Ao que parece, a função `imshow()` apenas mostras imagens no formato CV_8U. Então foi necessário alterar os parâmetros da função `normalize()`, ficando assim:

    normalize(dist, dist, 0, 255.0, NORM_MINMAX, CV_8U);

No restante o algoritmo watershed funciona muito bem, porém é necessário tomar cuidado com esses detalhes: CV_8U, CV_32S, etc.