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第一章 HALCON
恭喜諸位。
您採用了這套在產品研發,研究以及教育方面都有頂尖表現的影像分析軟體。
HALCON 可在 UNIX,NT/2000/xp 等等平台下作業,它獨特的 Library 提供了千餘個為影像
分析作業,資料視覺化,除錯等等功能所設計的運算子,使用者可以利用它的功能以 C 及
C++等程式語言自行撰寫影像處理程式。
此外,HALCON 亦支援 Windows NT/2000/XP 下的 COM 介面,所以您也可以透過 Visual
Basic 使用它,使得系統的整合更為容易。
HALCON 的設計使得影像區域,邊緣,以及等值線的處理上更方便,最佳化的演算法讓這套
軟體在一般的硬體上也有很好的運算速度。
HALCON 包含了名為 HDevelop 的程式設計介面,減少了設計軟體所花的時間,還有一個好
用的線上說明,您可以查到關於 HALCON 運算子間功能相近的替代者,可能的變化,以及
交互的參考。
HALCON 從 6.0 版開始提供兩個版本,除了標準版外,還有支援平行運算的 parallel
HALCON,可使用多 CPU 的機器,提高運算速度。
以下是 HALCON 特點的說明
1.1
HALCON 強化的 opreator library 提供有效率又有彈性的影像處理功能,簡化了影像程式
的設計
HALCON operator library 有千餘個運算子。所有的 HALCON 應用程式(像是 HDevelop 和
HALCON C++程式)皆是利用這個 library 來工作。
這些運算子功能廣泛,包含了簡單的讀取影像,到複雜的像是 Kalman 濾波等。基本上這些
運算子各有其單一功能,而非包含了各種運算,因此一個影像分析功能是由好幾個運算子組
成的,所以其彈性遠大於由少數而複雜的運算子組成的分析程式。特化而複雜的運算子往往
只適用於某些工作甚至於影像,應用範圍狹窄。相對於這種窘境,HALCON 運算子卻能任
意組合來完成工作。
眾多的運算子中,有些是以不同的演算法來達到相同的功能,例如只需要粗略定位時,可用
fast_match 來作最快的運算,需要精確定位時,用 best_match,以較多的時間來求得最準
確結果。
1
HALCON 可處理彩色及多頻道影像
可用於計算的影像資料,包含二值化影像,單色,彩色,或是多頻影像,在使用上並無差別。
(多頻道影像是以多鏡頭系統取得的影像資料)。
HALCON 提供了快速有效率的 region 處理計算
除了使計算更容易外,region 尺寸無限制,甚至於可以重疊,而 region 資料經過最佳的編碼
處理,在記憶體中所佔的資源極少。
HALCON 可做 ROI 的計算
每個影像中的物體都可由使用者自行定義其 region,接著再由運算子進行計算時就可以只針
對定義區域作處理,因此可以集中運算資源和速度,達到最好的效率。
HALCON 提供了快速的 pattern 匹配計算
pattern 匹配在許多應用上是很有用的,但是卻很花時間,HALCON 有許多不同的 pattern 演
算法,可以讓您自行決定何時使用。
HALCON 提供了形狀導向(shape-based)的匹配計算,使得物體有重疊或是旋轉雜置的狀況
下仍可計算。除了 pattern 匹配外,形狀導向的運算子可以在物體有縮放,照明改變,旋轉
或重疊等等情況下仍舊能辨認出物體。從 6.1 版開始,還有一個輔助工具 HMatchIt,透過簡
易的設定即可用來測試匹配執行的效率,藉由參數的調整讓您找出最佳的設定值,達到最快
的計算速度。
HALCON 提供了方便有效的 tuple 功能
tuples 是一種很有用的功能,使您處理影像,區域,參數等等資料集合時更為便利。HALCON
的 tuples 可以將相關資料整合成一個物件,使用者可以針對單一或多個 tuples 作處理,您就
不必為一個 tuple 中有多少元素要處理而煩惱,只要將指定的 tuple 丟給運算子,HALCON
就會處理 tuple 中所有要計算的元素。
HALCON 在影像和資料管理上效率卓著
HALCON 有個快速有效率的記憶體管理核心,這個機制提供了資料的讀寫,還有溢位的檢
查。為了提高效率,共用的影像資料不會在記憶體中重複。
HALCON 支援 C,C++以及 COM 的程式設計
您可以在自己撰寫的 C,C++和 COM 程式中使用 HALCON 運算子,完成一個獨立的程式。
HALCON 的 HDevelop 工具幫助您發展影像分析程式
撰寫影像分析程式通常是曠日費時,為了幫助設計人員找出合適的運算子及參數,HALCON
發展出一套工具程式 HDevelop。它如幫助您呢? 首先 HDevelop 有一個圖形介面,要使用
的運算子和要分析的影像一目瞭然,運算子可以自行組合,計算成果即時顯示在影像中,可
2
以幫助使用者了解不同運算子和參數對計算的影響。同時它也會提出一些運算子或參數的建
議,線上輔助除了解釋運算子如何工作外,還有範例的說明。
當您覺得計算成果滿意了,可以把設計好的成果存成 HDevelop 的專用檔案,下次可再叫用,
或者是將其輸出成 C,C++或 COM 的程式碼,可供其他程式套用,就像自行撰寫的程式一
樣。
HALCON 可連接 40 餘種影像擷取設備
