Halcon中的测量工具之Metrology介绍

1. Halcon中的工具助手

对于使用Halcon的小伙伴们来说，在菜单栏上的“助手”一栏中可以找到一些可以快捷使用的工具。

以18.11版本为例，助手工具栏里有五种工具，分别是：

Image Acquisition ：图片获取工具，包括基于Halcon的图像采集接口等；

Calibration：标定工具，用于对图像进行标定；

Matching: 匹配工具，包括形状及灰度匹配等；

Measure: 卡尺工具，注意这里只包括卡尺工具；

OCR：字符识别工具。

对于Measure工具，小白给出的翻译是“卡尺工具”。但是按照英文原意，应该叫“测量工具”。

这里是Halcon的设计上一个非常让小白想不通的地方。因为助手这里的所谓“测量工具”，其实只包含了卡尺这一种功能——即只能查找边缘，或者查找边缘对。所谓的“测量”无非就是测量边缘对之间的距离。

而通常意义上，基于边缘卡尺工具之上的一些找边、找圆等常用的测量工具，却并未包含在这个Measure工具之中。

2. Metrology工具系列

在Halcon中，真正的“测量工具”，却是来自一系列名称中带有“Metrology”的算子。下面以表格的形式给出：

序号算子名称算子作用备注

1create_metrology_model创建一个几何测量句柄

2add_metrology_object_circle_measure添加一个找圆工具

3add_metrology_object_ellipse_measure添加一个找椭圆工具

4add_metrology_object_generic添加一个测量工具可以添加找圆、找边、找椭圆、找矩形等多种工具

5add_metrology_object_line_measure添加一个找边工具

6add_metrology_object_rectangle2_measure添加一个找矩形工具

7get_metrology_model_param获取对整个测量模型有效的参数

8get_metrology_object_indices获取一个测量模型中测量对象的索引序号

9get_metrology_object_measures获取一个测量模型中的测量区域以及得到的边缘位置

10get_metrology_object_model_contour在图像坐标中查询计量对象的模型轮廓

11get_metrology_object_num_instances获取测量模型的测量对象的实例数量

12get_metrology_object_param获取测量模型的一个或多个参数

13get_metrology_object_result获取测量模型的测量结果

14get_metrology_object_result_contour获取测量对象的结果轮廓

15apply_metrology_model测量和拟合测量模型的所有测量对象的几何形状顾名思义就是执行测量

16align_metrology_model将测量工具与平移旋转绑定通常与模版匹配联合使用

17clear_metrology_object删除测量对象并释放分配的内存

18clear_metrology_model删除测量模型并释放分配的内存

19clear_all_metrology_models此运算符不可操作。它具有以下功能：删除所有测量模型并释放分配的内存即将从Halcon中删除，不建议使用

20get_metrology_object_fuzzy_param获取测量模型中的模糊参数

21copy_metrology_model复制测量模型

22copy_metrology_object复制测量对象

23set_metrology_model_image_size设置测量对象的图像大小

24set_metrology_model_param设置对整个测量模型有效的参数

25set_metrology_object_fuzzy_param为测量模型设置模糊参数或模糊函数

26set_metrology_object_param为测量模型的测量对象设置参数

27reset_metrology_object_fuzzy_param重置测量模型的所有模糊参数和模糊函数

28reset_metrology_object_param重置测量模型的所有参数

29transform_metrology_object转换测量模型的测量对象，例如用于绑定

30read_metrology_model从文件中读取测量模型

31write_metrology_model将测量模型写入到文件中

32serialize_metrology_model将测量模型序列化

33deserialize_metrology_model将测量模型反序列化

总体来说，Halcon的测量工具类，包含有找边、找圆、找椭圆、找矩形四种功能，另外还可以通过模糊函数的定义实现模糊测量。

下面我们来看看Metrology工具的一些实例。

3. Metrology工具实例

3.1 实例1 找边工具

以下实例在一张虚拟工件图上添加一个找直线卡尺组工具（cyan色表示），并找到该工件的上边缘（red色表示）。

从这张图我们也能初步得出一个结论：测量工具都是基于卡尺（边缘检测）工具开发的，通常的做法是在卡尺工具找到边缘点的基础上进行拟合。

* 清空屏幕，显式控制图像显示

dev_close_window ()

dev_update_off ()

read_image (Image, '形状模板图.png')

dev_open_window_fit_image (Image, 0, 0, -1, -1, WindowHandle)

dev_display (Image)

