[Halcon匹配] 创建形状模板自动设置对比度

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一. 对比度参数作用

对比度参数用于筛选图像中的有效边缘，确保模板仅包含鲁棒的特征：

• 低对比度（HysteresisLow）：
  定义边缘检测的下限阈值。低于此值的边缘会被完全忽略，避免噪声或微弱变化干扰模板。
• 高对比度（HysteresisHigh）：
  定义边缘检测的上限阈值。高于此值的边缘会被直接保留，确保显著特征始终被选中。
• 双阈值机制（类似Canny边缘检测）：
  介于低、高阈值之间的边缘，仅当它们连接到高阈值边缘时才会保留，从而形成连贯的轮廓。

示例场景

• 低对比度图像：
  若目标边缘模糊（如光照不足），需降低低阈值（HysteresisLow）以避免丢失有效边缘，但需配合最小轮廓长度（MinSize）过滤噪声。
• 高噪声图像：
  提高高阈值（HysteresisHigh）以减少噪声干扰，同时调整低阈值平衡细节保留。

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二. 动态计算形状模型最佳参数

// [2025-05-21][罗文][注释说明]
// 自动优化金字塔层级（num_levels）和对比度参数（HysteresisContrast、MinContrast）
// 算法原理：基于图像信噪比自动计算最优金字塔层级，通过直方图分析确定最佳对比度阈值
// 优点：减少手动调参时间，适合快速原型验证
// 缺点：自动参数可能在以下场景失效：
//       - 图像信噪比<15dB的低对比度场景
//       - 存在结构噪声干扰（如规则纹理背景）
// 建议使用场景：
//       - 光照条件稳定的检测环境
//       - 模板图像清晰度>80%的工况
HTuple parameterValue, HysteresisContrast, MinContrast;
HTuple parameterName = modelImg.DetermineShapeModelParams( "auto",  // ParametersHTuple(createParam.m_modelAngleStart).TupleRad(),   // AngleStartHTuple(createParam.m_modelAngleExtent).TupleRad(),  // AngleExtentcreateParam.m_ScaleMin, /* ScaleMin */  createParam.m_ScaleMax,  // ScaleMax"auto", /* m_Optimization */ "use_polarity",  /* m_Metric  */"auto", /* Contrast */       "auto",         /* MinContrast */  "all",   /* Genericity */&parameterValue);

参数名集合ParameterName与参数值parameterValue集合对应关系：

	ParameterName	ParameterValue
0	‘num_levels’（金字塔）	4
1	‘angle_step’	0.030651
2	‘scale_step’	0.0153249
3	‘optimization’（最优化）	‘none’（存储所有模型点）
4	‘contrast_low’（低对比度）	66
5	‘contrast_high’（高对比度）	72
6	‘min_size’（最小轮廓长度）	4
7	‘min_contrast’（最小轮廓长度）	66

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三. 应用动态计算的形状模型参数

MS_CreateScaleShapeModelParam createParam = shapeModel().m_createScaleShapeModelParam;if (createParam.m_isAutoSetContrast == true) { //自动设置对比度determineShapeModelParams(_inImg, createParam, parameterValue);angleStep = parameterValue[1];scaleStep = parameterValue[2];hysteresisContrast = HTuple(parameterValue[4]).Append(parameterValue[5]).Append(parameterValue[6]);minContrast = HTuple(parameterValue[7]);}else{angleStep = "auto";     // 高级参数界面未开放，这里使用默认scaleStep = "auto";     // 高级参数界面未开放，这里使用默认hysteresisContrast = HTuple(createParam.m_contrast_1st).Append(createParam.m_contrast_2nd).Append(createParam.m_contrast_3rd);minContrast = "auto";   // 高级参数界面未开放，这里使用默认}if (createParam.m_ScaleMin == 1 && createParam.m_ScaleMax == 1){shapeModel().m_model = modelImg.CreateShapeModel(HTuple(createParam.m_pyramidLevel), \HTuple(-0.5 * createParam.m_modelAngleExtent).TupleRad().D(), \HTuple(createParam.m_modelAngleExtent).TupleRad().D(), \HTuple(angleStep), \HTuple(createParam.m_Optimization.toStdString().c_str()), \HTuple(createParam.m_Metric.toStdString().c_str()), \hysteresisContrast, minContrast);}else{shapeModel().m_model = modelImg.CreateScaledShapeModel(HTuple(createParam.m_pyramidLevel), \HTuple(-1 * createParam.m_modelAngleExtent).TupleRad(), \HTuple(2 * createParam.m_modelAngleExtent).TupleRad(), \HTuple(angleStep), /*角度步长*/ \HTuple(createParam.m_ScaleMin), \HTuple(createParam.m_ScaleMax), \HTuple(scaleStep), /*缩放步长*/\HTuple(createParam.m_Optimization.toStdString().c_str()), \HTuple(createParam.m_Metric.toStdString().c_str()), \hysteresisContrast, minContrast);}

可以看到，在创建模板算子的对比度参数hysteresisContrast中，还引入了最小轮廓长度（MinSize）的数值，其作用是即使边缘通过了对比度筛选，仍需通过长度过滤，三者共同作用，形成一个分层过滤机制：

• 对比度阈值：初步筛选出显著边缘。
• 最小轮廓长度：二次过滤，确保边缘具有实用几何意义，过滤到比该值小的轮廓，只要比该值大的轮廓做模板。

除了自动获取创建模板所需要的对比度参数外，还可以手动微调，通过可视化的方式确认：

• 观察边缘提取结果：
  使用EdgesImage可视化边缘，检查是否覆盖目标轮廓。

HEdges edges = Image.EdgesImage("canny", 1.0, 20, 40); // 调整阈值观察效果

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下雨天，最惬意的事莫过于躺在床上静静听雨，雨中入眠，连梦里也长出青苔。