Halcon 数据结构

Halcon 定义了自己独有的数据结构，本文记录相关内容。

简介

• HALCON 数据参数主要有图形参数和控制参数。其中，图形参数包括图像、区域、亚像素轮廓，控制参数包括数组和字典。

图形参数

图像（Image）

• 图像是图形参数的一种，图像通道可以看作一个二维数组，也是表示图像时所使用的数据结构。

• 该图像由很多个方格组成，每个方格称为像素，每一个方格用一个数值来表示，像素点的灰度值可取很多个数值，8 位图像取值范围为 0~255
• HALCON 的图像数据类型有 10 种：

区域（Region）

• 图像处理的任务就是识别图像中的某些特征区域(Region)，计算区域特征的时候，会把图像像素转换成区域来计算，这样可以减少资源的占用，方便存储和计算。区域是符合某些性质的像素子集，区域可以是任意的形状，单独的 1 像素也可以是区城。
• 区域在内存中都是逐行存储的，所以一般使用行程编码来实现区域的存储。行程编码和之前所说的图像压缩类似，就是把相同的数据用数字来代替。 例如 QQQWWWERR 可以写成 Q3W3ER2
• 行程编码的数据包含该行程的纵坐标，行程开始和行程结束对应的横坐标:

• 存储行程不仅节约存储空间还可以很好地管理行程。定义一个行程为一个区域，如果需要把多个行程合并为一个区域需要根据某种规则来合并行程，合并行程一般使用的是四连通区域和八连通区域的方式。

亚像素轮廓（XLD）

图像和区域最小的组成单位是像素，对于测量工具，例如钢尺，最小的测量单位是毫米但是可以通过估读的方式读到亚毫米级。

• 像素也是可以“估读”的，这就是所的亚像素级。HALCON 中使用 XLD 这个数据结构来存储和表示亚像索的数据。
• 下图表示是亚像素轮廓示意图，每一个方格代表一像素，方格代表轮廓像素，线代表亚像素轮廓，可以看到亚像素轮廓在像素内，但是并不是在中心，而且根据计算存在不同的点位。

• 亚像素轮廓带给我们更精确的点，从而在测量和定位当中提供更准确的图像位置。亚像素轮廓是一组有序的控制点的集合，数值为浮点型，精度一般为小数点后两位。亚像素轮廓是通过周围的像索插值计算得到的。

数据结构

• 亚像素轮廓的数据结构中包含了亚像素轮廓的很多属性。为了更好地描述边缘亚像素轮席，HALCON 规定了两种不同的亚像素轮廓:一种是插值计算的亚像素轮廓;另一种通过多边形通近方式得到的亚像素轮廓。亚像素轮廓(XLD轮廓)的数据结构如下：

控制参数

数组

• 有人认为 HALCON 的数组(Tuple)和 C 语言的数组是相同的，其实两者有所差别。C语言的数组只能存放一种变量，而且数组可以是二维的或三维的，而 HALCON 的数组就不太一样了。
• 在数据存储方而，可以认为 Tuple 是一个结构体，可以同时存储多种数据类型如字符串、整数和浮点数;在维度方面，Tuple 是一个单一维度的数组，它只能是一维数组而不像 C 语言中的数组那样进行多维度存储。
• Tuple是一个用于数据存储的数据结构，一般情况下黑白图像 lmage区域 Region和像素轮(XLD)称为 HALCON 的对象，也就是 HObject。这些都是用来存储和图像有关的数据，而数值数据都是用 Tuple 来存储。

数组的赋值与创建

定义一个空数组，代码如下:

给数组赋值并创建数组，代码如下

给指定数组元素赋值，代码如下

获取数组的长度，代码如下:

用函数方式获取数组长度，代码如下:

数组合并:

数组的存储与读取

HALCON 中的数组结果是可以直接存储的。

• 可以通过 write_tuple 这个函数来存储 Tuple 数值，该函数的第一个变量是需要存储数组，第二个变量是存储的地址，存储下来的文件后缀名为.tup，可以用写字板的方式打开该文件。

