图像预处理—— ROI（感兴趣区域）

ROIRegion of Interest感兴趣区域指图像中需要重点处理的目标区域。通过限定处理范围可以减少计算量、提升算法运行速度排除无关背景的干扰是机器视觉项目中最常用的优化手段之一。研究ROI最重要的目的就是根据我们所需要重点处理的区域创建合适的ROI进行处理以便降低计算量、提高速度。一、选择ROI的步骤步骤一选择关注区域创建区域对象在采集到原始图像后即可通过图像处理得到特定区域常规的有矩形、圆形以及椭圆形。此时选择的区域还不能称为ROI它还只是形状或者说是像素范围。步骤二限制处理定义域如果要将选择的区域变成独立的图像还需要将其从原图上“裁剪”出来。在Halcon中可以通过reduce_domain算子将其截取出来成为单独的一幅图片。二、固定参数创建 ROI敲代码通过算子直接指定坐标参数生成标准形状的 ROI 区域本质是 Region 区域对象参数固定、运行稳定是量产项目的主流方式。1. 常用 ROI 生成算子轴对齐矩形gen_rectangle1生成与坐标轴平行的矩形区域适合方正的目标。gen_rectangle1 (Region, Row1, Column1, Row2, Column2)Region输出生成的矩形区域对象Row1, Column1矩形左上角的行、列坐标Row2, Column2矩形右下角的行、列坐标圆形gen_circle生成正圆形区域适合圆形、点状目标。gen_circle (Circle, Row, Column, Radius)Circle输出生成的圆形区域对象Row, Column圆心的行、列坐标Radius圆形的半径单位像素2. ROI 生效算子reduce_domain这是 ROI 处理最重要的步骤作用是将原始图像的**处理定义域Domain**限制在指定的 ROI 区域内后续所有图像处理算子仅对 ROI 内的像素生效。reduce_domain (Image, Region, ImageReduced)Image输入原始图像Region作为 ROI 的区域对象ImageReduced输出缩减定义域后的图像关键说明reduce_domain不会改变图像的整体尺寸仅限定有效处理区域不属于图像裁剪。缩减后的图像仍保留原图尺寸ROI 外的区域不再参与计算从而实现提速和抗干扰。3. 完整代码示例固定圆形 ROI* 1. 读取原始图像 read_image (Image, claudia) * 2. 生成固定参数的圆形区域图像中心半径100 gen_circle (Circle, Height/2, Width/2, 100) * 3. 缩减图像定义域得到ROI有效图像 reduce_domain (Image, Circle, ImageReduced)4. 像素信息查看在图形窗口中将鼠标悬停在图像任意位置可实时查看两项信息当前像素的坐标行号、列号对应位置的灰度值 / RGB 三通道数值该功能可以辅助手动定位 ROI 的坐标参数为代码创建 ROI 提供数值参考。三、交互式创建 ROI人机交互通过draw_系列算子允许用户在图像窗口中用鼠标手动绘制 ROI程序自动获取绘制的坐标参数。适合目标位置不固定、需要人工框选目标的调试或检测场景。1. 通用执行流程在窗口中显示原始图像创建图像窗口句柄调用交互绘制算子鼠标手动绘制形状返回形状的坐标参数用对应gen_算子根据返回参数生成正式的 ROI 区域执行reduce_domain得到缩减定义域的 ROI 图像2. 常用交互绘制算子轴对齐矩形draw_rectangle1draw_rectangle1 (WindowHandle, Row1, Column1, Row2, Column2)输入窗口句柄WindowHandle输出矩形左上角Row1,Column1、右下角Row2,Column2操作按住鼠标左键拖动绘制右键结束绘制过程中可拖动边缘调整尺寸、拖动中心移动位置。圆形draw_circledraw_circle (WindowHandle, Row, Column, Radius)输出圆心坐标Row,Column半径Radius旋转矩形draw_rectangle2支持绘制带倾斜角度的矩形适配旋转的目标。draw_rectangle2 (WindowHandle, Row, Column, Phi, Width, Height)输出中心坐标Row,Column旋转角度Phi半宽Width半高Height所有3. 完整代码示例交互矩形 ROIdev_close_window() *读取图像 read_image (Image, claudia) *创建窗口 get_image_size (Image, Width, Height) dev_open_window (0, 0, Width, Height, black, WindowHandle) dev_display(Image) *创建ROI *矩形 * draw_rectangle1 (WindowHandle, Row1, Column1, Row2, Column2) * gen_rectangle1 (Rectangle, Row1, Column1, Row2, Column2) * reduce_domain (Image, Rectangle, ImageReduced) *圆形 * draw_circle (WindowHandle, Row, Column, Radius) * gen_circle (Circle, Row, Column, Radius) * reduce_domain (Image, Circle, ImageReduced) *椭圆 draw_ellipse (WindowHandle, Row, Column, Phi, Radius1, Radius2) gen_ellipse (Ellipse, Row, Column, Phi, Radius1, Radius2) reduce_domain (Image, Ellipse, ImageReduced)写程序的时候一般要有提示语句4.