VisionPro 几何学工具 核心学习笔记
VisionPro 几何学工具是视觉测量中基于像素 / 定位空间，实现几何形状创建、查找、拟合、相交计算、距离 / 角度测量的专用工具集，所有操作均基于图像的坐标空间（可结合 Fixture 定位空间使用），常与卡尺、找圆、模板匹配等工具联动，传递参数实现复杂几何分析，是尺寸测量、轮廓检测、位置判断的核心工具。
几何学工具按核心功能分为 5 大类，各类工具分工明确、可联动传参，以下是全类型工具详解、核心参数、实操案例及工具联动技巧。
一、几何学工具五大分类及核心作用
几何学工具按功能划分为基础五类，覆盖 “形状创建→特征查找→位置计算→尺寸测量” 全流程，工具间可通过参数传递实现数据互通（如找圆结果传给创建工具、卡尺结果传给拟合工具）。
| 工具分类 | 核心作用 | 典型工具示例 | 核心应用场景 |
|---|---|---|---|
| 创建工具 | 根据指定参数（点、坐标、角度、半径等）手动创建标准几何形状 | CogCreateCircleTool（创建圆）、CogCreateLineTool（创建直线）、CogCreateLineBisectPointsTool（两点平分线） | 手动定义基准形状、创建参考线 / 参考圆、按已知参数生成标准几何特征 |
| 查找和匹配工具 | 基于卡尺 / 边缘检测结果从图像中查找实际几何形状（找圆 / 找线）；基于其他工具结果匹配最佳几何形状 | CogFindCircleTool（找圆）、CogFindLineTool（找线） | 从图像中提取工件的圆 / 直线轮廓、基于边缘特征查找实际几何特征 |
| 拟合工具 | 根据多个离散点 / 边缘点，通过算法拟合出最优几何形状（圆、直线、椭圆） | CogFitCircleTool（拟合圆）、CogFitLineTool（拟合直线）、CogFitEllipseTool（拟合椭圆） | 无规则边缘点的轮廓拟合、多特征点的标准形状生成、残缺轮廓的补全测量 |
| 交叉工具 | 计算两个几何形状（线与圆、线与线、线与椭圆等）的相交点 / 相交区域 | CogIntersectLineCircleTool（线圆相交）、CogIntersectLineLineTool（线线相交） | 判断形状位置关系、检测轮廓交点、计算相交坐标 |
| 测量工具 | 计算几何形状 / 特征点之间的距离、角度、垂直度、平行度等参数 | CogDistancePointLineTool（点到直线距离）、CogDistancePointPointTool（点到点距离）、CogAngleTwoLinesTool（两线角度） | 尺寸公差检测、位置偏差测量、几何关系判断（如点到线的最短距离） |
二、核心工具详解（含参数、实操、常见问题）
（一）查找工具：CogFindCircleTool（找圆）、CogFindLineTool（找线）
基于卡尺边缘检测结果，从图像中自动查找实际几何形状，是几何学工具中最常用的 “图像特征提取工具”，需配置卡尺相关参数和形状搜索范围。
1. 找圆工具：CogFindCircleTool
核心作用
通过多个卡尺检测边缘点，从图像中查找圆形轮廓，输出圆的圆心（X/Y）、半径、角度等参数，支持整圆 / 半圆 / 扇形搜索。
核心参数（界面关键配置）
| 参数 | 作用 | 配置要点 |
|---|---|---|
| 卡尺数量 | 参与找圆的卡尺数量 | 数量越多，找圆精度越高，速度越慢；常规选 8/12/16 个，均匀分布在圆周 |
| 搜索长度 | 每个卡尺的边缘搜索长度（像素） | 覆盖圆边缘即可，不宜过长（避免干扰） |
| 投影长度 | 卡尺的一维投影长度（像素） | 参考卡尺工具，与边缘宽度匹配 |