* 创建测量模型

create_metrology_model (MetrologyHandle)

Row1 := 113.427

Column1 := 152.106

Row2 := 111.438

Column2 := 336.028

* 添加找直线工具，给定参数，显示过程卡尺的轮廓

add_metrology_object_line_measure (MetrologyHandle, Row1, Column1, Row2, Column2, 20, 5, 1, 30, [], [], Index)

get_metrology_object_model_contour (Contour, MetrologyHandle, 0, 1.5)

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

dev_set_color('cyan')

dev_display (Contour)

dev_display (Contours)

* 执行找直线并显示结果

apply_metrology_model (Image, MetrologyHandle)

get_metrology_object_result (MetrologyHandle, 0, 'all', 'result_type', 'all_param', Parameter)

get_metrology_object_result_contour (Contour1, MetrologyHandle, 0, 'all', 1.5)

dev_set_line_width (3)

dev_set_color ('red')

dev_display (Contour1)

clear_metrology_model (MetrologyHandle)

所找到直线的相关参数信息存储在变量Parameter之中。

3.2 实例2 找圆工具

以下实例在一张虚拟工件图上添加一个找圆卡尺组工具（cyan色表示），并找到该工件的圆孔边缘（red色表示）。

* 清空屏幕，显式控制图像显示

dev_close_window ()

dev_update_off ()

read_image (Image, '形状模板图.png')

dev_open_window_fit_image (Image, 0, 0, -1, -1, WindowHandle)

dev_display (Image)

* 创建测量模型

create_metrology_model (MetrologyHandle)

Row1 := 149.248

Column1 := 321.116

Radius := 23.954

* 添加找圆工具，给定参数，显示过程卡尺

add_metrology_object_circle_measure (MetrologyHandle, Row1, Column1, Radius, 12, 3, 1, 30, [], [], Index)

get_metrology_object_model_contour (Contour, MetrologyHandle, 0, 1.5)

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

dev_set_color('cyan')

dev_display (Contour)

dev_display (Contours)

* 执行找圆并显示结果

apply_metrology_model (Image, MetrologyHandle)

get_metrology_object_result (MetrologyHandle, 0, 'all', 'result_type', 'all_param', Parameter)

get_metrology_object_result_contour (Contour1, MetrologyHandle, 0, 'all', 1.5)

dev_set_line_width (3)

dev_set_color ('red')

dev_display (Contour1)

clear_metrology_model (MetrologyHandle)

所找到圆的相关参数信息存储在变量Parameter之中。

3.3 实例3 找椭圆工具

以下实例在一张虚拟工件图上添加一个找椭圆卡尺组工具（cyan色表示），并找到该工件的内侧椭圆边缘（red色表示）。

* 清空屏幕，显式控制图像显示

dev_close_window ()

dev_update_off ()

read_image (Image, '椭圆测量图.png')

dev_open_window_fit_image (Image, 0, 0, -1, -1, WindowHandle)

dev_display (Image)

* 创建测量模型

create_metrology_model (MetrologyHandle)

Row1 := 167.02

Column1 := 246.855

Phi := -0.366964

Radius1 := 93.6498

Radius2 := 32.8862

* 添加找椭圆工具，给定参数，显示过程卡尺

add_metrology_object_ellipse_measure (MetrologyHandle, Row1, Column1, Phi, Radius1, Radius2, 12, 3, 1, 30, [], [], Index)

get_metrology_object_model_contour (Contour, MetrologyHandle, 0, 1.5)

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

dev_set_color('cyan')

dev_display (Contour)

dev_display (Contours)

* 执行找椭圆并显示结果

apply_metrology_model (Image, MetrologyHandle)

get_metrology_object_result (MetrologyHandle, 0, 'all', 'result_type', 'all_param', Parameter)

get_metrology_object_result_contour (Contour1, MetrologyHandle, 0, 'all', 1.5)

dev_set_line_width (3)

dev_set_color ('red')

dev_display (Contour1)

clear_metrology_model (MetrologyHandle)

