halcon/c++接口基础 之 HALCON图像变量类

在HALCON/C++中，HObject是一个基类，可以表示图像变量。另外还有三种类继承自HObject.

• Class HImage 处理图像
• Class HRegion 处理区域
• Class HXLD 处理多边形

Regions

一个region是图像平面坐标点的集合。这样一个区域不需要被连通，而且可能还有好多洞。a region可以比实际的图像大。区域在HALCON中可以用所谓的行程编码实现。类HRegion代表HALCON/C++中的一个区域。HRegion的成员函数如下(列举几个重要的)：

• HRegion(void)
  默认构造器。创造一个空的region,即region的面积是0.并不是所有的算子都可以将空region作为输入参数，例如一些shape property 操作。
• HRegion(const HRegion ®)
  拷贝构造函数
• HRegion &operator = (const HRegion ®)
  赋值运算符
• void Display(const HWindow &w) const
  在一个窗口中输出region

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区域的几何变换

• HRegion operator * (double scale) const
  放缩区域到任何一个尺度。放缩中心为（0,0）
• HRegion operator + (const HDPoint2D &point) const
  HRegion &operator += (const HDPoint2D &point)
  平移

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区域的形态学处理：

• HRegion operator >> (double radius) const
  HRegion &operator >>= (double radius)
  用一个圆腐蚀，同erosion_circle
• HRegion operator << (double radius) const
  HRegion &operator <<= (double radius)
  用一个圆膨胀，同 dilation_circle.
• HRegion &operator ++ (void)
  用一个含有五个点的十字交叉去膨胀。
• HRegion &operator -- (void)
  用一个含有五个点的十字交叉去腐蚀。
• HRegion operator + (const HRegion ®) const
  HRegion &operator += (const HRegion ®)
  与另一个区域的Minkowsky 加和, 同 minkowski_add1.
• HRegion operator - (const HRegion ®) const
  HRegion &operator -= (const HRegion ®)
  与另一个区域的Minkowsky 减法, 同 minkowski_sub1.

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区域的属性：

• double Phi(void) const
  一个等价的椭圆的角度，同 elliptic_axis.
• double Ra(void) const
  一个区域的等价的椭圆的长半轴，同 elliptic_axis.
• double Rb(void) const
  一个区域的等价的椭圆的短半轴，同elliptic_axis.
• long Area(void) const
  区域的面积，即所包含的像素数，见 area_center.
• double X(void) const
  double Y(void) const
  区域的中心点坐标，见area_center.
• HRectangle1 SmallestRectangle1(void) const
  区域的最小包围盒，此包围盒平行于坐标轴，同 smallest_rectangle1.
• HBool In(const HDPoint2D &p) const
  检验一个点是否在区域内部，同 test_region_point.
• HBool IsEmpty(void) const;
  检验区域是否为空，也就是区域面积是否为0

例1

 #include "HalconCpp.h"
using namespace Halcon;
void main()
{ 
    HImage     image("E:\\halcon\\images\\mreut.png");              // Reading an aerial image
    HRegion    region = image >= 190;       // Calculating a threshold
    HWindow    w;                           // Display window
    w.SetColor("red");                      // Set color for regions
    region.Display(w);                      // Display the region
    HRegion    filled = region.FillUp();    // Fill holes in region
    filled.Display(w);                      // Display the region
    // Opening: erosion followed by a dilation with a circle mask
    HRegion    open = (filled >> 4.5) << 4.5;
    w.SetColor("green");                    // Set color for regions
    open.Display(w);                        // Display the region
    HDPoint2D  trans(-100, -150);            // Vector for translation
    HRegion    moved = open + trans;       // Translation
    HRegion    zoomed = moved * 2.0;        // Zooming the region
}

First, an aerial image (mreut.png) is read from a file. All pixels with a gray value ≥ 190 are selected. This results in one region (region). This region is transformed by the next steps: All holes in the region are filled (FillUp), small parts of the region are eliminated by two morphological operations, first an erosion, a kind of shrinking the region, followed by a dilation, a kind of enlarging the region. The last step is the zooming of the region. For that the region is first shifted by a translation vector ( − 100, − 150) to the upper left corner and then zoomed by the factor two. Figure 6.2 shows the input image and the result of the opening operation.

