#include <imgproc.hpp>
#include <highgui.hpp>
#include <iostream>
#include <cmath>
#include "windows.h"

cv::Mat img = cv::imread("X:/Visual Studio/Images/clintsmall.jpg");

void bin_er (const cv::Mat& input_img, cv::Mat& output_img) {
    output_img = input_img.clone();
    for (int i = 1; i < input_img.rows - 1; i++)
        for (int j = 1; j < input_img.cols - 1; j++) {
            int cnt = 0;
            for (int ii = -1; ii <= 1; ii++)
                for (int jj = -1; jj <= 1; jj++) {
                    if (input_img.at<uchar>(i - ii, j - jj) == 0)
                        cnt++;
                }
            if (cnt > 0)
                output_img.at<uchar>(i, j) = 0;
        }
}

void bin_dil (const cv::Mat& input_img, cv::Mat& output_img) {
    output_img = input_img.clone();
    for (int i = 1; i < input_img.rows - 1; i++)
        for (int j = 1; j < input_img.cols - 1; j++) {
            int cnt = 0;
            for (int ii = -1; ii <= 1; ii++)
                for (int jj = -1; jj <= 1; jj++) {
                    if (input_img.at<uchar>(i - ii, j - jj) == 255)
                        cnt++;
                }
            if (cnt > 0)
                output_img.at<uchar>(i, j) = 255;
        }
}

void ht_er (const cv::Mat& input_img, cv::Mat& output_img) {
    output_img = cv::Mat::zeros(input_img.size(), CV_8U);
    for (int i = 1; i < input_img.rows - 1; i++)
        for (int j = 1; j < input_img.cols - 1; j++) {
            float min = 255;
            uchar pix_value = input_img.at<uchar>(i, j);
            for (int ii = -1; ii <= 1; ii++)
                for (int jj = -1; jj <= 1; jj++) {
                    uchar Y = input_img.at<uchar>(i - ii, j - jj);
                    if (Y < min) min = Y;
                }
            output_img.at<uchar>(i, j) = min;
        }
}

void ht_dil (const cv::Mat& input_img, cv::Mat& output_img) {
    output_img = cv::Mat::zeros(input_img.size(), CV_8U);
    for (int i = 1; i < input_img.rows - 1; i++)
        for (int j = 1; j < input_img.cols - 1; j++) {
            float max = 0;
            uchar pix_value = input_img.at<uchar>(i, j);
            for (int ii = -1; ii <= 1; ii++)
                for (int jj = -1; jj <= 1; jj++) {
                    uchar Y = input_img.at<uchar>(i - ii, j - jj);
                    if (Y > max) max = Y;
                }
            output_img.at<uchar>(i, j) = max;
        }
}

void fcontour(const cv::Mat& input_img, cv::Mat& output_img, int n) {
    int cycle = 0;
    output_img = cv::Mat::zeros(input_img.size(), CV_8U);
    cv::Mat prep = input_img.clone();
    while (cycle < n) {
        for (int i = 1; i < prep.rows - 1; i++)
            for (int j = 1; j < prep.cols - 1; j++) {
                float min = 255;
                uchar pix_value = prep.at<uchar>(i, j);
                for (int ii = -1; ii <= 1; ii++)
                    for (int jj = -1; jj <= 1; jj++) {
                        uchar Y = prep.at<uchar>(i - ii, j - jj);
                        if (Y < min) min = Y;
                    }
                output_img.at<uchar>(i, j) = min;
            }
        prep = output_img.clone();
        cycle++;
    }
    cv::subtract(input_img, prep, output_img);
}

void fcontoursym(const cv::Mat& input_img, cv::Mat& output_img, int n) {
    int cycle = 0;
    cv::Mat res_1 = cv::Mat::zeros(input_img.size(), CV_8U);
    cv::Mat prep1 = input_img.clone();

