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C#使用Halcon開發(fā)視覺檢測程序

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admin

2023年3月10日 16:55 本文熱度 766

簡介

本文的初衷是希望幫助那些有其它平臺視覺算法開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人能快速轉(zhuǎn)入Halcon平臺下，通過文中的示例開發(fā)者能快速了解一個(gè)Halcon項(xiàng)目開發(fā)的基本步驟，讓開發(fā)者能把精力完全集中到算法的開發(fā)上面。

首先，你需要安裝Halcon，HALCON 18.11.0.1的安裝包會放在文章末尾。安裝包分開發(fā)和運(yùn)行時(shí)兩個(gè)版本，運(yùn)行時(shí)版本一般用于生產(chǎn)環(huán)境。

注：開發(fā)版本自帶運(yùn)行時(shí)可替代運(yùn)行時(shí)版本，但安裝的東西會比較多。

然后，你需要學(xué)會查看Halcon的幫助手冊，這是很重要的一件事。

本文涉及到幫助文檔的主要章節(jié)如下：

原文 HALCON 18.11.0.1 / Programmer's Guide / Programming With HALCON/.NET
翻譯 HALCON 18.11.0.1/程序員指南/使用 HALCON/.NET 編程

原文 HALCON 18.11.0.1 / HALCON Operator Reference
翻譯 HALCON 18.11.0.1/ HALCON 運(yùn)算符參考

文中的示例是我第一次接觸Halcon時(shí)的學(xué)習(xí)測試用例，在電腦里面躺了一年，最近才有時(shí)間整理一下發(fā)出來，希望能對你有所幫助。

注：運(yùn)行本文示例程序前至少安裝Halcon的運(yùn)行時(shí)，否則Halcon的dll無法正常使用。

將 HALCON/.NET 添加到應(yīng)用程序

添加控件

右鍵單擊工具箱，然后選擇“選擇項(xiàng)”，彈出的對話框選擇“**.NET Framework組件”，單擊下面的“瀏覽”，導(dǎo)航到HALCON安裝目錄下的\bin\dotnet35（VS2008以下版本的選擇dotnet20），然后選擇halcondotnet.dll**。

完成上述操作后，HSmartWindowControl和HWindowControl控件就會出現(xiàn)在工具箱中，其中HWindowControl控件已經(jīng)過時(shí)官方不再推薦使用。

與HWindowControl相比，HSmartWindowControl控件具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

可以像任何其他控件一樣使用
提供預(yù)定義的鼠標(biāo)交互（移動(dòng)窗口內(nèi)容并使用鼠標(biāo)滾輪進(jìn)行縮放），可以通過雙擊窗口來重置視圖
控件會自動(dòng)重新縮放，而不會閃爍

注：與HSmartWindowControlWPF 相反，HSmartWindowControl需要一個(gè)回調(diào)才能使用鼠標(biāo)滾輪進(jìn)行縮放。

引用dll

在HALCON安裝目錄下的**\bin\dotnet35**中，引用以下dll：

hdevenginedotnet.dll
halcondotnet.dll

注：使用 HALCON XL 開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，必須選擇以xl結(jié)尾的dll，hhdevelop xl適用于大分辨率的圖像（大于 32k x 32k ）。

引用以下命名空間：

HalconDotNet：控件所在的命名空間
HalconType：Line、Rectangle2等數(shù)據(jù)類型所在的命名空間

調(diào)用Halcon算子

以ReadImage操作為例，函數(shù)原型如下：

static void HOperatorSet.ReadImage(out HObject image, HTuple fileName)

public HImage(HTuple fileName)

public HImage(string fileName)

void HImage.ReadImage(HTuple fileName)

void HImage.ReadImage(string fileName)

注：這些內(nèi)容幫助手冊上都有，在文章開頭列出來的章節(jié)。

在C#調(diào)用HALCON 算子有兩種選擇：函數(shù)式、對象式，前值通過HOperatorSet調(diào)用算子并通過out關(guān)鍵字傳入關(guān)鍵對象，后者直接在關(guān)鍵對象上調(diào)用對應(yīng)的方法。兩種方法完全等價(jià)，C#是一門面向?qū)ο蟮恼Z言，建議使用對象式的方式調(diào)用算子會好一點(diǎn)。