| 搜索方向 | 卡尺的边缘搜索方向 | 与圆边缘的灰度跳变方向匹配（如黑→白 / 白→黑） |
| 中心 X/Y | 圆的初始搜索中心坐标 | 手动框选工件圆心大致位置，缩小搜索范围 |
| 半径 | 圆的初始搜索半径 | 手动设置大致半径，缩小搜索范围 |
| 起始角度 / 角度范围 | 搜索的圆周角度范围 | 0-360°：整圆搜索；0-180°：半圆搜索；按需设置扇形范围（如 90-270°） |
| 半径限制 | 圆半径的有效范围 | 过滤异常半径结果，如设置 ±5 像素偏差 |
| 忽略点数 | 允许忽略的无效边缘点数 | 少量无效点（如噪音）可忽略，保证找圆稳定性 |
操作步骤
添加工具，链接输入图像（建议结合 Fixture 定位空间）；
手动框选圆的大致区域，自动生成初始中心 X/Y 和半径；
配置卡尺数量、搜索长度、角度范围等核心参数；
设置半径限制、忽略点数，过滤异常结果；
运行工具，输出实际圆的圆心、半径等结果。
2. 找线工具：CogFindLineTool
核心作用
通过卡尺检测边缘点，从图像中查找直线轮廓，输出直线的起点 / 终点、角度、长度等参数，支持最佳拟合线显示。
核心参数（关键配置）
交换搜索方向：快速切换卡尺的边缘搜索方向（如由左到右→由右到左）；
显示最佳拟合线：勾选后，基于边缘点生成最优拟合直线，提升检测精度；
其余参数（卡尺数量、搜索长度、投影长度）：与找圆工具一致。
常见问题及解决
问题：工件角度变化后，无法找到目标直线；
解决：1. 扩大卡尺的搜索范围，适配角度变化；2. 结合 Fixture 定位空间，让卡尺随工件旋转；3. 增加卡尺数量，提升直线检测的鲁棒性；4. 勾选 “显示最佳拟合线”，基于更多边缘点拟合直线。
（二）拟合工具：CogFitCircleTool（拟合圆）、CogFitLineTool（拟合直线）、CogFitEllipseTool（拟合椭圆）
拟合的核心原理：根据输入的多个离散点 / 边缘点（可从卡尺、找圆、找线工具获取），通过最小二乘法等算法，拟合出最接近这些点的标准几何形状，适用于 “无规则边缘点、残缺轮廓、多特征点” 的形状生成。
核心共性
输入：需传递图像源和多个特征点（如卡尺检测的边缘点、找圆工具的圆周点、手动标记点）；
输出：拟合后的标准几何形状参数（如拟合圆的圆心 / 半径、拟合直线的起点 / 终点 / 角度）；
联动：可直接接收其他工具的点集结果，无需手动配置卡尺参数。
典型实操案例：拟合直线
需求：基于找圆工具的结果，拟合一条目标直线
添加CogFindCircleTool，查找图像中的圆，获取圆的边缘点 / 圆心点；
复制找圆工具，粘贴到所选工具之后（复用图像源、定位空间等参数，提升效率）；
添加CogFitLineTool（拟合直线工具）；
为拟合直线工具传递参数：输入图像链接找圆工具的输出图像，输入点集链接找圆工具的边缘点 / 标记点；
运行工具，输出拟合后的直线参数（角度、起点 / 终点等）。
自行练习：拟合椭圆
添加卡尺工具 / CogFindEdgeTool，检测椭圆的边缘点；
添加CogFitEllipseTool（拟合椭圆工具）；
向拟合椭圆工具传递图像源和椭圆边缘点集；
运行工具，输出拟合椭圆的中心、长轴 / 短轴、旋转角度等参数。
（三）创建工具：手动生成标准几何形状（核心联动实操）
创建工具的核心：无需从图像中提取，而是根据指定参数 / 其他工具的结果参数，手动创建标准几何形状，需传递 “基础参数”（如圆心 / 半径、点 / 角度），常与查找 / 拟合工具联动传参。
典型实操案例：创建圆（联动找圆 + 卡尺工具）
需求：创建一个与工件实际轮廓匹配的圆，圆心由找圆工具获取，半径由卡尺工具测量
实现思路
创建圆需要2 个核心参数：圆心（X/Y）+半径→ 圆心从 CogFindCircleTool（找圆工具）获取，半径从 CogCaliperTool（卡尺工具）测量获取，传递参数后自动创建圆。