Region Arrays

HRegionArray是一个包含Region的容器。代表成员函数如下：

• long Num(void)
  数列的个数，最大序号是Num() − 1.
• HRegion const &operator [] (long index) const
  读取数组的第i个元素，序号是 0 … Num() − 1.
• HRegion &operator [] (long index)
  将一个region赋值给区域的第j个元素，The index index can be ≥ Num().
• HRegionArray operator () (long min, long max) const
  选取介于min与max之间的数据
• HRegionArray &Append(const HRegion ®)
  将一个region附加到region array的后面

许多接受region的算子都接受region array作为输入参数。如形态学操作。

例2

#include "HalconCpp.h"
using namespace Halcon;
void main()
{ 
    HImage        image("E:\\halcon\\images\\control_unit.png");       // Reading an image from file
    // Segmentation by regiongrowing
    HRegionArray  regs = image.Regiongrowing(1, 1, 4, 100);
    HWindow       w;                           // Display window
    w.SetColored(12);                          // Set colors for regions
    regs.Display(w);                           // Display the regions
    HRegionArray  rect;                        // New array
    for (long i = 0; i < regs.Num(); i++)      // For all regions in array
    { // Test size and shape of each region
        if ((regs[i].Area() > 1000) && (regs[i].Compactness() < 1.5))
            rect.Append(regs[i]);                  // If test true, append region
    }
    image.Display(w);                          // Display the image
    rect.Display(w);                           // Display resulting regions

}

原图

变换后图像
The first step is to read an image. In this case it shows a control unit in a manufacturing environment, see figure 6.4 on the left side. By applying a regiongrowing algorithm from the HALCON library the image is segmented into regions. Each region inside the resulting region array regs is now selected according to its size and its compactness. Each region of a size larger than 1000 pixels and of a compactness value smaller than 1.5 is appended to the region array rect. After the processing of the for loop only the regions showing on the right side of figure 6.4 are left.

Images

在Halcon中，矩阵叫做通道，一个图像可能由若干个通道组成。比如灰度图像由一个通道，而彩色图像由3个通道组成。通道的类型不仅仅是8位（btype），而且可以有其他类型（比如16 int2）以及实数类型。除了保存像素信息，每一个HALCON图像也存储所谓的domain,就是上面介绍的那种Region格式。region可以理解为感兴趣的区域，即ROI。一般除了些许异常外，halcon算子都运行在region上处理。这一点与sepera相同。

Image Objects

类HImage是所有继承的图像类的根类。通过使用HImage,所有不同的像素类型都可以被以统一的格式处理（多态性）。类HImage不是虚类，因此可以被实例化。如下列举了几个重要的成员函数：

• HImage(void)
  默认构造函数，空的图像。
• HImage(const char* file)
  从一个文件中读取图像，同read_image
• HImage(int width,int height,const char* type)
  构造一幅图像，指定了大小和类型。同gen_image_const
• HImage(void *ptr, int width, int height, const char *type)
  构造一幅图像，使用拷贝的方式，指定图像的大小和类型，同gen_image1.
• irtual const char *PixType(void) const
  像素类型，同 get_image_type.
• int Width(void) const
  图像宽，见get_image_size.
• int Height(void) const
  图像高，见 get_image_size.
• HPixVal GetPixVal(int x, int y) const
  获取(x,y)处的像素值，见 get_grayval.
• HPixVal GetPixVal(long k) const
  线性获得第k个像素值
• virtual void SetPixVal(int x, int y, const HPixVal &val)
  设置第（x,y）个像素值，同 set_grayval.
• virtual void SetPixVal(long k, const HPixVal &val)
  设置第k个像素值
• virtual void Display(const HWindow &w) const
  在一个窗口上显示图像

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几何运算
- HImage operator & (const HRegion ®) const
裁剪图像的一部分区域，然后返回此部分的图像。同reduce_domain.
点评： 此函数设计的还是很好的，比较符合直觉。一幅图像与区域做&运算，就是获取共同的部分，也就是裁剪后的图像。

• HImage operator + (const HImage &add) const
  图像相加，同 add_image.
• HImage operator - (const HImage &sub) const
  图像相减，同 sub_image.
• HImage operator * (const HImage &mult) const
  图像相乘，同 mult_image.
• HImage operator - (void) const
  图像取反， invert_image.
• HImage operator + (double add) const
  HImage operator - (double sub) const
  HImage operator * (double mult) const
  HImage operator / (double div) const
  图像加减乘除，同scale_image
• HRegion operator >= (const HImage &image) const
  HRegion operator <= (const HImage &image) const
  Selecting all pixel with gray values brighter than or equal to (or darker than or equal to, respectively) those of the input image, see**dyn_threshold**
  点评：动态阈值，局部阈值处理，一般和均指图像做比较。
• HRegion operator >= (double thresh) const
  HRegion operator <= (double thresh) const
  HRegion operator == (double thresh) const
  HRegion operator != (double thresh) const
  阈值处理，同 threshold.

