[Labview經(jīng)驗(yàn)]機(jī)器視覺系列——Vision基礎(chǔ)知識下集

1、Labview經(jīng)驗(yàn)機(jī)器視覺系列Visio n 基礎(chǔ)知識下集第i章節(jié)（下）rolex celli ni replica在上回我們逐一介紹與機(jī)器視覺相關(guān)的專有名詞與周邊光學(xué)設(shè)備，在本回要開始來說明如何使用 LabVIEW來截取相機(jī)的影像， 并正確的顯示在人機(jī)介面上；另外也針對NI Visio n 所提供的影像校正模式進(jìn)行說明，以及如何利用軟體方式來設(shè)定相機(jī)的屬性 與觸發(fā)取像模式。audemars piguet royal oak offshore chrono auto replica1.2軟體截取與顯像1.2.1 NI MAX影像裝置確認(rèn)在前面一小節(jié)介紹了架設(shè)整個(gè)影像系統(tǒng)所需要的硬體相關(guān)設(shè)備，

2、現(xiàn)在要來說明如何在NI MAX找到已安裝的相機(jī)，并且從相機(jī)中取 得影像。當(dāng)我們打開 NI MAX 在MySystem-Devices and In terfaces- NI-IMAQdx Devices下，可找尋已安裝成功的相機(jī)，點(diǎn)選相機(jī)后， 按下右邊畫面的上方Grab鍵可進(jìn)行連續(xù)取像，另外紅色框選 處可以找到一些關(guān)于相機(jī)的規(guī)格與內(nèi)部參數(shù)設(shè)定，畫面下方有顯 示影像的基本參數(shù)，包括目前影像大小、縮放比例與像素的顏色 值，另外下方的tab表單處可以找到一些關(guān)于相機(jī)的規(guī)格與內(nèi)部 參數(shù)設(shè)定。replica miu miu tote bags'十« 出 My lyMtrr"3

3、M HKRtorW4.0 "iMwwm Jld bremFtcinASRafr WCTflWl*_亠血& gtbL HI事？卜1打工用町;hxwIiDfiiwslF*?*'- ht*.M虹4$ Sowt話 Katmx#5倆rim2|岀麵部 皿 耳站曲日 檢也了 2目盤旳移2Fi 別tnuulP sflw、ri trftiBE*Ldfl 嚴(yán)Mrrin*Wi4. BeeMmHMiazrir« nrf se3nd 101 1(圖1.26-在NI MAX下進(jìn)行取像作業(yè)1.2.2 IMAQ影像截取模式現(xiàn)在要來練習(xí)如何使用LabVIEW來取得相機(jī)的影像。如果您過去 曾經(jīng)

4、使用LabVIEW來開發(fā)NI相關(guān)產(chǎn)品，如DAQS備等，不難發(fā)現(xiàn) LabVIEW在相關(guān)套件中都會提供兩種開發(fā)模式：1.高階元件（HL）;2.低階元件（LL），同樣地在IMAQ套件裡也存在這兩種開發(fā)模 式。高低階模式并不是將元件區(qū)分為高低等級，所謂的高階元件主要 是將資源開啟、擷取、關(guān)閉全包裝成一個(gè)Express VI，可以幫助使用者快速地完成取像相關(guān)的程式設(shè)定，就能直接將影像輸出到 LabVIEW上;而低階取像元件將功能切割為數(shù)個(gè)VI，需由使用者自行設(shè)定元件才能完成取像動(dòng)作，好處在于能夠讓使用者更有彈 性的唿叫參數(shù)設(shè)定，而另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，與高階元件相比，少了 反覆建立與關(guān)閉資源的動(dòng)作，可以有效降

5、低系統(tǒng)資源浪費(fèi)。高階（HQ取像元件使用步驟安裝完 LabVIEW的 IMAQ套件后，可在 Block Diagram （簡稱 BD） 下，按下右鍵跳出Function Template后依序往下搜尋Function Template -Vision and Motion -Vision Express - Vision Acquisition （圖 1.27），將Vision Acquisition 元件拉到BD上，會自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)定畫面NI-JMAC2 Wi5#ori<utilii1iePt&c .= MschineVHrM-ETMQdxViwn Esprr圖 1.27- Visi

