第一部分 快速入門
第1章 緒論 3
1.1 機(jī)器視覺的概念 3
1.2 機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成 4
1.3 機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn) 4
1.4 機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 5
1.4.1 在工業(yè)中的應(yīng)用 6
1.4.2 在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用 6
1.4.3 在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 7
1.4.4 在軍工及制導(dǎo)方面的應(yīng)用 8
1.4.5 在其他方面的應(yīng)用 8
1.5 機(jī)器視覺相關(guān)圖像處理庫(kù) 8
1.5.1 OpenCV 9
1.5.2 VisionPro 9
1.5.3 HALCON 10
1.5.4 其他圖像處理庫(kù) 10

第2章 視覺圖像采集設(shè)備 11
2.1 光源 11
2.1.1 電磁輻射 11
2.1.2 光譜特性及與被測(cè)物關(guān)系 12
2.1.3 光源類型 13
2.1.4 光源形狀及照明方式 13
2.2 鏡頭 17
2.2.1 高斯光學(xué) 18
2.2.2 遠(yuǎn)心鏡頭 19
2.2.3 鏡頭的主要參數(shù) 19
2.3 攝像機(jī) 21
2.3.1 攝像機(jī)傳感器類型 22
2.3.2 攝像機(jī)主要參數(shù) 22
2.3.3 攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)的接口 24
2.3.4 攝像機(jī)與鏡頭的接口 26

第3章 數(shù)字圖像基礎(chǔ) 27
3.1 數(shù)字圖像的產(chǎn)生 27
3.1.1 圖像數(shù)字化 27
3.1.2 數(shù)字圖像的表示 27
3.1.3 圖像文件格式 28
3.2 數(shù)字圖像分類 29
3.2.1 彩色圖像 29
3.2.2 二值圖像 30
3.2.3 灰度圖像 30
3.2.4 索引圖像 32
3.3 像素間的基本關(guān)系 32
3.3.1 相鄰像素和圖像鄰域 32
3.3.2 連通域 33
3.3.3 圖像中的距離度量方法 33
3.4 數(shù)字圖像基本性質(zhì) 34
3.5 圖像的基本特征 35
3.5.1 直方圖 35
3.5.2 圖像的熵 36
3.5.3 其他統(tǒng)計(jì)特征 37
3.6 圖像處理方法 37

第4章 HALCON 入門 39
4.1 認(rèn)識(shí)HALCON 39
4.1.1 HALCON 界面 39
4.1.2 菜單欄 40
4.1.3 工具欄 40
4.1.4 子窗口 41
4.2 HALCON 編程入門 43
4.2.1 圖像相關(guān)變量 43
4.2.2 控制變量 46
4.2.3 程序控制語句 50
4.3 瀏覽HALCON 例程及第一個(gè)HALCON 程序 51


第二部分 圖像處理算法
第5章 圖像常用數(shù)學(xué)運(yùn)算 57
5.1 代數(shù)運(yùn)算 57
5.1.1 加法運(yùn)算：add_image 57
5.1.2 減法運(yùn)算：sub_image、abs_diff_image 58
5.1.3 乘法運(yùn)算：mult_image 59
5.1.4 除法運(yùn)算：div_image 59
5.1.5 應(yīng)用實(shí)例 60
5.2 位運(yùn)算 62
5.2.1 “與”運(yùn)算：bit_and 62
5.2.2 “或”運(yùn)算：bit_or 62
5.2.3 “非”運(yùn)算：bit_not 63
5.2.4 “異或”運(yùn)算：bit_ xor 63
5.2.5 切片運(yùn)算：bit_ slice 63
5.2.6 其它位運(yùn)算 64
5.2.7 應(yīng)用實(shí)例 64
5.3 圖像插值方法 66
5.4 幾何變換 67
5.4.1 仿射變換原理 67
5.4.2 仿射變換相關(guān)算子 68
5.4.3 投影變換原理 69
5.4.4 投影變換算子：projective_trans_image 70
5.4.5 極坐標(biāo)變換：polar_trans_image_ext 70
5.4.6 應(yīng)用實(shí)例 71

