5、区域特征分析和区域提取

1、区域的运算

在学习特征分析之前，先了解一下几个区域的基本运算方式。

区域的运算主要包含：区域作差、区域合并、区域集合、区域的选择、区域的填充、区域的骨架等。在项目中，根据实际需要，灵活的选择相应的计算方式。

在Halcon创建两个矩形，作为后面算子测试用：

  1. *生成两个矩形区域
  2. gen_rectangle1 (Rectangle1, 123, 196, 186, 356)
  3. gen_rectangle1 (Rectangle2, 123+20, 196+20, 186-20, 356-20)

区域作差：将一个区域减去另一个区域，便得到区域的差值。

算子：difference 

如：

  1. *两个矩形区域做差
  2. difference (Rectangle1, Rectangle2, RegionDifference)

区域合并（求和）：将一个区域和另外一个区域求和，便可以将两个区域合并成一个区域。

算子：union1、union2 

如：

  1. *区域的合并,union1是对集合的合并，union2是对区域的加
  2. union2 (RegionDifference, Rectangle2, RegionUnion)

区域集合：将两个或者两个以上的区域放入一个集合中，这个集合称为区域的集合。特别注意的是：在集合中，每个区域都是孤立的，并没有进行合并，要与区域的和进行区分，每一个区域称为一个obj

算子：concat_obj 

如：

  1. *两个区域放到一个集合
  2. concat_obj (Rectangle1, Rectangle2, ObjectsConcat)

区域的选择：从区域集合中进行区域的选择。

算子：select_obj。参数3：要选择的区域ID号。

如：

  1. *区域的选择:参数3表示要选择的第几个区域
  2. select_obj (ObjectsConcat, ObjectSelected, 2)

区域的填充：对区域中的孔洞进行封闭，称为孔洞的填充。

算子：fill_up 

如：

  1. *区域的填充
  2. fill_up (RegionDifference, RegionFillUp)

区域骨架的求取：区域的骨架可以理解为图像的中轴，骨架求取就是求取区域中轴的过程。

算子：skeleton、fill_up_shape

如：

  1. *区域骨架的求取
  2. skeleton (RegionFillUp1, Skeleton)
  3. *指定面积范围的区域的填充:参数4和参数5表示区域面积范围。不在面积范围的不填充
  4. fill_up_shape (RegionDifference, RegionFillUp1, 'area', 1, 10000)

 

2、区域的特征分析

在学习区域特征分析前，先了自我问一下，为什么要学习区域特征分析。根据前面所讲的，已经能够进行区域的分割和区域的提取了。这是因为，如果我们只想从分割出来的区域中提取指定要求的一个区域，那该如何选择呢？那这就需要给定提取区域的特征来进行提取。所以要对区域的特征分析，要根据每一个区域的特征，选择出我们需要的区域。

常用的区域区域特征：区域的面积、区域的最小外接矩形（长、宽跟角度）、区域的角度、区域的凸性、区域的圆度、区域的最小外接圆大小等。下面来对其进行具体讲解：

首先绘制一个矩形区域，变量名Region。

区域的面积：区域内像素点数量总。

算子：area_center

area_center (Region, Area, Row4, Column4)

区域的最小外接矩形：外接矩形长、宽的一半长、宽半轴，对应的矩形长轴方向称为区域的方向。区域的最小外接矩形，分为两种外接方式，如下图所示

算子：

smallest_rectangle2：最小外接矩形2

smallest_rectangle1：最小外接矩形1

区域的角度：区域的角度就是外接矩形的角度。

区域的凸性：每个区域都存在一个最小的凸性区域，这个区域内的任意位置两点连线都在该区域内，这样的区域称为区域的凸性区域。其中原区域与凸性区域的比值称为区域的凸性，范围0-1.

算子：

shape_trans：将区域转换为凸性区域（凸包）。

convexity：获取区域的凸性值

如：

  1. *凸集转换,'convex'生成凸集，也可以选择生成外接圆
  2. shape_trans (Region, RegionTrans, 'convex')
  3. *获取区域的凸性值，值保存在Convexity中。表示的是该区域面积和凸集的比值，范围0-1

区域的圆度：指区域边界是否接近圆形的程度，范围0-1。

算子：circularity

  1. *获取区域的圆度
  2. circularity (Region, Circularity)

区域的外接圆：能够将区域完全包含的圆区域，称为区域的最小外接圆。

算子：

smallest_circle：获取区域的最小外接圆

region_features ：获得区域的任意特征

如

  1. *获取区域外接圆
  2. smallest_circle (Region, Row3, Column3, Radius)
  3. gen_circle (Circle, Row3, Column3, Radius)
  4. *获取区域的特征，比如面积：'area'
  5. region_features (Circle, 'area', Value)