例3

#include "HalconCpp.h"
using namespace Halcon;
#include "HIOStream.h"
#if !defined(USE_IOSTREAM_H)
using namespace std;
#endif
void main()
{
    HImage   image("E:\\halcon\\images\\mreut.png");        // Aerial image
    HWindow  w;                                 // Output window
    image.Display(w);                           // Display image
    // Returning the size of the image
    cout << "width  = " << image.Width();
    cout << "height = " << image.Height() << endl;
    // Interactive drawing of a region by using the mouse 
    HRegion  mask = w.DrawRegion();
    // Reduce the domain of the image to the mask
    HImage   reduced = image & mask;
    w.ClearWindow();                            // Clear the window
    reduced.Display(w);                         // Display the reduced image
    // Applying the mean filter in the reduced image
    HImage   mean = reduced.MeanImage(61, 61);
    mean.Display(w);
    HRegion  reg = reduced <= (mean -3);
    reg.Display(w);
}

本例首先从文件中读取一幅灰度图像，目的是提取暗的部分。截取部分区域处理只是为了节省时间。可以通过鼠标任意画出部分区域来选择我们处理的部分图像区域。这部分区域掩模用于作为输入去截取图像（运算符&）.带有61x61大小的均指掩模被应用于最后截取的图像获得均值图像。暗的像素通过应用算子<= 选取。所有的像素不超过均值-3的都选取。 具体可以参考 dyn_threshold.

Pixel Values

HPixVal被用来访问类HImage的像素值。灰度值可以独立于他们的类型而返回和设置。
如下介绍常见的成员函数：

//构造
HPixVal(void)
Default constructor. 
HPixVal(const HComplex &Val)
Constructing a pixel value from a complex number. 
HPixVal(int Val)
Constructing a pixel value from an integer (int). 
HPixVal(long Val)
Constructing a pixel value from a long (long). 
HPixVal(HByte Val)
Constructing a pixel value from a byte (byte). 
HPixVal(double Val)
Constructing a pixel value from a double (double). 
HPixVal(const HPixVal &Val)
Copy constructor. 
HPixVal &operator = (const HPixVal &grey)
Assignment operator. 
operator HByte(void) const
Converting a pixel value to byte (0 … 255). //强制转换
operator int(void) const
Converting a pixel value to int. 
operator long(void) const
Converting a pixel value to long. 
operator double(void) const
Converting a pixel value to double. 
operator HComplex(void) const
Converting a pixel value to Complex. 

例4

#include "HalconCpp.h"
#include "HIOStream.h"
#if !defined(USE_IOSTREAM_H)
using namespace std;
#endif
using namespace Halcon;

void  main()
{
    HByteImage  in("E:\\halcon\\images\\mreut.png");         // Aerial image
    HWindow w;                       // Output window
    in.Display(w);                   // Displaying the image
    HByteImage out = in;             // Copying the image
    int  width = out.Width();       // Width of the image
    int  height = out.Height();      // Height of the image
    long end = width * height;    // Number of pixel of the image

    // 1. run: linear accessing
    for (long k = 0; k < end; k++) {
        int pix = in.GetPixVal(k);     // Reading the pixel
        out.SetPixVal(k, 255 - pix);      // Setting the pixel
    }
    // Displaying the transformation
    cout << "Transformed !" << endl;  out.Display(w);   w.Click();
    cout << "Original !" << endl;  in.Display(w);    w.Click();

    // 2. run: accessing the image via the coordinates (x,y)
    for (int y = 0; y < height; y++) {
        for (int x = 0; x < width; x++) {
            int pix = in.GetPixVal(x, y); // Reading the pixel
            out.SetPixVal(x, y, 255 - pix);  // Setting the pixel
        }
    }
    // Displaying the transformation
    cout << "Transformed !" << endl;  out.Display(w);   w.Click();
    cout << "Original !" << endl;  in.Display(w);    w.Click();
}

类HPixVal可以由上面的例子（图像取反）说明。 输入图像是一个灰度图像。首先一幅图像被复制，并且获得了图像大小。第一次运行，像素线性获得。第二次运行像素值通过（x,y）坐标获得。

点评： 本例的实质是观察int与HPixVal的隐式转换。首先SetPixVal的第三个参数应该是HPixVal，但是输入实际上是int，由于类HPixVal提供了HPixVal(int Val)的构造函数，使得隐式转换可以成功。后面GetPixVal获取像素，又由于类HPixVal提供了operator int(void) const的转换函数，使得int pix = in.GetPixVal(k);是有效的。

Image Arrays

同之前定义region的数组，HImage也定义了其数组，即HImageArray.
成员函数如下：

HImageArray(void)
Default constructor: empty array, no element. 

HImageArray(const HImage ®)
Constructing an image array from a single image. 

HImageArray(const HImageArray &arr)
Copy constructor. 

~HImageArray(void)
Destructor. 

HImageArray &operator = (const HImageArray &arr)
Assignment operator. 

long Num(void) const
Returning the number of elements in the array. 

