HALCON基础篇：算子与数据结构

1. HALCON算子

无论什么时候，HALCON库中任何类型的函数被使用都是以算子的形式出现的。现有的版本中有超过2000多个算子，他们大多数是都由多种方法组成，它们是通过参数来选择的。这些算子的重要特征是：

算子之间没有继承关系。从软件架构的角度看，所有的算子都在同一个等级上。

当然，存在逻辑上的算子组，这也能从C++，.NET和COM提供的类上可以直接看出来，它们中相同数据类型的算子操作被作为对应类的成员。

算子有标准化的规则定义输入和输出参数。

算子的设计遵循开发架构的规则，因此，当在多处理器或者多核计算机上使用大的图像时，其允许一种简单的加速程序的方法。

2. 参数和数据结构

HALCON有两种基本类型参数：图标数据（images, regions, XLD轮廓）和控制数据（integers, strings, handles等等）

每个算子参数按照标准顺序被输入：输入图标数据，输出图标数据，输入控制数据和输出控制数据。对于一个给定的算子，不是所有4种输入都是必须，但顺序保持一样。

每个算子有自我描述的接口，除了标准文档外，这个描述包含参数信息，如类型或者值列表，其可以在HDevelop算子对话框中被访问。

算子的输入参数是绝不能被修改的，这就使得有一个清晰简单的语法。

开放架构允许访问内部数据和集成外部数据

所有2D图像处理的必须数据结构，如（多通道）图像，轮廓，元组（一种类型的数组）等等，都被用一种极其高效执行的方式所支持。

（1）Images（图像）

Images属于图标数据

图像的主要部分是通道，例如包含各种像素类型灰度值得矩阵。

对于每一个图像，所谓的domain（域）是图像被处理的一部分。故其是一个感兴趣区域（ROI）。Domain（域）是一个HALCON区域，因此可以很灵活的被定义（从一个简单的矩形到一组没有连通的像素）。

像素数据

几乎任意内容都是可能，从标准的8-bit灰度值到描述倒数的浮点数。

对于1,2和4字节的整数值都是可以的，除此之外，浮点和复杂图像也可以。最后，对于描述边缘方向或者色度值都被支持。

图像通道

一个通道对应一个图像矩阵。一张图像可以有任意数量的通道，所有的通道的大小都是相同的。

坐标系统

图像的原点位于图像最左上角像素的中心，在一个矩阵中，每个像素都能够用行坐标和列坐标来访问，坐标范围从（0,0）到（height-1, width-1）。

需要注意的是，因为原点位于左上像素的中心，像素的角落有非整数坐标值，例如在左上 角像素有角坐标（-0.5，-0.5），（-0.5，+0.5），（0.5，+0.5）和（0.5,0.5）。

（2）Regions(区域)

区域属于图标数据

区域被定义为一组像素，区域的像素不必是连通的，这就意味着任意像素的集合都可以被看作一个单独区域被处理。借助算子connection，一个区域能被分解为所谓被连接的部分，例如由连通像素组成的部分。

区域的执行是基于所谓游程编码的执行的。这种编码的优势是：低内存消耗，高效处理和感兴趣处理易处理

由于游程编码的执行，它是有可能有覆盖区域，例如连通部分的膨胀结果。如果用基于标签图像传统执行方法，这将是不可能的。

在区域内的像素坐标是不限于给定图像的坐标，区域可能比图像还要打，膨胀操作的结果就有可能。是否一个区域应该被剪切为最大图像范围能够用算子set_system中的参数值“clip_region”来控制。

需要注意的是，默认情况下，区域是被剪切为当前图像大小的，假如没有图像被创建或者加载，他们将被剪切为默认图像大小（HDevelop：512*521； 编程语言：128*128）。为了防止不理想的剪切，我们建议在创建或者加载区域的时候去创建或者加载图像。

对于一个应用中区域的数量是无限的。

（3）XLDs

XLD是eXtended Line Description的缩写，由所有的轮廓和多边形的基本数据组成。

XLDs属于图标数据

亚像素进度算子，如edges_sub_pix返回XLD数据的轮廓

典型的，两个控制点的距离大概是一个像素。

除了控制点，XLD对象包含所谓的局部和全局属性。典型的例子是控制点的边缘振幅或者轮廓分割的回归参数。

除了XLD对象的提取外，HALCON提供更多的处理。例如基于规定特征轮廓的选择或者将轮廓分割为直线，弧形，多边形或者平行线。

（4）Handles(句柄)

句柄属于控制数据

句柄是复杂数据结构的引用，例如和图像采集设备的连接或者基于形状匹配的模型。为了高效和数据安全的原因，不是全部结构仅仅是句柄在两个算子之间进行传递。

句柄是独特的整数值，这些整数值是一定不能改变的魔数，每次执行和每个版本都是不同的。

句柄被用到的例子有图形窗口，文件，套接字，图像采集设备，OCR，OCV，测量，匹配。

（5）Tuple Mode(元组模式)

图标和控制数据能够包含单个对象/值或者多个（所谓的tuples）。例如，一个控制变量可以包含零个，一个或者任意数量的基本数据类型（整形，浮点值，字符串），每个元素的类型都是不同的。

大多数算子接受单个值（单个模式），同时也接受多个值（元组模式）。例如，如果算子如area_center用一个单区域被调用，则面积和区域中心坐标的一个值被返回；若算子被多个区域调用，相对应数量值的元组同时被返回。

控制元组的索引范围从0到元素总数减1，相反，图标元组的索引从1开始。