機器視覺系統(tǒng)編程與開發(fā)<Halcon版>《HALCON機器視覺系統(tǒng)編程基礎(chǔ)》項目7形態(tài)學處理【知識目標】1．熟悉數(shù)學形態(tài)學的基本概念；2．掌握腐蝕、膨脹處理圖像的原理；3．掌握用開、閉運算處理圖像的原理【能力目標】1．會使用腐蝕、膨脹處理圖像；2．會使用開、閉運算處理圖像。1．利用網(wǎng)絡(luò)資源搜集資料能力；2．制定職業(yè)養(yǎng)成計劃，按照企業(yè)的工作模式開展學習?！舅仞B(yǎng)目標】項目導(dǎo)讀

數(shù)學形態(tài)學（Mathematicalmorphology）是一門建立在格論和拓撲學基礎(chǔ)之上的圖像分析學科，是數(shù)學形態(tài)學圖像處理的基本理論。其基本的運算包括：二值腐蝕和膨脹、二值開運算和閉運算、擊中擊不中變換、形態(tài)學梯度等。形態(tài)學是圖像處理中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，主要用于從圖像中提取對表達和描繪區(qū)域形狀有意義的圖像分量，使后續(xù)的識別工作能夠抓住目標對象最為本質(zhì)的形狀特征，如邊界和連通區(qū)域等。同時像細化、像素化和修剪毛刺等技術(shù)也常應(yīng)用于圖像的預(yù)處理和后處理中，成為圖像增強技術(shù)的有力補充。形態(tài)學的基本思想是利用一種特殊的結(jié)構(gòu)元素去探索圖像中對應(yīng)的形狀，以達到對測量或提取輸入圖像中相應(yīng)的形狀或特征進行分析和識別的目的。即按照集合運算“交”和“并”的規(guī)則，將結(jié)構(gòu)元素填放到圖像中，對圖像進行處理的方法。結(jié)構(gòu)元素形狀的構(gòu)造將直接影響圖像分析處理的結(jié)果。根計顆粒數(shù)量威化餅外觀質(zhì)量檢測任務(wù)2任務(wù)1統(tǒng)計顆粒數(shù)量任務(wù)12課時【任務(wù)要求】

顆粒圖像如圖所示，利用形態(tài)學處理統(tǒng)計顆粒數(shù)量【知識鏈接】

在經(jīng)閾值處理提取出目標區(qū)域的二值圖像之后，區(qū)域邊緣可能并不理想，這時可以使用腐蝕或膨脹操作對區(qū)域進行“收縮”或“擴張”。腐蝕和膨脹是兩種最基本也是最重要的形態(tài)學運算，它們是很多高級形態(tài)學處理的基礎(chǔ)，很多形態(tài)學算法都是由這兩種基本運算復(fù)合而成。1、結(jié)構(gòu)元素

結(jié)構(gòu)元素在算子參數(shù)中的名稱為StructElement，在腐蝕與膨脹操作中都需要用到。結(jié)構(gòu)元素是類似于“濾波核”的元素，或者說類似于一個“小窗”，在原圖上進行從上向下，從左向右“滑動”，求結(jié)構(gòu)元素與原圖的交集，結(jié)構(gòu)元素可以指定形狀和大小，其原點相當于“小窗”的中心，其尺寸大小在進行腐蝕或者膨脹處理時根據(jù)需要設(shè)定，結(jié)構(gòu)元素的尺寸也決定著腐蝕或者膨脹的程度。結(jié)構(gòu)元素越大，被腐蝕消失或者被膨脹增加的區(qū)域也會越大。結(jié)構(gòu)元素的形狀可以根據(jù)操作的需求進行創(chuàng)建，可以是圓形、矩形、橢圓形，甚至是指定的多邊形等?？梢酝ㄟ^gen_circle、gen_rectanglel，gen_ellipse，gen_region_polygon等算子創(chuàng)建需要的形狀并設(shè)定尺寸，一般在腐蝕或者膨脹算子中直接設(shè)定。2．腐蝕