HImage const &operator [] (long index) const 
Reading the element i of the array. The index is in the range 0 … Num() − 1.

HImage &operator [] (long index)
Assigning an image to the element i of the array. The index index can be ≥ Num(). 

HImageArray operator () (long min, long max)
Selecting a subset between the lower min and upper max index. 

HImageArray &Append(const HImage &image)
Appending another image to the image array. 

HImageArray &Append(const HImageArray &images)
Appending another image array to the image array. 

Byte Image

对于每一个像素类型，存在着从HImage继承的图像类，如对于像素类型byte（standard 8 bit），对应着HByteImage;对于像素类型int2(signed 16 bit),对应着HInt2Image。但是使用最广泛的是HByteImage，基本上覆盖了图像处理的大部分领域。HByteImage相对于HImage的优点是简化了像素值的访问机制。主要是因为HPixVal不再使用。除了HImage的成员函数外，HByteImage还包含了以下扩展：

---

像素的设置和获得

• HByte &operator[] (long k)
  线性设置第k个像素
• HByte operator[] (long k) const
  线性读取第k个像素
• HByte &operator() (long k)
  线性设置第k个像素
• HByte operator() (long k) const
  线性读取第k个像素
• HByte &operator()(int x, int y)
  通过坐标（x,y）设置像素
• HByte operator()(int x, int y) const
  阅读坐标（x,y）处的像素

---

位运算

• HByteImage operator & (int i)
  与i与运算
• HByteImage operator << (int i)
  每个像素做左移i位.
• HByteImage operator >> (int i)
  每个像素右移i位
• HByteImage operator ~ (void)
  对每个像素去补
• HByteImage operator & (HByteImage &ima)
  两图像对应像素取 &
• HByteImage operator | (HByteImage &ima)
  两图像对应像素取 |
• HByteImage operator ^ (HByteImage &ima)
  两图像对应像素取 异或
  例5

#include "HalconCpp.h"
#include "HIOStream.h"
#if !defined(USE_IOSTREAM_H)
using namespace std;
#endif
using namespace Halcon;

void  main()
{
    HByteImage  in("E:\\halcon\\images\\mreut.png");         // Aerial image
    HWindow w;                       // Output window
    in.Display(w);                   // Displaying the image
    HByteImage out = in;             // Copying the image
    int  width = out.Width();       // Width of the image
    int  height = out.Height();      // Height of the image
    long end = width * height;    // Number of pixel of the image

    // 1. run: linear accessing
    for (long k = 0; k < end; k++) {
        out[k] = 255 - in[k];      // Setting the pixel
    }
    // Displaying the transformation
    cout << "Transformed !" << endl;  out.Display(w);   w.Click();
    cout << "Original !" << endl;  in.Display(w);    w.Click();

    // 2. run: accessing the image via the coordinates (x,y)
    for (int y = 0; y < height; y++) {
        for (int x = 0; x < width; x++) {
            out(x, y) = 255 - in(x, y);  // Setting the pixel
        }
    }
    // Displaying the transformation
    cout << "Transformed !" << endl;  out.Display(w);   w.Click();
    cout << "Original !" << endl;  in.Display(w);    w.Click();
}

本例是例4的改造版，看起来更简洁，更像C语言的风格。访问像素不再需要get/set格式。

XLD Objects

XLD是eXtented Line Description的简称。这种数据结构可以描述areas(即任意大小的区域或者多边形)or 任何封闭的或者打开的轮廓。与regions代表像素精度相反，XLD代表的是亚像素精度。其中有两种基本的XLD结构： 轮廓（contours）和 多边形（polygons）.

与图像相似，HALCON/C++也提供了基类HXLD和一些继承自HXLD的特殊类，比如HXLDCont用于轮廓，HXLDPoly用于多边形。另外也存在一个容器类，即HXLDArray.

Low—Level Iconic Objects

当以面向过程的方式调用算子时，Hobject可以被用来代表所有的图像参数，如 an image,a region,an image array.事实上，Hobject是HALCON访问内部数据的基类。并且，Hobejct也可作为HObject和HObject继承类，如HImage的基类。

Hobject有如下的成员函数：

Hobject(void)
Default constructor. 

Hobject(const Hobject &obj)
Copy constructor.

virtual ~Hobject(void)
Destructor. 

Hobject &operator = (const Hobject &obj)
Assignment operator. 

void Reset(void)
Freeing the memory and resetting the corresponding database key. 

正如前面所讲，Hobject的对象也可以包含一个图像数据的数组。但是不幸的是，Hobject没有特殊的函数区增加和选择数组成员，取而代之的是，你必须使用“The Tuple Mode”.一节所描述的算子gen_empty_obj, concat_obj, select_obj, and count_obj 代替。