3、案例：遥控器上的字符特征提取

经过前面的阈值分割、形态学膨胀腐蚀、区域特征分析、区域运算等学习，利用这些知识可以对一幅图像中指定的区域进行提取出来。比如对一幅遥控器背面图像的操作说明的文字进行提取。

需求：提取遥控器上的字符区域，并计算每一个字符汉字区域的面积、外接矩形的长宽，然后将计算的值存储到txt文本文件中。

遥控器图片

分析：先将图片转换为灰度图，根据灰度值将遥控器区域提取出来，然后再去求取每个字符的区域，最后再对每一个字符串进行计算区域面积、外接矩形长宽。

 

程序实现讲解：

读取图片并灰度转换

  1. read_image (Image, '素材.jpg')
  2. *灰度转换
  3. rgb1_to_gray (Image, GrayImage)

通过静态全局阈值分割（根据灰度值不同来分割），将图片分割成不同区域。遥控器的图像区域比较亮，灰度值基本在180以上。灰度值查看方法前面已经说过，在图片窗口上，按住Ctrl键，鼠标跳出来的一个是鼠标坐标值、另一个就是灰度值。

  1. *静态阈值分割
  2. threshold (GrayImage, Region, 150, 255)

阈值分割后，每个区域的边缘比较凹凸，形态学开操作（腐蚀）。

  1. *开操作-腐蚀操作
  2. opening_circle (Region, RegionOpening, 3.5)

连通域标记操作

  1. *连通域标记，将几个区域分隔开
  2. connection (RegionOpening, ConnectedRegions)

将遥控器的区域选择出来，遥控器的区域面积最大，因此可以用面积来进行筛选。

  1. *方法1：遥控器区域面积大，可以用选择面积大的方法。将遥控的区域单独选择出来。
  2. *参数3：最大面积，参数4：百分比。
  3. select_shape_std (ConnectedRegions, SelectedRegions, 'max_area', 70)
  4. *方法2：根据凸性、或者遥控的外接矩形凸性来选择，

注意的是，提取出来的遥控器区域，字符所占的位置都是空的，因为字符是黑色的，在阈值分割的时候都已经分割开来了，因此要获得整个遥控图片所占区域，要将字符串的也位置填充起来。

  1. *填充：将字符串的填充起来
  2. fill_up (SelectedRegions, RegionFillUp)

将遥控器图像，从灰度图中裁剪下来

  1. *裁剪，将遥控器的图片区域从原图中裁剪下来
  2. reduce_domain (GrayImage, RegionFillUp, ImageReduced)

此时就可以对裁剪下来的遥控器图像进行特征分析了。字符是黑色的，遥控面板是白色的，灰度值区分还是很明显的。使用阈值分割即可

  1. *全局阈值：前两个数值：选择分割的图像灰度范围，最后一个是要选择的分割的面积（可以将一些点去掉）
  2. fast_threshold (ImageReduced, Region1, 0, 100, 20)

可以看到，此时提取出来的字符，是斜着的，并且很多字的笔画是分开的并没有连接起来，这样子的话程序是会将其当成多个字符区域。

因此先将这些字符转到水平。

  1. *求取区域的方向
  2. orientation_region (Region1, Phi)
  3. *求取区域的中心
  4. area_center (Region1, Area, Row, Column)
  5. *求取区域的角度，参数6：新的旋转之后的角度
  6. vector_angle_to_rigid (Row, Column, Phi, Row, Column, -3.1415*0.5, HomMat2D)
  7. *对区域旋转操作：转到水平
  8. affine_trans_region (Region1, RegionAffineTrans, HomMat2D, 'nearest_neighbor')

然后，再膨胀操作。先形态学闭运算、再竖直方向膨胀

  1. *膨胀操作-闭运算:
  2. *同一个字符相邻的区域先浓缩成一团：将左右连接在一起
  3. closing_circle (RegionAffineTrans, RegionClosing, 3.5)
  4. *然后再竖直方向膨胀，将竖直方向的都连接起来。参数3是宽度表示水平方向的，则值要设置的小
  5. dilation_rectangle1 (RegionClosing, RegionDilation, 1, 11)

此时连通域操作，将每个字标记分开

  1. *连通域操作：
  2. connection (RegionDilation, ConnectedRegions1)

观察发现，有一个逗号，还有“约3秒”、“按键”连接在了一起成了一个区域。

先去掉逗号，通过面积选择来操作

  1. *选择指定的区域：去除逗号,,逗号面积小，大概80.参数5和参数6表示的是筛选的区域面积范围
  2. select_shape (ConnectedRegions1, SelectedRegions1, 'area', 'and', 150, 99999)

