【Halcon 测量篇】（1） 一维测量

一、Halcon一维测量原理：

        像点到点的距离，边缘对的距离等沿着一维方向的测量都属于1D测量范畴。Halocn的一维测量首先构建矩形或者扇形的ROI测量对象，然后在ROI内画出等距离的、长度与ROI宽度一致的、垂直于ROI的轮廓线（profile line）的等距线。如下图所示。

测量ROI的轮廓线尽量与被测边缘垂直，宽度适当宽些，等距线的密集度考虑速度与精度综合选择，这样可以减少噪声。

然后，沿着垂直轮廓线的方向，计算出每一条等距线的平均灰度值，可以得出轮廓线的灰度直方图，同时可以选择使用高斯滤波器平滑灰度直方图。如下图所示。Halcon算子measure_pairs的参数Sigma指定了高斯滤波器的标准差。

最后，求出平滑灰度直方图的一阶导数，一阶导数的极值点作为边缘的亚像素精度候选点，只有一阶导数极值点的绝对值大于预先设定的阈值（测量算子的参数Threshold）边缘候选点才被选作为边缘中心点。Halcon测量算子最后得到每一条边缘与轮廓线的交点。

 
二、一维测量算法流程：

核心思想：可参考halcon中一维测量中measure_pin中的例子
1）定位 （Blob分析或模板匹配）
2）测量
3）显示

Halcon一维测量相关算子：

gen_measure_rectangle2( : : Row, Column, Phi, Length1, Length2, Width, Height, Interpolation : MeasureHandle)
名字：生成仿射矩形区域测量句柄
描述：用于提取垂直于仿射矩形的直边
参数：
Row：仿射矩形中心行座标
Column：仿射矩形中心列座标
Phi：仿射矩形的纵轴水平角，单位弧度
Length1：仿射矩形宽度的一半
Length2：仿射矩形高度的一半
Width：图像的宽度
Height：图像的高度
Interpolation ：插值类型
MeasureHandle：测量对象句柄

gen_measure_arc( : : CenterRow, CenterCol, Radius, AngleStart, AngleExtent, AnnulusRadius, Width, Height, Interpolation : MeasureHandle)
名字：生成环形区域测量句柄
描述：用于提取垂直环形圆弧的直边缘。
参数：
CenterRow：圆弧中心行座标
CenterCol：圆弧中心列座标
Radius：圆弧半径
AngleStart：圆弧起始角度
AngleExtent：圆弧角度范围
AnnulusRadius：环形带的半径（宽度的一半）
Width：图像的宽度
Height：图像的高度
Interpolation ：插值类型
MeasureHandle：测量对象句柄

measure_pairs(Image : : MeasureHandle, Sigma, Threshold, Transition, Select : RowEdgeFirst, ColumnEdgeFirst, AmplitudeFirst, RowEdgeSecond, ColumnEdgeSecond, AmplitudeSecond, IntraDistance, InterDistance)
名字：测量边缘对
描述：提取垂直于仿射矩形或环形圆弧的直边缘对。
参数：
Image：输入图像
MeasureHandle：测量对象句柄
Sigma：高斯平滑参数
Threshold：最小边缘幅度
Transition：边缘对极性，第一个与第二个相反
Select ：选择边缘对
RowEdgeFirst：边缘点对的第一个边缘的中心行座标
ColumnEdgeFirst：边缘点对的第一个边缘的中心列座标
AmplitudeFirst：第一个边缘的幅度
RowEdgeSecond：第二个边缘中心行座标
ColumnEdgeSecond：第二个边缘中心列座标
AmplitudeSecond：第二个边缘幅度
IntraDistance：两个边缘对之间的距离
InterDistance：相邻边缘对之间的距离
 

measure_pos(Image : : MeasureHandle, Sigma, Threshold, Transition, Select : RowEdge, ColumnEdge, Amplitude, Distance)
名字：测量边缘对
描述：提取垂直于仿射矩形或圆弧的直边缘。
参数：
Image：输入图像
MeasureHandle：测量对象句柄
Sigma：高斯平滑系数
Threshold：最小边缘幅度
Transition：极性
*Select：边缘选择
RowEdge：找到的边缘中心的行座标
ColumnEdge：找到的边缘中心列座标
Amplitude：边缘幅度
Distance：相邻边缘之间的距离

measure_pairs与measure_pos的区别：一般，measure_pairs可以用于许多组边缘对的情况，measure_pos用于一组边缘对的情况。
幅度是指边缘处明暗灰度各自的均值差，如下图所示。