6、o n Acquisiti on元件位置A. 設(shè)定的取像來源(Select Acquisition Source ) 左側(cè)Acquisition Sources for Localhost 可以檢視目前安裝 在電腦上所有相機(jī)名稱，選擇位于 NI-IMAQdx Devices的相機(jī)cam0 Balsler，為本次取像用的相機(jī)，接著可以按下右 方連續(xù)取像按鍵，測試相機(jī)是否有正常被Ini tialize 并取到像；右下角有提供一些關(guān)于相機(jī)的基礎(chǔ)數(shù)值(參考圖1.2.2 )。扌 nt v 15wn Azqi lotion tepees<mm4h j $«to 址Mtihn 丫尸 (II

7、CeWigjra >uci* L *0911 Snw*g I *1 Cwi圖1.28-設(shè)定的取像來源B. 設(shè)定擷取影像操作方式(Select Acquisition Type ) 共分成4種類型：* 取單張影像(Single Acquisition with processing)* 連續(xù)取像(Continuous Acquisition with inline process )« 一次取固定張數(shù)影像，邊取像邊做處理 (Finite Acquisition with inlineprocess ing)* 一次取固定張數(shù)影像，當(dāng)所有影像取得完畢后再做處理(Fi niteAcq

8、uisition with post processing)J _Jl V!5*an AcqjLi sr: ©n圖1.29-設(shè)定擷取影像操作方式這個(gè)項(xiàng)目我們先選擇連續(xù)取像模式，繼續(xù)往下設(shè)定。C. 設(shè)定取像參數(shù)Con figure Acquisiti on Setti ngs可依據(jù)環(huán)境因素來調(diào)整相機(jī)的參數(shù)達(dá)到最佳化， 如增益值（Gain）、 Gamma取像模式等，設(shè)定過程可以同時(shí)按下右上方的 Test鍵 來觀察設(shè)定結(jié)果，這邊我們暫時(shí)不做任何需要設(shè)定，直接往下一3 JI v-scifi AcqL.ittcn tspres?a UMiltSNh* Al AlfibLrtMeravton:

9、Ectw ft gfi of the 的好百$ 5tyr n *jumsi 耳懺亍帥書2 配"tt 五 3 rrtagt &34179(MEffids：WiOOOM Maz壬丹圖1.30-設(shè)定取像參數(shù)D. 設(shè)定是否將影像儲存到硬碟(Con figure Image Loggi ngSettings )若將Enable Image Logging勾選，表示將擷取到的影像儲存到下方指定的資料夾位置，并可設(shè)定儲存的影像格式，值得注意 的是，若開啟此功能可能因?yàn)橛驳嫒∷俣鹊年P(guān)係，使得最大取 像速度降低。A Nl Vtsiom Acq-u -trtioni圖1.31-設(shè)定是否將影像儲

10、存到硬碟E. 設(shè)定影像參數(shù)輸入與輸出Select Controls/lndicators可依據(jù)應(yīng)用，開放影像參數(shù)供外部控制元件(Control )設(shè)定，讓 該取像用的Express VI獲得輸入與輸出的功能，在此我們勾選顯 示元件(In dicator )中的I mage Number與Frame Rate， 最后按下Finish鍵完成設(shè)定。sjri Hl /.Bion Aiquiiinan圖1.32-設(shè)定影像參數(shù)輸入與輸出VisionSto p (F)Acquisitio n Stop (F)Frame RateFrame Rate圖1.33- HL取像元件自動(dòng)產(chǎn)生的程式碼Image Ou：

11、F|65Bx492 O.51X 32-bit RGB image 47t5aSl (648J31)Stoo (F)圖1.34- HL取像元件自動(dòng)產(chǎn)生的人機(jī)介面低階（LL）取像元件使用步驟操作之前我們先來了解NI-IMAQ與NI-IMAQdx兩者的差異； NI-IMAQJ一般只能用于NI的影像擷取卡或相機(jī)，而NI-IMAQdx 是可驅(qū)動(dòng)第叁方的相機(jī)，如 Basler的USB3.0相機(jī)，凡是通過影 像傳輸介面協(xié)定聯(lián)盟（如 GigE、Camera Link或USB3.0）認(rèn)證的 相機(jī)，都可使用NI-IMAQdxJ來驅(qū)動(dòng)。使用低階取像元件來驅(qū)動(dòng)第叁方相機(jī)時(shí)，需同時(shí)使用到NI-IMAQdx與NI-IMA