创建多边形ROIdraw_polygon代码实例dev_close_window() read_image(Image, claudia) dev_open_window(0,0,-1,-1,black,WinID) dev_display(Image) draw_polygon(Region,WinID) shape_trans(Region,Filled,convex) reduce_domain(Image,Filled,ImageReduced)解释第 3 行dev_open_window(0,0,-1,-1,black,WinID)打开图形显示窗口参数 1、2窗口左上角坐标(行0,列0)参数 3、4窗口宽、高写-1,-1代表自适应匹配图像尺寸black窗口背景颜色为黑色WinID输出窗口句柄窗口唯一标识后面交互绘图需要传入第 5 行draw_polygon(Region,WinID)交互式绘制多边形 ROI程序运行到这一行暂停在WinID对应的窗口中允许鼠标绘制多边形。操作鼠标左键点击添加顶点鼠标右键闭合多边形完成绘制。Region输出绘制完成后得到多边形轮廓区域仅边线默认不填充。第 6 行shape_trans(Region,Filled,convex)区域形状变换模式convex凸包变换输入Region为我们手绘的多边形轮廓输出Filled得到手绘多边形顶点构成的凸包填充区域作用把手绘不规则多边形生成封闭填充的凸形区域作为可用 ROI。补充常用模式filled直接填充原区域convex凸包包围所有顶点最小凸多边形。第 7 行reduce_domain(Image,Filled,ImageReduced)ROI 核心算子缩减图像定义域Image原始图像Filled作为 ROI 的凸包填充区域ImageReduced输出图像只有 ROI 内部像素参与后续运算ROI 外不再处理。整体流程关闭窗口 → 读取图片 → 创建显示窗口 → 显示图片 → 交互手绘多边形 → 生成凸包填充 ROI → 将图像处理范围限制在 ROI 内注convex凸包适合手绘顶点散乱、需要外围包围区域的场景filled适合严格按照手绘轮廓填充。四、ROI 可视化创建1.ROI 可视化工具界面HDevelop 的 ROI 交互窗口是可视化创建区域的重要面板组成顶部菜单栏文件、ROI 类型、操作、绘制、编辑、工具工具栏包含 ROI 绘制工具、集合运算切换、参数编辑、在程序中插入代码核心按钮下方参数面板实时显示选中 ROI 的类型、坐标参数、周长、面积等几何信息窗口联动在图形窗口绘制的 ROI 会同步显示在 ROI 参数列表修改参数也会同步更新图形2.基础 ROI 图形创建通过 GUI 拖拽绘制基础形状后可自动生成对应 Halcon 算子代码三种最常用基础 ROI轴平行矩形绘制方式在图像窗口拖拽生成正矩形边与坐标轴平行对应算子gen_rectangle1语法gen_rectangle1 (ROI_0, Row1, Column1, Row2, Column2)参数左上角行列坐标Row1/Column1、右下角行列坐标Row2/Column2示例gen_rectangle1 (ROI_0, 49, 43, 189, 294)旋转矩形绘制方式绘制可自由旋转的矩形支持调整角度与长宽对应算子gen_rectangle2语法gen_rectangle2 (TMP_Region, Row, Column, Phi, Length1, Length2)参数中心行列坐标、旋转角度弧度用rad()将角度值转为弧度、长半轴、短半轴示例gen_rectangle2 (TMP_Region, 307, 145, rad(-56.3099), 97.3499, 47.4269)圆形绘制方式拖拽生成正圆形区域对应算子gen_circle语法gen_circle (TMP_Region, Row, Column, Radius)参数中心行列坐标、圆形半径示例gen_circle (TMP_Region, 195, 192, 86.6833)3.ROI 区域集合运算多个基础 ROI 可通过集合运算组合成复杂形状ROI 窗口「操作」菜单提供 4 种标准运算对应 Halcon 区域算子GUI 显示名称对应算子运算效果合并union2两个区域取并集保留所有覆盖的像素合并为一个完整区域交集intersection仅保留两个区域相互重叠的公共部分差集difference用第一个区域减去与第二个区域重叠的部分运算顺序直接影响结果XOR对称差symm_difference保留两个区域中互不重叠的部分等价于「并集 - 交集」运算规则首个创建的区域为主 ROI默认命名ROI_0后续新建的为临时区域默认命名TMP_Region执行运算后结果会覆盖存入主 ROI 变量ROI_0临时区域作为运算参数示例union2 (ROI_0, TMP_Region, ROI_0)// 将临时矩形合并到主 ROI 中补充可以计算多个区域之后的运算结果限制定义域最终得到想要的ROI4.可视化 ROI 转代码完整流程加载底图执行read_image(Image, claudia)读取图像作为 ROI 绘制的参照调出 ROI 工具在图形窗口打开 ROI 绘制工具栏或开启独立 ROI 窗口绘制基础区域选择 ROI 类型在图像上拖拽绘制第一个主区域ROI_0组合运算可选切换集合运算模式绘制新的临时区域自动完成运算生成代码点击 ROI 窗口工具栏「在程序中插入代码」按钮所有绘制 运算步骤会自动以算子形式插入到程序窗口精调参数可选在 ROI 参数面板直接修改坐标、半径等数值精确调整 ROI5.补充说明ROI 参数面板可实时查看区域的周长、面积等几何特征方便快速校验区域大小所有可视化操作最终都可转化为标准 Halcon 代码适合快速调试 ROI 位置后再移植到正式工程任意复杂形状的 ROI都可以通过「基础几何形状 多次集合运算」组合实现五、三种方式适用场景总结方式参数稳定性效率灵活度适用场景核心算子固定参数代码完全固定可复现最高最低量产稳定项目gen_rectangle1、gen_circle交互式代码人工绘制不固定最低最高现场调试、抽检draw_系列 对应gen_算子可视化 GUI可固化参数调试效率高较高前期调试、原型开发自动生成gen_与集合运算算子六、其他内容——与窗口的创建和查看相关就近显示原则激活窗口