所找到椭圆的相关参数信息存储在变量Parameter之中。

3.4 实例4 找矩形工具

以下实例在一张虚拟工件图上添加一个找矩形卡尺组工具（cyan色表示），并找到该工件的外侧边缘（red色表示）。

* 清空屏幕，显式控制图像显示

dev_close_window ()

dev_update_off ()

read_image (Image, '形状模板图.png')

dev_open_window_fit_image (Image, 0, 0, -1, -1, WindowHandle)

dev_display (Image)

* 创建测量模型

create_metrology_model (MetrologyHandle)

Row1 := 192.033

Column1 := 248.541

Length1 := 120.299

Length2 := 79.696

Phi := 0.00827113

* 添加找矩形工具，给定参数，显示过程卡尺

add_metrology_object_rectangle2_measure (MetrologyHandle, Row1, Column1, Phi, Length1, Length2, 12, 3, 1, 30, [], [], Index)

get_metrology_object_model_contour (Contour, MetrologyHandle, 0, 1.5)

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

dev_set_color('cyan')

dev_display (Contour)

dev_display (Contours)

* 执行找矩形并显示结果

apply_metrology_model (Image, MetrologyHandle)

get_metrology_object_result (MetrologyHandle, 0, 'all', 'result_type', 'all_param', Parameter)

get_metrology_object_result_contour (Contour1, MetrologyHandle, 0, 'all', 1.5)

dev_set_line_width (3)

dev_set_color ('red')

dev_display (Contour1)

clear_metrology_model (MetrologyHandle)

所找到矩形的相关参数信息存储在变量Parameter之中。

3.5 实例5 generic法添加测量工具

Halcon的Metrology工具主要功能就是完成以上四种测量，而使用generic时，可以添加任意的工具。以下实例通过generic向Metrology模型中添加找矩形（cyan色）和找圆工具（green色）。找到矩形的外侧边缘轮廓（red色），以及圆孔的边缘轮廓（red色）。

* 清空屏幕，显式控制图像显示

dev_close_window ()

dev_update_off ()

read_image (Image, '形状模板图.png')

dev_open_window_fit_image (Image, 0, 0, -1, -1, WindowHandle)

dev_display (Image)

* 创建测量模型

create_metrology_model (MetrologyHandle)

Row1 := 192.033

Column1 := 248.541

Length1 := 120.299

Length2 := 79.696

Phi := 0.00827113

* 添加找矩形工具，给定参数，显示过程卡尺

add_metrology_object_generic (MetrologyHandle, 'rectangle2', [Row1, Column1, Phi, Length1, Length2], 12, 3, 1, 30, [], [], Index)

get_metrology_object_model_contour (Contour, MetrologyHandle, 0, 1.5)

get_metrology_object_measures (Contours, MetrologyHandle, 0, 'all', Row, Column)

dev_set_color('cyan')

dev_display (Contour)

dev_display (Contours)

* 添加找圆工具，给定参数，显示过程卡尺

Row2 := 149.248

Column2 := 321.116

Radius := 23.954

add_metrology_object_generic (MetrologyHandle, 'circle', [Row2, Column2, Radius], 12, 3, 1, 30, [], [], Index1)

get_metrology_object_model_contour(Contour2, MetrologyHandle, 1, 1.5)

get_metrology_object_measures (Contours3, MetrologyHandle, 1, 'all', Row3, Column3)

dev_set_color ('green')

dev_display (Contour2)

dev_display (Contours3)

dev_set_line_width (3)

* 执行找矩形并显示结果

apply_metrology_model (Image, MetrologyHandle)

get_metrology_object_result (MetrologyHandle, 0, 'all', 'result_type', 'all_param', Parameter1)

get_metrology_object_result_contour (Contour1, MetrologyHandle, 0, 'all', 1.5)

get_metrology_object_result (MetrologyHandle, 1, 'all', 'result_type', 'all_param', Parameter2)

get_metrology_object_result_contour (Contour3, MetrologyHandle, 1, 'all', 1.5)

dev_set_color ('red')

dev_display (Contour1)

dev_display (Contour3)

clear_metrology_model (MetrologyHandle)

注意到get_metrology_object_result和get_metrology_object_result_contour中通过index参数的调整分别按顺序提取到矩形和圆的结果轮廓。

若index参数设置为'all'时，则可以一次性取出所有的结果轮廓。

审核编辑：刘清