12、QJ影像模組；主要是利用IMAQdx 來擷取相機(jī)的影像，然后再利用IMAQ創(chuàng)立的影像空間來儲存 影像，IMAQ同時(shí)還提供影像處理工具及機(jī)器視覺工具，可依 據(jù)使用者需求來做應(yīng)用開發(fā)。利用LL元件來完成連續(xù)取像的功能，操作流程圖如下：IMAQIMAQdxOpen Camera1)Configure(2)Start Grab(3)Create RGBGrab image continualllv(5)Close Camera(8)Dispose Buffer(9)圖1.35-使用IMAQd）與IMAQ取像流程圖先在 Front Panel 建立一個(gè)IMAQdXSession與Image Displa

13、y, 物件分別位于Control Template -Modern -I/O -IMAQdXSession與Controls Template -Vision -Image Display，最后再放置一個(gè) Boolean，名稱設(shè)為Stop。圖1.36- Image Display物件放置區(qū)域跳至U Block Diagram,分別在Function Template -Vision and Motion -NI-IMAQdx -Low-Level與Function Template - Vision and Motion - Vision Utilities -ImageManagemenjt

14、找到以下幾個(gè)功能VI :nnd-ge KIono-gementI Search I Customize*1K1AQ CreateIMAQGetL,MAQ Eg”IMAQ CopyIMAQ Get!w1MAQIIfAQ GetO.IMAQ SetOf.IMAQ Read .IMAQ V/riteIMAQ Cast LIMAQ Get C-.MAQkVisi.MAQIIMAQ Rem.IMAQ Rem.IMAQ Flattc.TP.1AQ Flatte .IMAQ Multi.圖 1.37- IMAQ Create 與 Dispose 物件NUJMAQdbt Lcw*Lvel介 Q 弘平h 電 S

15、tgmi 石 E WStart Get Image Get IndgeComigureRead Regiit.L.Read Attrib.,.V'/rite Reg tit. Read Mem. Write Mem.Write Attnb.Register For圖1.38- IMAQdx的設(shè)定取像物件將這幾個(gè)功能VI依照操作流程步驟完成，程式碼如下:圖 1.39- Low Level取像元件程式碼步驟說明：1. 指定開啟相機(jī)名稱，從IMAQSession中選擇對應(yīng)的相機(jī)名 稱2. 設(shè)定相機(jī)取像模式為連續(xù)，Image Buffer設(shè)為33. 開始取像4. 任何由外部取得的影像，都需透過

16、IMAQ建立一組記憶體空間 來儲存，由于取像來源是彩色相機(jī)，每一張彩色(RGB影像需要3*8bit的空間來儲存，所以Image Type要選擇RGB U325. 進(jìn)入While迴圈后，會不斷將影像覆蓋到記憶體區(qū)內(nèi)，此時(shí)將 影像接到Display Image即可在人機(jī)介面觀察到影像，直到按下Stop或Error產(chǎn)生時(shí)才會跳出迴圈6. 停止取像7. 解除相機(jī)設(shè)定8. 結(jié)束指定名稱的相機(jī)作業(yè)9. 清空儲存影像的記憶體空間 最后再轉(zhuǎn)換畫面到FP,啟動(dòng)程式后就會開始連續(xù)取像，直到有人 按下人機(jī)上的Stop鍵，停止取像。使用上述兩種開發(fā)模式都可以成功將相機(jī)的影像擷取到LabVIEVV有了這些影像來源(Im