    while (cycle < n) {
        for (int i = 1; i < prep1.rows - 1; i++)
            for (int j = 1; j < prep1.cols - 1; j++) {
                float min = 255;
                uchar pix_value = prep1.at<uchar>(i, j);
                for (int ii = -1; ii <= 1; ii++)
                    for (int jj = -1; jj <= 1; jj++) {
                        uchar Y = prep1.at<uchar>(i - ii, j - jj);
                        if (Y < min) min = Y;
                    }
                res_1.at<uchar>(i, j) = min;
            }
        prep1 = res_1.clone();
        cycle++;
    }

    cycle = 0;
    cv::Mat res_2 = cv::Mat::zeros(input_img.size(), CV_8U);
    cv::Mat prep2 = input_img.clone();

    while (cycle < n) {
        for (int i = 1; i < prep2.rows - 1; i++)
            for (int j = 1; j < prep2.cols - 1; j++) {
                float max = 0;
                uchar pix_value = prep2.at<uchar>(i, j);
                for (int ii = -1; ii <= 1; ii++)
                    for (int jj = -1; jj <= 1; jj++) {
                        uchar Y = prep2.at<uchar>(i - ii, j - jj);
                        if (Y > max) max = Y;
                    }
                res_2.at<uchar>(i, j) = max;
            }
        prep2 = res_2.clone();
        cycle++;
    }

    cv::subtract(prep2, prep1, output_img);
}

void morph(const cv::Mat& input_img, cv::Mat output_img) {
    cv::Mat prep1 = cv::Mat::zeros(input_img.size(), CV_8U);
    for (int i = 1; i < input_img.cols - 1; i++)
        for (int j = 1; j < input_img.rows - 1; j++) {
            float max = 0;
            float min = 255;
            for (int ii = -1; ii <= 1; ii++)
                for (int jj = -1; jj <= 1; jj++) {
                    uchar Y_min = input_img.at<uchar>(j + jj, i + ii);
                    uchar Y_max = input_img.at<uchar>(j + jj, i + ii);

                    if (Y_max > max)
                        max = Y_max;

                    if (Y_min < min)
                        min = Y_min;
                }
            prep1.at<uchar>(j, i) = (max - min);
        }

    cv::Mat prep2 = cv::Mat::zeros(input_img.size(), CV_8U);
    for (int i = 2; i < input_img.cols - 2; i++)
        for (int j = 2; j < input_img.rows - 2; j++) {
            float max = 0;
            float min = 255;
            for (int ii = -2; ii <= 2; ii++)
                for (int jj = -2; jj <= 2; jj++) {
                    uchar Y_min = input_img.at<uchar>(j + jj, i + ii);
                    uchar Y_max = input_img.at<uchar>(j + jj, i + ii);

                    if (Y_max > max)
                        max = Y_max;

                    if (Y_min < min)
                        min = Y_min;
                }
            prep2.at<uchar>(j, i) = (max - min);
        }
    cv::Mat prep21 = cv::Mat::zeros(prep2.size(), CV_8U);
    for (int i = 1; i < prep2.cols - 1; i++)
        for (int j = 1; j < prep2.rows - 1; j++) {
            float min = 255;
            for (int ii = -1; ii <= 1; ii++)
                for (int jj = -1; jj <= 1; jj++) {
                    uchar Y = prep2.at<uchar>(j + jj, i + ii);
                    if (Y < min)
                        min = Y;
                }
            prep21.at<uchar>(j, i) = min;
        }

    cv::Mat prep3 = cv::Mat::zeros(input_img.size(), CV_8U);
    for (int i = 3; i < input_img.cols - 3; i++)
        for (int j = 3; j < input_img.rows - 3; j++) {
            float max = 0;
            float min = 255;
            for (int ii = -3; ii <= 3; ii++)
                for (int jj = -3; jj <= 3; jj++) {
                    uchar Y_min = input_img.at<uchar>(j + jj, i + ii);
                    uchar Y_max = input_img.at<uchar>(j + jj, i + ii);

                    if (Y_max > max)
                        max = Y_max;