分开连接在一起的字符比较麻烦，按下面的方法来实现。

将Region1旋转至水平和SelectedRegions1求交集才能求出完整的字符

  1. *旋转至水平
  2. affine_trans_region (Region1, RegionAffineTrans1, HomMat2D, 'nearest_neighbor')
  3. *两个区域求交集,得出遥控器上的字符串
  4. intersection (SelectedRegions1, RegionAffineTrans1, RegionIntersection)

然后对每个字符区域进行排序

  1. *区域的排序,参数5：选择排序方式以行排序
  2. sort_region (RegionIntersection, SortedRegions, 'first_point', 'true', 'row')

*“约3秒”、“按键”没有分割开，需要分割开。用区域外接矩形1,长度法提取出来

select_shape (SortedRegions, SelectedRegions2, 'rect2_len1', 'and', 30, 99999)

然后再对其进行分开操作

  1. *提取出来后再闭运算-膨胀
  2. closing_circle (SelectedRegions2, RegionClosing1, 1.5)
  3. *再竖直方向膨胀（使每个字符笔画都是连接的）
  4. dilation_rectangle1 (RegionClosing1, RegionDilation1, 1, 11)
  5. *连通域
  6. connection (RegionDilation1, ConnectedRegions2)
  7. *再求交集，获得字符
  8. intersection ( ConnectedRegions2,SelectedRegions2, RegionIntersection1)
  1. *生成空区域
  2. gen_empty_obj (EmptyObject)
  3. *RegionIntersection1求交集EmptyObject，放到生成的空区域中
  4. concat_obj (EmptyObject, RegionIntersection1, EmptyObject)

约3秒”、“按键”连起来的字符区域去掉，再加上“约3秒”、“按键”重新分割开的，形成完整的每个汉字都独立的区域

  1. ***“约3秒”、“按键”连起来的字符区域去掉，再加上“约3秒”、“按键”重新分割开的。
  2. *区域做差。
  3. difference (RegionIntersection, RegionIntersection1, RegionDifference)
  4. concat_obj (EmptyObject, RegionDifference, EmptyObject)

至此，遥控器上的每个独立的字符都已经提取出来了。下面要做的就是，每一个字符汉字区域的面积、外接矩形的长宽，然后将计算的值存储到txt文本文件中。

可以先统计总共有多少个字符，然后将字符进行排序，再写一个循环遍历程序对字符区域进行求面积、计算外接矩形的长宽，将所求的结果保存到数组中。最后将保存区域面积、外接矩形长款的数组数组写到txt文本中。

功能比较简单，直接贴出代码程序了，代码都有对应注释。

  1. *统计总共有多少个字符区域
  2. count_obj (EmptyObject, Number)
  3. *按行排序
  4. sort_region (EmptyObject, SortedRegions1, 'first_point', 'true', 'row')
  5. *创建一个数组，用来保存区域面积
  6. a:=[]
  7. *创建一个数组，用来保存外接矩形1边长L1
  8. L1:=[]
  9. *创建一个数组，用来保存外接矩形1边长L2
  10. L2:=[]
  11. *遍历
  12. for i:=1 to Number-2 by 1
  13. *
  14. select_obj (SortedRegions1, ObjectSelected, i)
  15. *区域面积
  16. area_center (ObjectSelected, Area1, Row1, Column1)
  17. *遍历的结果添加到数组中，并且添加tab符
  18. a:=[a,Area1,'\t']
  19. *外接矩形1的两个边长
  20. smallest_rectangle2 (ObjectSelected, Row2, Column2, Phi1, Length1, Length2)
  21. *遍历的结果添加到数组中，并且添加tab符
  22. L1:=[L1,Length1,'\t']
  23. *遍历的结果添加到数组中，并且添加tab符
  24. L2:=[L2,Length2,'\t']
  25. endfor
  26. *添加换行符
  27. a:=[a,'\r\n']
  28. *添加换行符
  29. L1:=[L1,'\r\n']
  30. *添加换行符
  31. L2:=[L2,'\r\n']
  32. ****将37个字符区域的面积和外接矩形1的两个边长参数写到txt文本中
  33. *新建txt。文件保存在程序根目录下
  34. open_file ('1.txt', 'output', FileHandle)
  35. fnew_line (FileHandle)
  36. *写到文本中.面积a
  37. fwrite_string (FileHandle, a)
  38. *另起一行再写。L1
  39. fnew_line (FileHandle)
  40. fwrite_string (FileHandle, L1)
  41. *另起一行再写。L2
  42. fnew_line (FileHandle)
  43. fwrite_string (FileHandle, L2)
  44. *关闭文件
  45. close_file (FileHandle)

最终保存到txt文本的数据

工程完整程序下载链接：

https://download.csdn.net/download/panjinliang066333/12206334

 

 

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