基础篇01-图像基本操作

Jason 2008

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分类专栏：基于Halcon的机器视觉实践-基础篇文章标签： halcon 图像处理计算机视觉机器视觉

于 2024-12-31 14:47:37 首次发布

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本节将简要介绍Halcon中有关图像的基本操作，包括图像读取、显示、格式转换和保存等功能。了解这些内容，将为后续的图像处理做好准备。

2.1 直接调用read_image算子读取图像

2.2 用“读取文件对话框”读取图像文件

3. Halcon显示图像文件

3.1 直接调用disp_image算子显示图像

3.2 调用disp_color算子显示彩色图像

3.3 调用dev_display算子显示多通道图像

1. Halcon支持的图像格式

Halcon支持多种图像格式，包括BMP、JPEG、PNG、GIF、TIFF和RAW等。

在数据类型方面，Halcon同样支持丰富多样的类型，如byte、int1、uint2、int2、int4、int8、real、complex、vector_field_relative、vector_field_absolute、direction和cyclic等。

1.1 图像格式

BMP格式：它是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用位映射存储格式，不采用其他任何压缩，因此文件占用空间较大。该格式支持1bit、4bit、8bit及24bit的图像深度，且在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。
JPEG格式：它是一种有损压缩格式，其优点在于可以将图像压缩在较小的储存空间，适合网络传输。但缺点是图像中重复或不重要的资料会被丢失，容易造成图像数据的损伤。几乎所有的操作系统均支持该图像格式。
PNG格式：全称是Portable Network Graphics，它是一种无损压缩的位图图像格式，广泛用于网页设计、图标制作等领域。它提供无损压缩图像文件，支持24位和48位真彩色图像，并支持透明背景和变显图像。
GIF格式：全称是Graphics Interchange Format，用于以HTML语言方式显示索引彩色图像，在网络上应用广泛。支持透明背景和动画，网上流行的动图，都是GIF格式的。但该图像格式只支持256色，压缩率通常在50%左右。
TIFF格式：全称是Tag Image File Format，它是一种灵活的位图格式，主要用来存储包括照片和艺术图在内的一种无损压缩格式，压缩比较低，只有2-3倍，但易于处理。是Adobe公司PS软件在处理图像时使用的一种标准图像。
RAW格式：未经处理直接从CCD或CMOS上所得到的原始图像信息，文件超大，但特别适合后期出片调整。
为0到255。

1.2 Halcon支持的图像数据类型

byte：每像素1字节，无符号，值范围为0到255。
int1：每像素1字节，有符号，值范围为-128到127。
uint2：每像素2字节，无符号，值范围为0到65535。
int2：每像素2字节，有符号，值范围为-32768到32767。
int4：每像素4字节，有符号，值范围为-2147483648到2147483647。
int8：每像素8字节，有符号（仅适用于x64系统），值范围为-9223372036854775808到9223372036854775807。
real：每像素4字节，浮点类型，6位有效十进制数字精度，值范围为-3.4e38到3.4e38。
complex：real类型的两个矩阵，向量。
vector_field_relative：real类型的两个矩阵，向量。
vector_field_absolute：real类型的两个矩阵，绝对坐标。
direction：每像素1字节，无符号，值范围为0到179，角度除以2。数值180到254被自动设置为值255，这被解释为未定义的角度。
cyclic：每像素1字节，无符号，循环算术，范围为0到255。

2. Halcon读取图像文件

根据待读取图像文件的数目不同，Halcon提供了两种不同的图像文件读取方式，分别是：

只处理单幅图像，调用read_image算子或read_multi_channel_image算子；
如果一次性处理多幅图像（如图像序列），调用read_sequence算子或read_image_sequence算子。

本节将重点介绍第一种方式，也就是读取单幅图像的操作。它有几种不同的实现方式。

2.1 直接调用read_image算子读取图像

read_image算子是Halcon官方提供的读取图像文件的算子。使用它一次可读取一幅指定路径下具有特定文件名的图像文件。

该算子的定义和参数说明如下：

read_image (Demo, 'E:/Demo.jpg')