                    if (Y_min < min)
                        min = Y_min;
                }
            prep3.at<uchar>(j, i) = (max - min);
        }

    cv::Mat prep31 = cv::Mat::zeros(prep3.size(), CV_8U);
    for (int i = 2; i < prep3.cols - 2; i++)
        for (int j = 2; j < prep3.rows - 2; j++) {
            float min = 255;
            for (int ii = -2; ii <= 2; ii++)
                for (int jj = -2; jj <= 2; jj++) {
                    uchar Y = prep3.at<uchar>(j + jj, i + ii);
                    if (Y < min)
                        min = Y;
                }
            prep31.at<uchar>(j, i) = min;
        }

    cv::Mat prep1f;
    prep1.convertTo(prep1f, CV_64F);
    cv::Mat prep2f;
    prep21.convertTo(prep2f, CV_64F);
    cv::Mat prep3f;
    prep31.convertTo(prep3f, CV_64F);
    cv::Mat SUM;
    SUM = prep1f + prep2f + prep3f;
    SUM = SUM / 3;
    SUM.convertTo(output_img, CV_8U);
}

int main() {
    cv::Mat htimg = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);
    cv::Mat binimg = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);

    cv::Mat bineroded = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);
    cv::Mat bindilated = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);
    cv::Mat binopened = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);
    cv::Mat binclosed = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);

    cv::Mat hteroded = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);
    cv::Mat htdilated = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);
    cv::Mat htopened = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);
    cv::Mat htclosed = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);
    cv::Mat htcontours = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);
    cv::Mat htcontourssym = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);
    cv::Mat htmorphed = cv::Mat::zeros(img.size(), CV_8UC1);

    int N = 3;

    for (int i = 0; i < img.rows; i++)
        for (int j = 0; j < img.cols; j++) {
            htimg.at<uchar>(i, j) = 0.11 * img.at<cv::Vec3b>(i, j)[0] + 0.53 * img.at<cv::Vec3b>(i, j)[1] + 0.36 * img.at<cv::Vec3b>(i, j)[2];
        }

    cv::imshow ("Полутоновое изображение", htimg);

    for (int i = 0; i < binimg.rows; i++)
        for (int j = 0; j < binimg.cols; j++) {
            if (htimg.at<uchar>(i, j) > 125)
                binimg.at<uchar>(i, j) = 255;
            else binimg.at<uchar>(i, j) = 0;
        }

    cv::imshow("Бинарное изображение", binimg);
    cv::waitKey();

    fcontour(htimg, htcontours, N);
    cv::imshow("Поиск контуров", htcontours);
    cv::waitKey();

    fcontoursym(htimg, htcontourssym, N);
    cv::imshow("Блатной поиск контуров", htcontourssym);
    cv::waitKey();

    morph(htimg, htmorphed);
    cv::imshow("Масштабный морфологический градиент", htmorphed);
    cv::waitKey();

    bin_er(binimg, bineroded);
    cv::imshow("Бинарная эрозия", bineroded);
    cv::waitKey();

    bin_dil(binimg, bindilated);
    cv::imshow("Бинарная дилатация", bindilated);
    cv::waitKey();

    bin_dil(bineroded, binopened);
    cv::imshow("Бинарное открытие", binopened);
    cv::waitKey();

    bin_er(bindilated, binclosed);
    cv::imshow("Бинарное закрытие", binclosed);
    cv::waitKey();
    cv::destroyAllWindows();

    ht_er(htimg, hteroded);
    cv::imshow("Полутоновая эрозия", hteroded);
    cv::waitKey();

    ht_dil(htimg, htdilated);
    cv::imshow("Полутоновая дилатация", htdilated);
    cv::waitKey();

    ht_dil(hteroded, htopened);
    cv::imshow("Полутоновое открытие", htopened);
    cv::waitKey();

    ht_er(htdilated, htclosed);
    cv::imshow("Полутоновое закрытие", htclosed);
    cv::waitKey();

    return 0;
}