第6章 圖像預(yù)處理方法 74
6.1 圖像增強(qiáng) 74
6.1.1 線性變換：scale_image 74
6.1.2 最大值范圍線性變換：scale_image_max 75
6.1.3 分段線性變換：scale_image_range 75
6.1.4 對(duì)數(shù)變換：log_image 76
6.1.5 圖像開方：sqrt_image 77
6.1.6 冪次變換：pow_image 77
6.1.7 直方圖均衡化：equ_histo_image 78
6.1.8 邊緣增強(qiáng)：emphasize 79
6.1.9 改善光照增強(qiáng)：illuminate 80
6.1.10 圖像增強(qiáng)應(yīng)用實(shí)例 80
6.2 圖像平滑濾波 82
6.2.1 均值濾波：mean_image 83
6.2.2 中值濾波：median_image 84
6.2.3 高斯濾波：gauss_filter 85
6.2.4 雙邊濾波：bilateral_filter 86
6.2.5 各向異性擴(kuò)散濾波：anisotropic_diffusion 87
6.2.6 導(dǎo)向?yàn)V波：guided_filter 88
6.2.7 頻域變換及濾波：rft_generic 88
6.2.8 圖像平滑濾波實(shí)例 89
6.3 邊緣提取方法 93
6.3.1 圖像梯度的概念 93
6.3.2 sobel 算子：sobel_dir 94
6.3.3 kirsch 算子：kirsch_dir 94
6.3.4 prewitt 算子：prewitt_dir. 95
6.3.5 frei 算子：frei_dir 95
6.3.6 roberts 算子：roberts 96
6.3.7 robinson 算子：robinson_dir 96
6.3.8 laplace 算子：laplace 97
6.3.9 高斯拉普拉斯算子：laplace_of_gauss 97
6.3.10 高斯差分：diff_of_gauss 98
6.3.11 canny 算子：edges_image 99
6.3.12 邊緣提取應(yīng)用實(shí)例 100
6.4 圖像的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)分析 103
6.4.1 形態(tài)學(xué)運(yùn)算基礎(chǔ) 103
6.4.2 膨脹運(yùn)算：dilation_circle 104
6.4.3 腐蝕運(yùn)算：erosion_circle 105
6.4.4 開運(yùn)算：opening_circle 105
6.4.5 閉運(yùn)算：closing_circle 106
6.4.6 擊中擊不中：hit_or_miss 107
6.4.7 其它形態(tài)學(xué)算子 108
6.4.8 形態(tài)學(xué)應(yīng)用實(shí)例 111
6.5 圖像分割 116
6.5.1 全局手動(dòng)閾值分割：threshold 116
6.5.2 Otsu 分割：binary_threshold 117
6.5.3 自動(dòng)閾值分割：auto_threshold 118
6.5.4 直方圖閾值分割：histo_to_thresh 119
6.5.5 字符閾值分割：char_threshold 119
6.5.6 局部閾值分割：local_threshold 120
6.5.7 動(dòng)態(tài)閾值分割：dyn_threshold 121
6.5.8 可變閾值分割：var_threshold 121
6.5.9 區(qū)域生長(zhǎng)分割：regiongrowing 122
6.5.10 分水嶺分割：watersheds 123
6.5.11 最大穩(wěn)定極值區(qū)域：segment_image_mser 124
6.5.12 圖像分割實(shí)例 125

第7章 模板匹配 131
7.1 模板匹配相似度計(jì)算方法 131
7.2 HALCON 模板匹配方法 133
7.2.1 快速匹配：fast_match 133
7.2.2 最佳匹配：best_match 134
7.2.3 相關(guān)匹配：find_ncc_model 134
7.3 模板匹配中的問題 135
7.3.1 匹配效率問題 135
7.3.2 縮放與旋轉(zhuǎn)問題 136
7.4 穩(wěn)定的匹配方法 137
7.4.1 基于邊緣的匹配 137
7.4.2 形狀匹配：find_shape_model 138
7.5 其他匹配方法介紹 140
7.5.1 利用hu 不變矩進(jìn)行匹配 140
7.5.2 Hausdorff 距離匹配 141
7.6 模板匹配實(shí)例 142