操作步骤
添加找圆工具：CogFindCircleTool，运行后输出工件的实际圆心（X/Y）；
添加卡尺工具：CogCaliperTool，测量工件圆的边缘到圆心的距离，输出实际半径；
添加创建圆工具：CogCreateCircleTool（需手动引入对应命名空间）；
参数传递：
向创建圆工具链接输入图像（与找圆 / 卡尺工具一致）；
将找圆工具的圆心 X/Y 结果传递给创建圆工具的 “中心 X/Y” 参数；
将卡尺工具的测量半径结果传递给创建圆工具的 “半径” 参数；
运行工具，自动创建与工件实际参数匹配的标准圆。
常用创建工具及实操（自行练习）
| 创建工具 | 核心作用 | 所需参数 | 操作要点 |
|---|---|---|---|
| CogCreateEllipseTool | 创建标准椭圆 | 中心 X/Y、长轴 / 短轴长度、旋转角度 | 可从拟合椭圆工具（CogFitEllipseTool）传递参数 |
| CogCreateLineBisectPointsTool | 创建两点的平分线 | 输入图像、两个特征点 | 1. 添加找圆工具，获取两个圆的圆心点；2. 向该工具传递图像源和两个圆心点；3. 运行输出两点的垂直平分线 |
| CogCreateLineParallelTool | 在指定点创建某条线的平行线 | 输入图像、参考直线、指定点 | 1. 从找线 / 拟合直线工具获取参考直线；2. 标记 / 传递指定点（如圆心、边缘点）；3. 运行生成平行线 |
| CogCreateLineAngleTool | 根据指定点和角度创建直线 | 输入图像、指定点、直线角度、线长 | 1. 传递指定点（如圆心）；2. 设置直线角度和长度；3. 按需设置线的方向 |
| CogCreateSegmentAvgSegsTool | 创建两条线段的平均线 | 输入图像、两条参考线段 | 1. 从找线 / 拟合直线工具获取两条线段；2. 传递参数后，自动生成两条线段的平均位置线段 |
| CogCreateLineAvgPointsTool | 创建两点的平均线 | 输入图像、两个特征点 | 与两点平分线类似，生成过两点中点的平均线，可设置线长和角度 |
（四）交叉工具：计算几何形状的相交点
核心作用：输入两个几何形状（线与圆、线与线、线与椭圆等），计算并输出它们的相交点坐标，判断形状是否相交，适用于轮廓位置判断、交点检测。
典型工具：CogIntersectLineCircleTool（检测线与圆是否相交）
核心需求
判断一条直线与一个圆是否相交，若相交则输出相交点坐标。
操作步骤
添加工具，链接输入图像；
参数传递：向工具中传入一条直线（从找线 / 拟合直线 / 创建直线工具获取）和一个圆（从找圆 / 拟合圆 / 创建圆工具获取）；
运行工具，输出结果：
相交：显示相交点的 X/Y 坐标（1 个或 2 个）；
不相交：无相交点结果，工具提示 “无交点”。
（五）测量工具：计算距离 / 角度等几何参数
核心作用：输入几何形状 / 特征点，计算它们之间的最短距离、角度、垂直度等参数，是尺寸测量、位置偏差检测的核心工具，结果可直接用于 OK/NG 判断。
典型工具：CogDistancePointLineTool（点到直线的最短距离）
核心需求
计算一个特征点到一条直线的垂直最短距离（像素 / 实际物理单位，结合标定后可转物理单位）。
操作步骤
添加工具，链接输入图像；
参数传递：向工具中传入一个特征点（从找圆工具的圆心、卡尺工具的边缘点、手动标记点获取）和一条直线（从找线 / 拟合直线 / 创建直线工具获取）；
运行工具，直接输出点到直线的最短距离数值，可用于公差判断（如距离≤5 像素为 OK）。