字典

• 字典(Dictionary)是一个容器，是对于数据模型中键和键描述的集合，类似于通过联人名字查找联系人地址或联系人详细情况的地址簿，即把键(名字)和值(详细情况)联系在-起。键必须是唯一的，如果键重复，就无法找到正确的信息。
• 字典是由键和值组成的，键是这个集合的唯一标识，可以用不可变的字符申和数值来表示，值可以用可变的数值或字符串来表示。
• 在 HALCON 中字典的值可以是 HObjet，即图像、区域、亚像素轮;也可以是数组。键的值可以是数字和字符中，HALCON 中的字典还有一个句柄(Handle)作为这个字舞的标识。
• 字典这个数据结构主要用于深度学习。在 HALCON 的深度学习中，需要有很乡标记过的图像，也就是图像要有一个键来标识，这个结构就是字典的结构、当把很多图像标识好之后，就会形成一个字典集，这个字典集可以给算法提供数据。HALCON 中的深度学习算法都是使用字典来作为数据输入的。
• 也可以用数组和数组的索引来实现字典的功能，字典和数组对比，可以非常方便地通过键来搜索对应的值，键可以包含特殊含义，也更容易被人们记住。

字典的创建和操作

• 在 HALCON中，可以通过 create_dice 函数来创建字典，该函数的参数只有一个，即这个字典的句柄。
• 可以通过操作 set_dict_object 和 set_dict_tuple 函数来向字典里面存入数据，存入数报的时候需要值、键和字典句柄。这两个函数共有 3 个变量:第一个变量是存入的值，第一个变量是句柄，第三个变量是键值。
• 可以通过 get_dict_object 和 get_dict_tuple 函数来查询字典里面的数据，这两个函数的第一个变量是字典的句柄，第二个变量是键值，第三个变量是访问的值。可以通过 remove_dict_key 函数来删除字典中的数据，这个函数的第一个变量是字典的句柄，第二个变量是数据的键。
• 可以通过 copy_dict 来复制字典，所有字典数据都是深度复制的。这个函数的第一个变量是要复制的句柄;第二个变量是复制时出现错误的种类。目前只有一种错误，即复制空句柄错误，这里用 [] 来表示默认就可以了，也可单击下拉框来选择;第三个变量是这个错误类型处理方式，第一种方式是 'true‘，是复制空句柄时，中断操作，第二种是'low_level'，复制继续，错误类型交给 system_set 来决定触发什么错误，第三种是'false'，就是不触发错误，继续复制空句柄。

句柄

• 句柄是指使用一个唯一的整数值，即一个4字节(64 位程序中为8字节)长的数值来标识应用程序中的不同对象和同类中的不同的实例，例如一个窗口、按钮、图标、滚动条、输出设备、控件或者文件等。当一个应用程序要引用其他系统所管理的内存块或对象时，就要使用句柄。应用程序能够通过句柄访问相应的对象信息，但是句柄不是指针，程序不能利用句柄来直接阅读文件中的信息。如果句柄不在 I/0文件中，它是毫无用处的。
• 句柄与普通指针的区别在于，指针包含的是引用对象的内存地址，而句柄则是由系统所管理的引用标识，该标识可以被系统重新定位到一个内存地址上。这种间接访问对象的模式增强了系统对引用对象的控制。
• 在 HALCON 中有很多实例对象，例如标定、匹配、测量和窗口等都使用到了句柄，这些例子通过句柄来识别使用的是哪个对象。因为在程序中可能会出现多个匹配或者测量的对象，所以用句柄来标识，方便管理。
• 在 HALCON 中旬柄由数字和字母组成，共 12 位，数字和字母后面用一个括号表明这个句柄是用于哪一个对象类型，例如，H1C881D5FA10(window) 就是用于窗口的句柄 H1C881D5FA40(shape_model) 是用于模板匹配的句柄。
• 句柄是需要存储的，一般都是存储实例对象。因为每一次打开相同的程序，相同的对象的句柄也是不一样的，例如上面的窗口和模板匹配句柄，再次打开的时候，就变成了句柄 H24BE085FA10(window) 和句柄 H24BE085FA40(shape_model)。

参考资料

• 机器视觉——使用HALCON描述与实现