腐蝕操作是對所選區(qū)域進行“收縮”的一種操作，可以用于消除邊緣和雜點。腐蝕區(qū)域的大小與結(jié)構(gòu)元素的大小和形狀相關(guān)。其原理是使用一個自定義的結(jié)構(gòu)元素，如矩形、圓形等，在二值圖像上進行類似于“濾波”的滑動操作，然后將二值圖像對應(yīng)的像素點與結(jié)構(gòu)元素的像素進行對比，得到的交集即為腐蝕后的圖像像素。經(jīng)過腐蝕操作，圖像區(qū)域的邊緣可能會變得平滑，區(qū)域的像素將會減少，相連的部分可能會斷開，但各部分仍然屬于同一個區(qū)域。常用的腐蝕算子有：erosion_circle算子和erosion_rectangle1算子。算子釋義：erosion_rectangle1—Erodearegionwitharectangularstructuringelement.格式：erosion_rectangle1(Region:RegionErosion:Width,Height:

)參數(shù)：Region

--輸入?yún)^(qū)域；RegionErosion--腐蝕后的結(jié)果；Width,Height

--矩形結(jié)構(gòu)元素的尺寸。作用：用長為Width，寬為Height的矩形結(jié)構(gòu)元素對區(qū)域Region進行腐蝕處理。例：erosion_rectangle1(Region,RegionErosion,35,35)表示：用35×35的矩形對區(qū)域Region進行腐蝕操作，處理結(jié)果放在變量RegionErosion中。算子釋義：erosion_circle—Erodearegionwithacircularstructuringelement.格式：erosion_circle(Region:RegionErosion:Radius:

)參數(shù)：Region--輸入?yún)^(qū)域；RegionErosion--腐蝕后的結(jié)果；Radius--圓形結(jié)構(gòu)元素的半徑，一般為奇數(shù)。作用：用半徑為Radius的圓形結(jié)構(gòu)元素對區(qū)域Region進行腐蝕處理。例：erosion_circle(Region,RegionErosion,23)表示：用半徑為23的圓形結(jié)構(gòu)算子對區(qū)域Region進行腐蝕操作，處理結(jié)果放在變量RegionErosion中。3．膨脹

與腐蝕相反,膨脹是對選區(qū)進行“擴大”的一種操作。其原理是使用一個自定義的結(jié)構(gòu)元素，在待處理的圖像上進行類似于“濾波”的滑動操作，然后將二值圖像對應(yīng)的像素點與結(jié)構(gòu)元素的像素進行對比，得到的并集為膨脹后的圖像像素。經(jīng)過膨脹操作，圖像區(qū)域的邊緣可能會變得平滑，區(qū)域的像素將會增加，不相連的部分可能會連接起來，這些都與腐蝕操作正好相反。即使如此，原本不相連的區(qū)域仍然屬于各自的區(qū)域，不會因為像素重疊就發(fā)生合并。Halcon軟件中有許多與膨脹操作相關(guān)的算子，比較常用的有dilation_circle算子和dilation_rectanglel算子，它們分別使用圓形與矩形結(jié)構(gòu)元素對輸入?yún)^(qū)域進行膨脹操作。算子釋義：dilation_rectangle1—Openaregionwitharectangularstructuringelement.格式：dilation_rectangle1(Region

:

RegionDilation

:

Width,

Height

:)參數(shù)：Region

--輸入?yún)^(qū)域；RegionDilation

--膨脹后的結(jié)果；Width,

Height--矩形結(jié)構(gòu)元素的長和寬。作用：用長為Width，寬為Height的矩形結(jié)構(gòu)元素對區(qū)域Region進行膨脹處理。例：dilation_rectangle1(Region,RegionDilation,11,11)表示：對圖像變量Region中的區(qū)域進行膨脹操作，結(jié)構(gòu)元素為矩形，長為11，寬為11，膨脹后的區(qū)域放入圖像變量RegionDilation中。算子釋義：dilation_circle—Dilatearegionwithacircularstructuringelement.格式：dilation_circle(Region:RegionDilation