目前支援的設備列表在 http://www.mvtec.com/halcon/,要連接取像設備,只要用運算子
open_framegrabber,給予格式或擷取模式等參數,再來用運算子 grab_image 即可取得影
像。
HALCON 可以讓您自行新增取像設備
如果您用的取像設備 HALCON 尚未支援,您可以利用專用介面連接。HALCON 有個開放的
介面,配合一些程式碼,就可以和 HALCON 連接,相關的說明請參考 Frame Grabber
Integration Programmer's Manual。
1.2 可執行 HALCON 的作業系統
下表說明了可執行 HALCON 的作業系統
Operating System Processor Compiler
Windows NT 4.0 /2000 /XP compatible to Intel Pentium MS Visual Studio 3
Linux 2.2/2.4 compatible to Intel Pentium gcc 2.95
Solaris 7 SPARC CC 5.2
IRIX 6.5 MIPS CC
Tru64 UNIX 5.1 Alpha cxx
可執行HALCON 的作業系統一覽表
請 注 意,在 Linux 下需要 libc6(glibc-2.1.x),這是在大部分的 Linux 系統像是 RedHat 或 SuSe
下需要的,請參考相關文件。
HALCON 也可以在 Philips TriMedia DSP 上執行,主機電腦需安裝 NT/2000/XP,這部分
請參考 HALCON/C 之 User's Manual。
3
1.3 Parallel HALCON 簡介
簡單的說,標準版的 HALCON 是在單處理器的電腦上執行單執行緒計算,在 NT/2000/XP,
Linux,Solaris,HALCON 是 thread-safe,也就是可以做多緒執行,不過所有的運算子執行
時都是獨一的,所以執行緒間必須要互相等待。
相對來說,Parallel HALCON 支援平行運算,是 thread-safe 以及 reentrant,也就是不同的
執行緒可以同時呼叫同一個運算子,可使用的作業系統包含 NT/2000/XP,Linux,Solaris。
除了平行運算外,Parallel HALCON 在多處理器的系統上,會自動將運算子作平行化,舊的
HALCON 也有此功能,像是 HDevelop 這個介面,所以您開發的 C++,C,不必再做更動。
平行化的機制是將要處理的資料,例如影像,由不同的處理器上執行不同的執行緒(所謂的
data parallelism),例如一張影像的濾波運算,在一個四處理器的電腦上執行時,計算工作會
被分成四份,由四個執行緒負責,每個執行緒都是做相同的濾波計算。由於待處理的影像在
系統中不必複製,因此 HALCON 的這種設計構想可以達到最好的效率。
至於平行化或資料分配的的程度可以即時掌控,以免造成反效果,例如一張很小的影像,又
要將資料分散處理反而會浪費時間,此外,不是所有的運算子做平行化都能提高效率。
此外,parallel HALCON 是用於記憶體共用的系統中,像是典型的多 CPU 主機板,這樣不同
的執行緒才能共用一個 HALCON 資料庫,同時也不必再複製影像而造成佔用記憶體。這樣
一來有些系統是不適合執行 HALCON 的,像是 cluster 式的工作站或是一些不提供共用記憶
體的系統。
Parallel HALCON 也不提供 COM 介面,包含平行化機制和 reentrant,這是因為撰寫 COM
的主要工具,Microsoft 的 Visual Basic ,尚未有效支援多緒執行之故。
4
1.4 其他資料
下列的手冊提供了各種參考資料
HDevelop User's Manual
介紹與 HALCON 核心功能連結的圖形使用者介面 HDevelop。
HALCON/C++ User's Manual
如何在您寫的 C++程式中使用 HALCON library。
HALCON/C User's Manual
如何在您寫的 C 程式中使用 HALCON library。
HALCON/COM User's Manual
如何在您寫的 COM 程式中使用 HALCON library,例如使用 Visual Basic。
Extension Package Programmer's Manual
如何自己設計一個運算子,並將其整合到 HALCON 中。
Frame Grabber Integration Programmer's Manual。
如何將一個新的取像設備加入 HALCON 的系統中。
HALCON/HDevelop,HALCON/C++,HALCON/C,HALCON/COM
所有 HALCON 運算子的參考手冊。
Application Guide
這是幾份各自獨立的文件,即所謂的 Application Note,是以工業視覺應用的觀點來寫的,
主要是說明一些計算方式的關鍵以及使用時的注意事項以及要訣等等。例如以型狀導向匹配
來尋找物體等等。
在 MVTec 的網站上所有的參考手冊都有 PDF 檔及 HTML 文件可以下載,網址為
http://www.mvtec.com/halcon
5
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