第8章 圖像特征 151
8.1 幾何特征檢測(cè) 151
8.1.1 霍夫變換直線檢測(cè)：hough_lines 152
8.1.2 霍夫變換圓檢測(cè)：hough_circles 153
8.1.3 霍夫幾何特征檢測(cè)實(shí)例 154
8.2 常用幾何特征擬合 155
8.2.1 直線擬合：fit_line_contour_xld 156
8.2.2 圓擬合：fit_circle_contour_xld 157
8.2.3 橢圓擬合：fit_ellipse_contour_xld 158
8.2.4 幾何特征擬合實(shí)例 158
8.3 特征點(diǎn)檢測(cè) 160
8.3.1 Harris 角點(diǎn)檢測(cè)：points_harris 160
8.3.2 FAST 特征點(diǎn)檢測(cè) 162
8.3.3 SIFT 特征檢測(cè) 164
8.3.4 特征點(diǎn)檢測(cè)實(shí)例 165
8.4 HOG 特征 167
8.5 紋理特征 168
8.5.1 灰度共生矩陣：gen_cooc_matrix 168
8.5.2 LBP 特征 169
8.5.3 紋理特征實(shí)例 171

第9章 機(jī)器學(xué)習(xí) 173
9.1 k-近鄰算法 173
9.1.1 k-近鄰算法原理 173
9.1.2 k-近鄰實(shí)例 174
9.2 多層感知機(jī) 176
9.2.1 多層感知機(jī)原理 176
9.2.2 多層感知機(jī)實(shí)例 178
9.3 支持向量機(jī) 180
9.3.1 支持向量機(jī)原理 180
9.3.2 支持向量機(jī)實(shí)例 182
9.4 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 184
9.4.1 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理 184
9.4.2 HALCON 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)例解讀 186

第10章 攝像機(jī)標(biāo)定和手眼標(biāo)定 188
10.1 攝像機(jī)標(biāo)定原理 188
10.1.1 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系 188
10.1.2 鏡頭畸變 191
10.2 標(biāo)定過程 192
10.3 手眼標(biāo)定 194
10.3.1 眼在手上 195
10.3.2 眼在手外 195
10.4 利用攝像機(jī)標(biāo)定進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量實(shí)例 196


第三部分 機(jī)器視覺應(yīng)用
第11章 缺陷檢測(cè) 201
11.1 缺陷類別 201
11.2 藥片缺陷檢測(cè) 202
11.3 劃痕缺陷檢測(cè) 205
11.4 織物瑕疵缺陷檢測(cè) 207

第12章 模式識(shí)別 211
12.1 字符識(shí)別 211
12.1.1 產(chǎn)品上的序列號(hào)識(shí)別 211
12.1.2 點(diǎn)陣字符識(shí)別 213
12.2 條形碼及二維碼識(shí)別 217
12.2.1 條形碼識(shí)別 217
12.2.2 二維碼識(shí)別 219
12.3 產(chǎn)品分類 220
12.3.1 利用多層感知機(jī)對(duì)金屬零件分類 220
12.3.2 利用支持向量機(jī)對(duì)藥品分類 223

第13章 視覺測(cè)量 228
13.1 芯片引腳距離測(cè)量 228
13.2 圓弧測(cè)量 231

第14章 機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建 234
14.1 HALCON 與C#混合編程開發(fā)離線字符識(shí)別系統(tǒng) 234
14.1.1 算法設(shè)計(jì) 234
14.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與算法集成 238
14.2 搭建一個(gè)在線檢測(cè)視覺圖像采集系統(tǒng) 246
14.2.1 在線圖像采集方法 246
14.2.2 利用攝像機(jī)SDK 實(shí)現(xiàn)在線視覺系統(tǒng)圖像采集 249


參考文獻(xiàn) 259