Image为读取的图像变量名称，注意，这个变量名需是在程序里面使用的变量名；
FileName为图像文件所在的完整路径以及文件名。需要注意的是，文件名是需要带后缀的，且后缀对应的图像格式必须是上一节介绍的Halcon支持的图像格式。

在调用时，通常需要录入上面两个参数，两个参数中间用逗号间隔开即可。

下面来一个实例。假设要打开“E:\Demo.jpg”的图像文件，使用第一种方式是直接键入一下语句

read_image (Demo, 'E:/Demo.jpg')

2.2 用“读取文件对话框”读取图像文件

这种方式可以视为第一种方式的一种快捷实现方式。具体的实现步骤是：

按CTRL+R快捷键打开读取图像对话框；
在对话框中选择文件名称所在的路径及变量名称；
选择语句插入位置；
点击确定。

其关键步骤是第二步，即在呼出的对话框中设定待读取的图像文件的路径和变量名称，然后自动添加对应的代码段。与第一种方式相比，这种方式有效减少录入路径和文件名所需要的时间，同时也能避免因为录入信息有误所导致的错误（比如路径信息不正确等）。在此为Halcon的设计者点赞，不愧是德国人设计的软件，用户至上。

第二种方式是在呼出的读取文件对话框中，可以手动选取图像文件，变量名称也可手动修改，默认值是文件名（无后缀），如下图所示。点击确定，就会在光标处插入对应的代码（和上面的一行代码完全一致）。大家可以自己练习一下。

除了上面介绍的针对读取单幅图像操作之外，还可以通过其他算子完成针对图像序列数据的读取。等到用到时再详细介绍。

3. Halcon显示图像文件

完成图像数据的读取后，通常跟着一系列的处理算子。为了更直接地观察处理过程，通常需要在指定窗口中显示某个处理结果，此时就需要图像显示功能。

Halcon提供的丰富的图像显示操作算子，在此主要介绍三种常见方式：

简单图像显示操作，通过调用disp_image算子；
彩色图像显示操作，通过调用disp_color算子；
通用图像显示操作，通过调用dev_display算子。

需要提前说明的是，上述各种显示图像的方式，都是在某个窗口里面显示图像信息的。该窗口可以提前创建，也可以临时创建。临时创建的优点是随用随创建，代码量小，但如果想在同一个窗口中完成不同的操作，则需要该窗口的句柄信息，这种情况下推荐提前创建窗口。

创建窗口的步骤一点都不复杂，首先使用dev_open_window算子创建一个窗口，然后使用dev_set_window算子将该窗口设置为活动窗口（即激活该窗口）。

具体操作可参考以下两行代码：

* 打开一个窗口
dev_open_window(0, 0, 512, 512, 'Demo', WindowHandle)

* 设置活动窗口
dev_set_window(WindowHandle)

以上代码完成的是，创建一个512*512大小的窗口，窗口名字是“Demo”，该名称会显示在床后的标题栏中，窗口的句柄是WindowsHandle，相当于该窗口对应的变量名。

下面详细介绍三种文件显示方法，最后配上一个实例，比较三种方法。

3.1 直接调用disp_image算子显示图像

使用disp_image算子显示图像非常简单，一般有两种方式，一种提供窗口句柄，一种是不需要提供句柄信息，如下：

disp_image(Image, WindowHandle)
disp_image(Image)

以后者为例，下面的代码完成读取图像和显示图像的功能，仅供参考。

* 读取图像
read_image(Image, 'example.tiff')
* 显示图像
disp_image(Image)

3.2 调用disp_color算子显示彩色图像

该算子只用于显示彩色图像，或者更准确地说，只用于显示RGB三通道的图像。

因此，在使用disp_color算子进行显示前，请确认带显示的图像是以RGB三通道形式存在。对于单通道的灰度图，需要提前使用convert_image_type算子可以将其转换为RGB格式：