程序示例

本示例只實(shí)現(xiàn)下面幾種關(guān)鍵功能：

加載、保存圖片
畫線、框并保存
抓邊算法、測寬算法

先新建一個(gè)Winform項(xiàng)目，界面設(shè)計(jì)如下：

注：項(xiàng)目的解決方案平臺不能使用AnyCPU，只能根據(jù)安裝的Halcon位數(shù)選擇x64或x86，我使用的是x64平臺。

HSmartWindowControl控件使用

將HSmartWindowControl控件拖入主界面即可，在窗體類里面定義一個(gè)HWindow類型的成員引用控件內(nèi)部的窗體，同時(shí)設(shè)置控件的回調(diào)函數(shù)（WPF則不需要）。

代碼如下：

//窗口實(shí)例
private HWindow hwindow;
       
public Form1()
{
    InitializeComponent();
    hwindow = hSmartWindowControl1.HalconWindow;//初始化窗口變量
    hSmartWindowControl1.MouseWheel += HSmartWindow_MouseWheel;
}

//鼠標(biāo)滾輪回調(diào)
private void HSmartWindow_MouseWheel(object sender, MouseEventArgs e)
{
    Point pt = this.Location;
    MouseEventArgs newe = new MouseEventArgs(e.Button, e.Clicks, e.X - pt.X, e.Y - pt.Y, e.Delta);
    hSmartWindowControl1.HSmartWindowControl_MouseWheel(sender, newe);
}

加載、保存圖像

加載、保存圖像也比較簡單，我們需要先定義一個(gè)HImage實(shí)例，然后按鈕單擊事件在該實(shí)例上調(diào)用對應(yīng)的算子，代碼如下：

//圖片變量
private HImage image = new HImage();
//加載圖片
private void button_ReadImage_Click(object sender, EventArgs e)
{           
    string imagePath = "TestRead.bmp";
    image.ReadImage(imagePath);
    hwindow.DispImage(image);
    //自動(dòng)適應(yīng)圖片（相當(dāng)于控件上面的雙擊操作）
    hwindow.SetPart(0, 0, -2, -2);
}
//保存圖片
private void button_WriteImage_Click(object sender, EventArgs e)
{
    string imagePath = "TestWrite.bmp";
    image.WriteImage("bmp", 0, imagePath);
    hwindow.DispImage(image);
}

上面代碼是從程序啟動(dòng)目下加載TestRead.bmp圖片，保存圖片到程序啟動(dòng)目下的TestWrite.bmp，實(shí)際路徑可以根據(jù)項(xiàng)目情況自己定義。

上面的圖片是自己生成的，不是生產(chǎn)環(huán)境下的產(chǎn)品圖片，僅用于程序演示。

擴(kuò)展：加載相機(jī)圖像

大部分項(xiàng)目都是從相機(jī)加載圖片，但這涉及到相機(jī)驅(qū)動(dòng)的一些知識，全部介紹一邊會偏移文章主題。簡單來說，加載相機(jī)圖像分兩步：

將相機(jī)圖像保存到內(nèi)存
將內(nèi)存中的圖像傳入Halcon

將相機(jī)圖像保存到內(nèi)存是相機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作，下面只討論怎么將內(nèi)存中的圖像傳入Halcon，代碼如下：

private void GenImageByPtr()
{
    //這三個(gè)參數(shù)都可以通過相機(jī)驅(qū)動(dòng)得到
    byte[] imageBuf = null;   //圖像緩存數(shù)組
    int width = 0;            //圖像寬度
    int heigth = 0;           //圖像高度
    //獲取內(nèi)存圖像中間的指針
    IntPtr ptr = Marshal.UnsafeAddrOfPinnedArrayElement(imageBuf, 0);
    //加載內(nèi)存中的圖像
    image.GenImage1("byte", width, heigth, ptr);
    hwindow.DispImage(image);
}

這里只列一個(gè)簡單的示例，類似的算子還有copy_image、gen_image3等。

畫線、畫框并保存

在圖像上畫線、框是機(jī)器視覺里面常見的需求，根據(jù)線、框確定算法搜索的區(qū)域和特征。

在窗體類中定義一個(gè)HDrawingObject對象并附加到現(xiàn)有窗口用于交互，同時(shí)定義好Line對象、Rectangle2對象用于保存繪圖的結(jié)果。