 
三、实例分析：测量药瓶中液体的充满率

dev_close_window ()
dev_update_off ()
read_image (Image, 'ampoules/ampoules_01')
get_image_size (Image, Width, Height)
dev_open_window_fit_image (Image, 0, 0, -1, -1, WindowHandle)
dev_set_line_width (2)
dev_set_draw ('margin')
set_display_font (WindowHandle, 16, 'mono', 'true', 'false')
* 
* Create a model for the ampoule head to align the measure handle
gen_rectangle1 (Rectangle, 230, 280, 317, 330)
reduce_domain (Image, Rectangle, ImageModel)
create_shape_model (ImageModel, 'auto', 0, 0, 'auto', 'auto', 'use_polarity', 'auto', 'auto', ModelID)
* 
* Initialize the measure handle
gen_measure_rectangle2 (0, 0, rad(90), 75, 20, Width, Height, 'bilinear', MeasureHandle)
Tolerance := 15
* 
* Determine the fill level
NumImages := 8
for Index := 1 to NumImages by 1
    read_image (Image, 'ampoules/ampoules_' + Index$'.2d')
    ColumnEdges := []
    FillLevelHeight := []
    * 
    find_shape_model (Image, ModelID, 0, 0, 0.7, 0, 0.1, 'least_squares', 0, 0.9, Row, Column, Angle, Score)
    MeanRow := mean(Row)
    RefLevel := MeanRow - 160
    * Display tolerance area
    dev_display (Image)
    dev_set_line_width (1)
    dev_set_color ('white')
    gen_rectangle2 (AcceptLevel, RefLevel, mean(Column), 0, 30 + (max(Column) - min(Column)) / 2, Tolerance)
    dev_display (AcceptLevel)
    dev_set_line_width (2)
    * 
    *  Determine fill level of each ampoule
    Errors := 0
    for Idx := 0 to |Score| - 1 by 1
        translate_measure (MeasureHandle, MeanRow - 135, Column[Idx])
        * Search for the topmost edge
        measure_pos (Image, MeasureHandle, 2, 7, 'all', 'first', RowEdge, ColumnEdge, Amplitude, Distance)
        FillLevelHeight := [FillLevelHeight,RowEdge]
        ColumnEdges := [ColumnEdges,ColumnEdge]
        gen_cross_contour_xld (Cross, RowEdge, ColumnEdge, 15, 0)
        gen_rectangle2 (FillLevel, RowEdge, ColumnEdge, 0, 28, 20)
        if (abs(FillLevelHeight[Idx] - RefLevel) >= Tolerance)
            gen_rectangle2 (ChamberSingle, MeanRow - 133, Column[Idx], 0, 35, 90)
            gen_cross_contour_xld (Cross, FillLevelHeight[Idx], ColumnEdges[Idx], 15, 0)
            gen_rectangle2 (FillLevel, FillLevelHeight[Idx], ColumnEdges[Idx], 0, 28, 20)
            Errors := Errors + 1
            dev_set_color ('red')
            dev_display (ChamberSingle)
            disp_message (WindowHandle, 'NG', 'image', FillLevelHeight[Idx] - 50, ColumnEdges[Idx] - 10, 'red', 'false')
        else
            disp_message (WindowHandle, 'OK', 'image', FillLevelHeight[Idx] - 50, ColumnEdges[Idx] - 10, 'green', 'false')
            dev_set_color ('green')
        endif
        dev_display (FillLevel)
        dev_display (Cross)
    endfor

    if (Errors > 0)
        disp_message (WindowHandle, Errors + ' BAD', 'window', 10, 12, 'red', 'true')
    else
        disp_message (WindowHandle, 'All OK', 'window', 10, 12, 'forest green', 'true')
    endif
    if (Index < NumImages)
        disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
        stop ()
    endif
endfor
close_measure (MeasureHandle)
clear_shape_model (ModelID)

中心思想：以瓶底为末班进行模板匹配，可以找到每个药瓶中心点列座标，创建一个覆盖瓶身的测量矩形框，以每个药瓶中心点列座标为基准平移测量矩形，可以得到药瓶子液体边缘的中心座标。生成一个白色的参考矩形框，只有液体边缘行座标在这个矩形框中，才算合格。