* 将单通道灰度图Image转换为RGB三通道彩色图
convert_image_type(Image, ImageRGB, 'byte')
* 调用算子显示彩色图像
disp_color(ImageRGB)

其他方面，与disp_image算子使用要求一致。

3.3 调用dev_display算子显示多通道图像

最后介绍的dev_display算子是一种通用显示算子，能显示包括图像、区域、轮廓等在内的各类特定对象。该算子会根据输入参数中数据的类型信息，自动完成显示功能。

对于图像显示功能来说，disp_image算子和disp_color算子能做的事情，dev_display算子都能做，且可直接显示包括二值图像、单通道灰度图像、多通道彩色图像，等等。

在此也给出一个简单的实例，不再详细加以说明。

read_image(Image, 'example_image')
dev_display(Image)

4. Halcon保存图像文件

针对图像操作的三个基本操作，读取、显示和保存，本子节介绍最后的保存图像操作。

相对于读取和显示功能，在Halcon中实现图像保存操作的算子比较单一，主要通过write_image算子实现。该算子允许将图像保存为多种格式，如BMP、PNG、JPEG、TIFF等。以下是相关介绍及实例。

该算子的声明如下：

write_image(Image, Format, FillColor, FileName)

参数说明：

Image: 要保存的图像。
Format: 图像保存格式，如 'bmp', 'png', 'jpeg', 'tiff' 等。
FillColor: 填充颜色，通常用于单通道图像保存为多通道格式时。
FileName: 保存的文件路径及名称。

下面给出一个简单的实例

read_image(Image, 'particle')
* 保存图像
write_image(Image, 'bmp', 0, 'output_image.bmp')

5. Halcon获取图像信息

图像通常有空间分辨率（即长度宽度）、通道（单色图像还是彩色图像）、存储数据类型（单个像素点对应的存储数据类型）、图像格式等信息。Halcon提供了丰富的算子，方便快捷地获取上述图像信息。

5.1 获取图像的尺寸信息

可以使用get_image_size算子获取图像的尺寸信息。该算子的声明如下：

get_image_size(Image, Width, Height)

图像的宽度和高度信息，分别赋值给指定的变量中。

下面给出一个使用该算子进行指定窗口大小显示图像的实例。

* 读取图像
read_image(Image, './source.jpg')

* 获取图像尺寸
get_image_size(Image, Width, Height)

* 打开窗口并显示图像
dev_open_window(0, 0, Width, Height, 'black', WindowHandle1)
dev_display(Image)

在上述代码中，首先使用 read_image 算子读取图像，然后使用 get_image_size 算子获取图像的宽度和高度。接下来，使用 dev_open_window 和dev_display算子在指定大小的窗口（与图像尺寸一致）中显示图像。

5.2 获取图像的数据类型信息

可以使用get_image_type算子获取图像的类型信息。该算子的声明如下：

get_image_type(Image, Type)

该算子返回的图像类型包括12种，即Type ='byte', 'complex', 'cyclic', 'direction', 'int1', 'int2', 'int4', 'int8', 'real', 'uint2', 'vector_field_absolute', 'vector_field_relative'。

至于各种类型的具体含义，以及对应的图像类型，在此不再详细介绍。另外，对于多通道的输入图像，该算子返回第一个通道的类型。

本节小结：

简要介绍了Halcon提供的图像操作基本三件套：读取、显示和保存。各位需要牢记每一种各种基本操作对应的算子。此外，还介绍了获取图像尺寸信息和数据类型信息的两个算子。

下一节将介绍Halcon有关图像几何变换的各种算子。

（初稿完成，最新更新2025-01-29）

本专栏将介绍基于Halcon的各种传统经典的数字图像处理技术，所介绍内容基本与Gonzalez的教材保持一致。作为学习和实践DIP技术的入门教程。

感谢大家的支持和浏览，本专栏将持续更新，每篇的篇幅控制在5000字左右，这样大家阅读起来也比较轻松。估计2025年上半年完成全部内容，欢迎加收藏。但由于到了假期，更新的速度不会很快。

本人保证，在专栏全部完成之前，将会一直免费。