先在圖像窗口上面畫出線和框，然后再用鼠標(biāo)手動(dòng)調(diào)整大小、位置，代碼如下：

//繪圖對象
private HDrawingObject drawingObject = new HDrawingObject();
//線ROI
private Line line = new Line();
//框ROI
private Rectangle2 rectangle2 = new Rectangle2();

private void button_DrawLine_Click(object sender, EventArgs e)
{
    drawingObject.createDrawingObjectLine(100, 100, 200, 200);
    //將繪圖對象關(guān)聯(lián)到Halcon窗口
    hwindow.AttachDrawingObjectToWindow(drawingObject);
}
private void button_SaveLine_Click(object sender, EventArgs e)
{
    HTuple paramName, param;            
    paramName = new HTuple(new string[] { "row1", "column1", "row2", "column2" });
    param = drawingObject.GetDrawingObjectParams(paramName);
    //保存參數(shù)
    line.SetValue(param.ToDArr());
    paramName.Dispose();
    param.Dispose();
    //清除繪圖內(nèi)容
    drawingObject.ClearDrawingObject();         
}
private void button_DrawRect_Click(object sender, EventArgs e)
{
    drawingObject.createDrawingObjectRectangle2(300, 400, 0, 300, 200);
    //將繪圖對象關(guān)聯(lián)到Halcon窗口
    hwindow.AttachDrawingObjectToWindow(drawingObject);
}
private void button_SaveRect_Click(object sender, EventArgs e)
{
    HTuple paramName, param;
    paramName = new HTuple(new string[] { "row", "column", "phi", "length1", "length2" });
    param = drawingObject.GetDrawingObjectParams(paramName);
    //保存參數(shù)
    rectangle2.SetValue(param.ToDArr());
    paramName.Dispose();
    param.Dispose();
    //清除繪圖內(nèi)容
    drawingObject.ClearDrawingObject();
}

上面的paramName可以取以下值，里面包含了Line、Rectangle2類屬性名：

"color", "column", "column1", "column2", "end_angle", "font", "length1", "length2", "line_style", 
"line_width", "phi", "radius", "radius1", "radius2", "row", "row1", "row2", "start_angle", "string", "type"

檢測算法

用Halcon開發(fā)檢測算法一般有兩種方法：

根據(jù)直接調(diào)用Halcon在對應(yīng)語言平臺下的算子接口
用Halcon自帶的腳本語言開發(fā)算法然后轉(zhuǎn)成C#類

第一種自由度比較高，代碼看起來也比較簡潔易懂，但上手比較困難。第二種更簡單，但生成的類很難看，而且與程序集成的時(shí)候需要做一些改動(dòng)。兩種方法并不是絕對對立的，一般會先用Halcon驗(yàn)證算法，然后參考導(dǎo)出的C#類實(shí)現(xiàn)自己的檢測算法。

抓邊算法

2D測量模型

簡述一下2D 測量的使用步驟：

創(chuàng)建測量模型并指定圖像大小：首先必須使用create_metrology_model創(chuàng)建測量模型，然后使用set_metrology_model_image_size指定測量結(jié)果所在的圖像的大小。
提供近似值：將測量對象添加到測量模型中，每個(gè)測量對象由圖像中相應(yīng)對象的近似形狀參數(shù)和控制測量的參數(shù)組成，控制測量的參數(shù)包括例如指定測量區(qū)域的尺寸和分布的參數(shù)，測量對象有以下幾種：

圓：add_metrology_object_circle_measure
橢圓：add_metrology_object_ellipse_measure
矩形：add_metrology_object_rectangle2_measure
線：add_metrology_object_line_measure
使用一個(gè)運(yùn)算符創(chuàng)建不同形狀：add_metrology_object_generic

要直觀檢查定義的度量對象，可以使用運(yùn)算符get_metrology_object_model_contour訪問其XLD輪廓。要直觀檢查創(chuàng)建的測量區(qū)域，可以使用運(yùn)算符get_metrology_object_measures訪問其XLD輪廓。