:Radius:)參數(shù)：Region

--輸入?yún)^(qū)域；RegionDilation

--開運算后的結(jié)果；Radius--圓形結(jié)構(gòu)元素的半徑，一般為奇數(shù)。作用：用半徑為Radius的圓形結(jié)構(gòu)元素對區(qū)域Region進行膨脹處理。例：dilation_circle(Region,RegionDilation,3.5)表示：對圖像變量Region中的區(qū)域進行膨脹操作，結(jié)構(gòu)元素為圓形，半徑為3.5，膨脹后的區(qū)域放入圖像變量RegionDilation中?！救蝿?wù)實施】1．讀取圖像并初始化*

讀取圖像read_image

(Image,

'pellets')

*關(guān)閉窗口

dev_close_window

()

*獲取圖像尺寸

get_image_size

(Image,

Width,

Height)

*打開新窗口，與圖像尺寸一致

dev_open_window

(0,

0,

Width,

Height,

'black',

WindowID)

*設(shè)定顯示字體

set_display_font

(WindowID,

16,

'mono',

'true',

'false')

*設(shè)定顯示顏色

dev_set_colored

(6)

*設(shè)定顯示模式

dev_set_draw

('margin')

*設(shè)定顯示線寬

dev_set_line_width

(3)

*顯示圖像，如圖7-2所示dev_display

(Image)

stop

()

2．圖像處理*

二值化閾值分割，如圖7-3所示binary_threshold

(Image,

LightRegion,

'max_separability',

'light',

UsedThreshold)

*腐蝕處理，選擇合適的結(jié)構(gòu)圓半徑，使各個顆粒分離，便于統(tǒng)計數(shù)量，如圖7-4所示erosion_circle

(LightRegion,

RegionErosion,

7.5)

*連通域處理，打斷操作，如圖7-5所示connection

(RegionErosion,

ConnectedRegions)

*計算顆粒區(qū)域數(shù)量

count_obj

(ConnectedRegions,

Number)

*

膨脹處理，選擇與腐蝕一樣的半徑，便于顯示顆粒形狀，如圖7-6所示

dilation_circle

(ConnectedRegions,

RegionDilation,

7.5)

3．顯示結(jié)果*顯示原圖

dev_display

(Image)

*顯示顆粒區(qū)域

dev_display

(RegionDilation)

*顯示統(tǒng)計結(jié)果，如圖7-7所示disp_message

(WindowID,

'共有

'+Number

+

’

個顆粒',

'window',

12,

220,

'black',

'true')

下一任務(wù)介紹：威化餅外觀質(zhì)量檢測。威化餅外觀質(zhì)量檢測任務(wù)22課時【任務(wù)要求】一組威化餅圖像如圖所示，利用形態(tài)學處理檢測每張威化餅外觀質(zhì)量?！局R鏈接】

腐蝕與膨脹是形態(tài)學運算的基礎(chǔ)，在實際檢測的過程中，常常需要組合運用腐蝕與膨脹對圖像進行處理。開運算與閉運算組合使用這兩種操作，在保留圖像主體部分的同時，處理圖像中出現(xiàn)的各種雜點、空洞、小的間隙、毛糙的邊緣等。合理地運用開運算與閉運算，能簡化操作步驟，有效地優(yōu)化目標區(qū)域,使提取出的范圍更為理想。1．開運算

開運算的計算步驟是先腐蝕，后膨脹。通過腐蝕運算能去除小的非關(guān)健

區(qū)域，也可以把離得很近的元素分隔開，再通過膨脹填補過度腐蝕留下的空隙。算子釋義：opening_rectangle1—Openaregionwitharectangularstructuringelement.格式：opening_rectangle1(Region:Regionopeningn:Width,Height:

)參數(shù)：Region

--輸入?yún)^(qū)域；Regionopening--腐蝕后的結(jié)果；Width,Height

--矩形結(jié)構(gòu)元素的尺寸。作用：用長為Width，寬為Height的矩形結(jié)構(gòu)元素對區(qū)域Region進行開運算處理。例：opening_rectangle1(Region,RegionOpening,10,10)表示：用10×10的矩形對區(qū)域Region進行開運算操作，處理結(jié)果放在變量RegionOpening中。算子釋義：opening_circle—Openaregionwithacircularstructuringelement.格式：opening_circle(Region:Regionopening:Radius:)參數(shù)：Region

