，但内部黑洞变大了）" << std::endl;
+
+    // ==========================================
+    // 第六部分：闭运算（先膨胀再腐蚀）
+    // ==========================================
+    std::cout << "[步骤 5] 执行闭运算 (Closing = 膨胀 + 腐蚀)..." << std::endl;
+
+    cv::Mat closed;
+    cv::dilate(binary, closed, kernel);  // 第一步：膨胀
+    cv::erode(closed, closed, kernel);   // 第二步：在原结果上腐蚀
+    // 效果预期：
+    //   - 矩形内部的黑洞被膨胀填上了 → 腐蚀后也不会再出现 → 黑洞消失！
+    //   - 背景上的白色噪点膨胀变大 → 无法被腐蚀消除 → 噪点反而更大了
+    //   - 矩形主体的边缘先胖再瘦，大小基本恢复原样
+    cv::imwrite("closed.jpg", closed);
+    std::cout << "  -> 已保存为 closed.jpg（填充了内部黑洞，但背景噪点变大了）" << std::endl;
+
+    // ==========================================
+    // 第七部分：多次形态学操作
+    // ==========================================
+    std::cout << "[步骤 6] 执行多次腐蚀 (iterations=3)..." << std::endl;
+
+    cv::Mat eroded_multi;
+    // iterations=3 表示连续执行 3 次腐蚀
+    // 等价于手动写三次 cv::erode(..., eroded_multi, kernel)
+    // 每腐蚀一次，白色区域就缩小一圈
+    cv::erode(binary, eroded_multi, kernel, cv::Point(-1, -1), 3);
+    cv::imwrite("eroded_x3.jpg", eroded_multi);
+    std::cout << "  -> 已保存为 eroded_x3.jpg（腐蚀 3 次，白色区域大幅缩小）" << std::endl;
+
+    // 总结
+    std::cout << std::endl;
+    std::cout << "===== 实验 6 完成 =====" << std::endl;
+    std::cout << "你学会了：" << std::endl;
+    std::cout << "  1. 腐蚀：白色区域缩小，可以去噪点" << std::endl;
+    std::cout << "  2. 膨胀：白色区域扩大，可以填黑洞" << std::endl;
+    std::cout << "  3. 开运算：去噪点但大体保持目标大小" << std::endl;
+    std::cout << "  4. 闭运算：填空洞但大体保持目标大小" << std::endl;
+    std::cout << "  5. 结构元素决定了操作的形状和范围" << std::endl;
+
+    return 0;
+}