OpenCV-漫水填充cv::floodFill

Posted 2023-01-23 翟天保Steven

作者：翟天保Steven
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函数原型

int floodFill( InputOutputArray image,
               Point seedPoint, Scalar newVal, CV_OUT Rect* rect = 0,
               Scalar loDiff = Scalar(), Scalar upDiff = Scalar(),
               int flags = 4 );
int floodFill( InputOutputArray image, InputOutputArray mask,
               Point seedPoint, Scalar newVal, CV_OUT Rect* rect=0,
               Scalar loDiff = Scalar(), Scalar upDiff = Scalar(),
               int flags = 4 );

参数说明

       floodFill函数有两个原型，第二个相比第一个多了一个掩膜区，以第二个为例介绍各个参数。

1. InputOutputArray类型的image，输入输出图像。
2. InputOutputArray类型的mask，掩膜区，掩膜区非零区域不被填充，且掩膜区的宽高要比输入图像各多两个像素，输入图像中(x,y)位置对应掩膜区(x+1,y+1)位置，掩膜区的具体使用将在下方进行举例演示。
3. Point类型的seedPoint，漫水填充的起点。
4. Scalar类型的newVal，像素点被填充后呈现的颜色。
5. Rect*类型的rect，漫水填充后重绘区域的最小边界矩形区域。
6. Scalar类型的loDiff，当前观测像素与种子像素颜色负差的最大值。通俗地讲，就是观测像素各个通道的值都要比种子像素小，且小的数值要低于loDiff，满足该条件才会被填充。具体使用将在下方进行举例演示。
7. Scalar类型的upDiff，当前观测像素与种子像素颜色正差的最大值。通俗地讲，就是观测像素各个通道的值都要比种子像素大，且大的数值要低于upDiff，满足该条件才会被填充。具体使用将在下方进行举例演示。
8. int类型的flags，操作标识符，是32位二进制数。低八位表示算法连通性，一般取4或者8,4为上下左右，8加上对角四点；高八位可选两种标识符，分别为FLOODFILL_FIXED_RANGE和FLOODFILL_MASK_ONLY，也可以用or（|）组合它们；中八位是填充掩膜的数值，搭配FLOODFILL_MASK_ONLY使用。具体使用将在下方进行举例演示。

漫水填充思想

       漫水填充法是一种常见的图像处理方法，通过选中和种子点相连相近的区域，将其转换为指定颜色，以达到标记或者分离图像的目的，进而完成对图像的一些分析和处理。类似PS中的魔术棒选择工具，点击某个点，自动框选相近的区域。

       思想并不复杂，但在使用floodFill函数的过程中，有许多细节可以进一步研究和分析，大多数人并未深入了解。为此我写下该篇文章，探讨一下OpenCV自带的漫水填充算法的一些细节。如有补充，欢迎评论留言。

loDiff和upDiff

       先看下方代码，loDiff为Scalar(1, 1, 1)，upDiff为Scalar(10, 10, 10)，表示当前观测点的像素X与周围已被填充的像素点数值Y，需满足X-Y<10，且Y-X<1，才被填充。

Mat src = imread("test.jpg");
Rect roi;
int flags = 8;
floodFill(src, Point(src.cols / 2, src.rows / 2), Scalar(255, 0, 255), &roi, Scalar(1, 1, 1), Scalar(10, 10, 10), flags);

       如下图所示，观察数据的填充情况，Y为种子点，X为当前观测点，符合要求，所以被填充了。而旁边几个点都不满足，所以都保持原状。

图1

       再将loDiff为Scalar(10, 10, 10)，upDiff为Scalar(1, 1, 1)，则需满足X-Y<1，且Y-X<10，才被填充。不难发现，8近邻的像素点被填充了好几个，而被填充后的点将作为新的种子点，继续向外探索可被填充的数据。

图2

 

掩膜

       如函数说明要求，掩膜尺寸为原尺寸的宽高再加2，这应该是算法实现过程中卷积的要求，便于计算。在下方代码中，我们定义了掩膜，并将掩膜的(src.rows/2,src.cols/2)的位置设为255，即不进行填充，而该点位对应原图中的(src.rows/2-1,src.cols/2-1)。

Mat src = imread("test.jpg");
Rect roi;
int flags = 8;
Mat mask = Mat::zeros(src.rows + 2,src.cols + 2, CV_8UC1);
mask.at<uchar>(src.rows / 2, src.cols / 2) = 255;
floodFill(src, mask, Point(src.cols / 2, src.rows / 2), Scalar(255, 0, 255), &roi, Scalar(10, 10, 10), Scalar(1, 1, 1), flags);

       除了掩膜，其他参数与图2对应的代码一致，让我们看看加了一个掩膜点后，填充的效果图。

图3

       与图2相比，中心种子点左上角，32 90 102像素点未被填充，除此之外，左上方原本应该被填充的许多像素也未被填充，说明掩膜作用在填充过程中。换句话说，当某个点受掩膜限制未被填充后，再外圈的点也将不以其为种子点进行分析。这也表明，掩膜可以为漫水填充提供方向的引导，即指挥填充的路线。

 

操作标识符

       从简单的开始说，低八位表示连通性，只需让flags=4或者8即可。若为4，则低八位的二进制数为00000100；若为8，则低八位的二进制数为00001000。其效果分别如下所示。

图4 原图

图5 4连通

图6 8连通

       这应该还是比较好理解的。

       接下来让flags变为如下形式，表示8或FLOODFILL_FIXED_RANGE。如图7所示，该值等于1<<16，即1左移16位，则是32位的二进制数00000001 00000000 00000000，该值也是65536,2的16次方。那8|FLOODFILL_FIXED_RANGE，就表示00000001 00000000 00001000。这表示漫水填充不仅要用8连通，还要用固定范围的分析。

       默认情况下，填充过程的参考种子是邻近的点，也就是用于判断是否进行填充的那个范围是动态波动的。但在FLOODFILL_FIXED_RANGE标识下，参考种子是固定的，也就是开始标记的那个点，那用于判断是否填充的范围也就变成固定的了，即起始标记点像素值的上下限制范围。

int flags = 8 | FLOODFILL_FIXED_RANGE;

图7 枚举

       如果你理解了上面的描述，那不难理解，在FLOODFILL_FIXED_RANGE标识下，填充效果将大打折扣，毕竟邻近点作为种子，更容易符合要求些。效果如图8所示。

图8 FLOODFILL_FIXED_RANGE效果图

       FLOODFILL_MASK_ONLY同理，二进制数为00000010 00000000 00000000，左移17位，如果和FLOODFILL_FIXED_RANGE取或，则为00000011 00000000 00000000。顾名思义，FLOODFILL_MASK_ONLY表示，不对原图做改动，即重绘操作，而是在掩膜上进行标记，标记的数值由32位二进制数的中间八位决定，如果要用255来标记，则如下写法。

int flags = 8 | FLOODFILL_FIXED_RANGE | FLOODFILL_MASK_ONLY | (255 << 8);

       上述写法让255的值左移8位，相当于把11111111移动到中间8位上，那完整的二进制就是00000011 11111111 00001000，该值也就是flags的值，取整是261896。对应的效果如8所示，原图不受影响，掩膜上做出标记。

图9 掩膜标记

       以上就是本篇文章所讲漫水填充的完整内容了，希望能给你带来一点帮助。

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