--輸入?yún)^(qū)域；Regionopening--腐蝕后的結(jié)果；Radius--圓形結(jié)構(gòu)元素的半徑，一般為奇數(shù)。作用：用半徑為Radius的圓形結(jié)構(gòu)元素對區(qū)域Region進行腐蝕處理。例：opening_circle(Region,RegionOpening,23)表示：用半徑為23的圓形對圖像變量Region中的區(qū)域進行開運算操作，處理結(jié)果放在圖像變量RegionOpening中。2、閉運算閉運算的計算步驟與開運算正好相反，為先膨脹，后腐蝕。這兩步操作能將看起來很接近的元素，如區(qū)域內(nèi)部的空洞或外部孤立的點連接成一體，區(qū)域的外觀和面積也不會有明顯的改變。算子釋義：closing_rectangle1—Closearegionwitharectangularstructuringelement.格式：closing_rectangle1(Region:Regionlosing:Width,Height:)參數(shù)：Region--輸入?yún)^(qū)域；Regionlosing--閉運算后的結(jié)果；Width,Height--矩形結(jié)構(gòu)元素的尺寸。作用：用長為Width，寬為Height的矩形結(jié)構(gòu)元素對區(qū)域Region進行閉運算處理。例：closing_rectangle1(Region,Regionlosing,35,35)表示：用35×35的矩形對圖像變量Region中區(qū)域進行閉運算操作，處理結(jié)果放在圖像變量Regionlosing中。

算子釋義：closing_circle—Closearegionwithacircularstructuringelement.格式：opening_circle(Region:Regionlosing:Radius:

)參數(shù)：Region

--輸入?yún)^(qū)域；Regionlosing--閉運算后的結(jié)果；Radius--圓形結(jié)構(gòu)元素的半徑，一般為奇數(shù)。作用：用半徑為Radius的圓形結(jié)構(gòu)元素對區(qū)域Region進行閉運算處理。例：closing_circle(Region,Regionlosing,23)表示：用半徑為23的圓形對圖像變量Region中的區(qū)域進行閉運算操作，處理結(jié)果放在圖像變量Regionlosing中?！救蝿?wù)實施】

1．讀取圖像并初始化*讀取圖像，目的是獲取圖像大小和創(chuàng)建窗口句柄read_image

(Image,

'hazelnut_wafer_01')

*關(guān)閉窗口

dev_close_window

()

*獲取圖像尺寸

get_image_size

(Image,

Width,

Height)

*打開新窗口，尺寸和圖像一致

dev_open_window_fit_image

(Image,

0,

0,

-1,

-1,

WindowHandle)

*設(shè)置線寬

dev_set_line_width

(3)

*設(shè)置顯示模式

dev_set_draw

('margin')

*設(shè)置字體

set_display_font

(WindowHandle,

20,

'mono',

'true',

'false')

2．循環(huán)讀取圖像并進行圖像處理*

循環(huán)讀取圖像，一張一張檢測，第一張圖像如圖7-9所示

*for

Index

:=

1

to

24

by

1

讀取默認目錄下，以hazelnut_wafer_開頭的圖像文件名，后續(xù)加上兩位數(shù)

*Index$'.02'表示Index為兩位數(shù)，如，當Index=1時，用01表示。

read_image

(Image,

'hazelnut_wafer_'

+

Index$'.02')

*二值化閾值分割，如圖7-10所示

binary_threshold

(Image,

Foreground,

'smooth_histo',

'light',

UsedThreshold)

*開運算，如圖7-11所示

opening_circle

(Foreground,

FinalRegion,

8.5)

*計算孔區(qū)域面積

area_holes

(FinalRegion,

AreaHoles)

*計算區(qū)域的矩形度

rectangularity

(FinalRegion,

Rectangularit