修改模型參數(shù)：如果已執(zhí)行相機(jī)校準(zhǔn)，則可以使用set_metrology_model_param，沒有就忽略（本示例沒有使用）。
修改對象參數(shù)：當(dāng)將測量對象添加到測量模型時(shí)，可以設(shè)置許多參數(shù)，之后還可以使用運(yùn)算符set_metrology_object_param修改其中的一些（本示例是在添加時(shí)設(shè)置的參數(shù)，所以沒有此步驟）。
調(diào)整測量模型：在執(zhí)行下一次測量之前平移和旋轉(zhuǎn)測量模型，可以使用操作員align_metrology_model。通常使用基于形狀的匹配來獲得對準(zhǔn)參數(shù)，相當(dāng)于測量前的位置就糾偏（本示例比較簡單沒有此步驟）。
應(yīng)用測量：使用apply_metrology_model執(zhí)行測量過程。
訪問結(jié)果：測量后，可以使用get_metrology_object_result訪問結(jié)果，也可以使用get_metrology_object_measures獲取定位邊的行坐標(biāo)和列坐標(biāo)再進(jìn)一步處理（本示例使用前者）。

代碼實(shí)現(xiàn)

抓變算法的C#代碼如下：

private void button_FindEdge_Click(object sender, EventArgs e)
{
    //創(chuàng)建測量對象
    HMetrologyModel hMetrologyModely = new HMetrologyModel();
    //設(shè)置圖片大小            
    image.GetImageSize(out int width, out int height);
    hMetrologyModely.SetMetrologyModelImageSize(width, height);
    //添加直線測量
    double measureLength1= 30, measureLength2=30, measureSigma=1, measureThreshold=30;
    HTuple genParamName = new HTuple(), genParamValue = new HTuple();
    hMetrologyModely.AddMetrologyObjectLineMeasure(line.Row1, line.Column1,line.Row2, line.Column2, measureLength1, measureLength2, measureSigma, measureThreshold, genParamName, genParamValue);
    //執(zhí)行并獲取結(jié)果
    hMetrologyModely.ApplyMetrologyModel(image);
    //獲取測量區(qū)域
    HTuple mRow = new HTuple(), mCol = new HTuple();
    HXLDCont mContours = hMetrologyModely.GetMetrologyObjectMeasures("all", "all", out mRow, out mCol); //檢測區(qū)域輪廓
    HXLDCont mmContours = hMetrologyModely.GetMetrologyObjectModelContour("all", 1);    //測量對象輪廓
    //參數(shù)順序 ["row_begin", "column_begin", "row_end", "column_end"]
    HTuple  lineRet =hMetrologyModely.GetMetrologyObjectResult("all", "all", "result_type", "all_param");
    double[] retAry = lineRet.DArr;
    //打印結(jié)果
    hwindow.SetLineWidth(2);
    hwindow.SetColor("green");
    hwindow.DispLine(retAry[0], retAry[1], retAry[2], retAry[3]);
    hwindow.SetColor("blue");
    hwindow.DispXld(mContours);
    hwindow.SetColor("yellow");
    hwindow.DispXld(mmContours);
    //清空測量對象
    hMetrologyModely.ClearMetrologyModel();
    //清理對象
    hMetrologyModely?.Dispose();
    genParamName?.Dispose();
    genParamValue?.Dispose();
    mRow.Dispose();
    mCol.Dispose();
    mContours.Dispose();
    mmContours.Dispose();
}

Halcon的代碼如下：

*讀取圖片
read_image (Image, 'D:/test.bmp')
dev_get_window (WindowHandle)

*畫線
Row1:=1218.79
Column1:=1002.95
Row2:=1242.07
Column2:=2786.18
*draw_line (WindowHandle, Row1, Column1, Row2, Column2)
*gen_region_line (RegionLines, Row1, Column1, Row2, Column2)

*創(chuàng)建測量幾何形狀所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
create_metrology_model (MetrologyHandle)
get_image_size (Image, Width, Height)
set_metrology_model_image_size (MetrologyHandle, Width, Height)  
add_metrology_object_line_measure (MetrologyHandle, Row1, Column1, Row2, Column2, 100, 50, 1, 30, [], [], Index)

apply_metrology_model (Image, MetrologyHandle)

get_metrology_object_result (MetrologyHandle, 'all', 'all', 'result_type','all_param', Parameter)

get_metrology_object_measures(Contours, MetrologyHandle, 'all', 'all', Row, Column)

get_metrology_object_model_contour (Contour, MetrologyHandle, 0, 1.5)

*清空測量對象，否則會導(dǎo)致內(nèi)存泄露
clear_metrology_model (MetrologyHandle)

*可視化
dev_clear_window ()
dev_display(Image)
dev_set_color('green')
dev_set_line_width(1)
disp_line (WindowHandle, Parameter[0], Parameter[1], Parameter[2], Parameter[3])
dev_display (Contours)
dev_display (Contour)