三、几何学工具核心使用技巧
1. 参数复用技巧（高效配置）
若多个工具需要使用相同的图像源、定位空间、卡尺基础参数（如搜索长度、投影长度），可使用复制 + 粘贴到所选工具之后的方式，直接复用前序工具的所有配置，无需手动重复设置，大幅提升配置效率。
示例：先配置好 CogFindCircleTool 的图像源、Fixture 定位空间、卡尺参数，复制该工具并粘贴到其后，添加 CogFitLineTool，直接复用前序参数。
2. 工具联动核心：参数传递
几何学工具的核心价值在于工具间的参数互通，所有工具均可接收其他工具的结果参数（如点、线、圆、半径、角度），传递规则：
点集 / 边缘点：卡尺工具、找圆工具、找线工具 → 拟合工具；
圆心 / 半径：找圆工具、拟合圆工具 → 创建圆工具；
直线 / 线段：找线工具、拟合直线工具、创建直线工具 → 交叉工具、测量工具、创建平行线工具；
特征点：找圆工具（圆心）、卡尺工具（边缘点） → 创建平分线工具、测量工具（点到线距离）。
3. 提升检测稳定性：结合 Fixture 定位空间
若工件存在旋转、平移，所有几何学工具必须链接 Fixture 工具的输出图像（定位空间），让几何形状的查找、拟合、创建、测量均基于随工件联动的定位坐标系，避免因工件位置变化导致的检测错误。
4. 命名空间引入
若在ToolBlock 脚本中使用几何学工具，需手动引入对应的命名空间，否则会报类型错误，核心命名空间：
using Cognex.VisionPro.Geometry; // 几何学工具核心命名空间 using Cognex.VisionPro.FindCircle; // 找圆工具 using Cognex.VisionPro.FindLine; // 找线工具 using Cognex.VisionPro.FitCircle; // 拟合圆工具 using Cognex.VisionPro.CreateCircle; // 创建圆工具
5. 异常结果过滤
使用查找 / 拟合 / 创建工具时，需通过参数限制过滤异常结果，提升稳定性：
找圆 / 找线：设置半径限制、长度限制、角度范围；
拟合工具：设置点集数量限制（如最少需 10 个点才能拟合）；
测量工具：设置距离 / 角度公差范围（如 ±5 像素）。
四、几何学工具典型应用流程（综合实操）
需求：检测工件上 “圆心到某条直线的最短距离”，判断是否在公差范围内
定位工件：CogPMAlignTool（模板匹配）→ CogFixtureTool（创建定位空间）；
查找圆：CogFindCircleTool，链接 Fixture 输出图像，查找工件的圆，输出圆心点；
查找直线：CogFindLineTool，复用 Fixture 定位空间，查找工件的目标直线，输出直线参数；
距离测量：CogDistancePointLineTool，传递圆心点和目标直线，输出最短距离；
结果判断：通过 ToolBlock 脚本获取距离结果，判断是否≤公差值，输出 OK/NG，并通过 CogCreateGraphicLabelTool 标注结果。
五、核心总结
VisionPro 几何学工具分创建、查找和匹配、拟合、交叉、测量5 类，覆盖几何形状的 “创建 - 提取 - 拟合 - 计算 - 测量” 全流程；
查找工具（找圆 / 找线）基于卡尺边缘检测，需配置卡尺和形状搜索参数；拟合工具基于离散点生成最优形状，需传递点集参数；
所有几何学工具的核心是参数联动传递，可复用前序工具的结果（点、线、圆、半径等），复制粘贴可高效复用配置；
工件有旋转 / 平移时，必须结合Fixture 定位空间，保证检测基准随工件联动；
脚本中使用需手动引入
Cognex.VisionPro.Geometry等对应命名空间，测量工具可直接输出数值，用于公差判断。