17、age Source )后，就可以再繼續(xù)往下做影 像后處理(Image Process )與機(jī)器視覺(Machine Vision )的應(yīng) 用了。1.2.3影像軟體校正確認(rèn)影像系統(tǒng)能正常取像后，首先要做的是對整個(gè)影像系統(tǒng)做校正，為何還要多此一舉呢？主要塬因有兩點(diǎn)：1. 真實(shí)世界描述物體的單位可能是吋(inch )或公厘(mr)，但 在影像系統(tǒng)裡，描述影像的是像素(pixel)，這兩者之間必須存 在一單位轉(zhuǎn)換公式，影像才有辦法轉(zhuǎn)換成真實(shí)比例，對于尺寸量 測或視覺對位類型的應(yīng)用特別重要。2. 前面章節(jié)曾提到視覺系統(tǒng)可能因?yàn)殓R頭的失真(Distortion)，或者因?yàn)橄鄼C(jī)投射方向與檢測物表面非完全垂

18、直，這兩種情況都 會造成影像變形，需透過影像校正來修正這些變形量。在NI VISION (IMAQ有提供以下幾種校正模型，主要目的在于單位轉(zhuǎn)換與修正變形量:Flat ObjectsCurved ObjectsMicroplanes (Grid)Corrects distortion for a working plane that is not flat based on one or more caiibration grid rmages*圖1.40- NI VISON提供的校正模型1. Poi nt Dista nee Calibration:在影像變形量輕微且忽略不計(jì)下，利用真實(shí)世界兩

19、點(diǎn)距離與像素之間做單位轉(zhuǎn)換2. Poi nt Coordi nates Calibratio n:已知真實(shí)世界點(diǎn)位置座標(biāo)與影像中的像素座標(biāo)做對應(yīng)，用來修正非垂直透視投影所產(chǎn)生的 變形3. Distortion Model (Grid ):利用相機(jī)拍攝一張格點(diǎn)校正片 的影像，可同時(shí)修正鏡頭失真與非垂直透視投影所造成的失真4. Camera Model(Grid ):利用多張格點(diǎn)影像進(jìn)行相機(jī)模型校正，包括焦距、影中心點(diǎn)與影像失真，一般常用于機(jī)械手臂定位 應(yīng)用5. Microplanes(Grid ):修正在非平整的工作表面所造成的影像失真1.3 相機(jī)的屬性與觸發(fā)模式設(shè)定1.3.1 相機(jī)屬性說明了解

20、如何透過LabVIEW來取得影像后，另外可針對相機(jī)的部分屬性進(jìn)行參數(shù)的微調(diào)，一些常用的參數(shù)有：1. Analog Controls? Gain Auto ：可設(shè)定自動(dòng)或手動(dòng)增益? Gain（RaW :設(shè)定增益值，會直接影響黑跟白的對比，調(diào)高Gain值，不僅會強(qiáng)化影像的對比強(qiáng)度，同時(shí)也會將雜訊的放大2. Image Format Controls? Image Format Controls :若使用的是彩色相機(jī)，可將影像設(shè)為 灰階（MonO或彩色格式（Color ）；若使用的是黑白相機(jī)，則只 能設(shè)定灰階影像輸出3. Acquisition Controls? Trigger Mode :開啟或

21、關(guān)閉觸發(fā)功能? Trigger Source :可選擇軟體觸發(fā)（ Software ）或者硬體觸發(fā)（ Line ）? Generate Software Trigger :當(dāng)觸發(fā)模式設(shè)定為 Software 時(shí)， 執(zhí)行相機(jī)后，每按一下取一張影像? Exposure Auto :開啟/ 關(guān)閉自動(dòng)曝光，一般都設(shè)定為關(guān)閉? Exposure Mode :可設(shè)定固定曝光時(shí)間（Timed）模式，或者是脈衝寬度（ Trigger W i dth ）模式，由觸發(fā)訊號的脈衝持續(xù)時(shí)間的 來決定曝光時(shí)間? Exposure Time :設(shè)定固定曝光時(shí)間，曝光時(shí)間越長，畫面亮度 會有所提升，曝光時(shí)間如果拉得太長會產(chǎn)

22、生過曝，如果遇到晃動(dòng) 也容易產(chǎn)生殘影1.3.2 觸發(fā)模式說明硬體觸發(fā)（ Line ）:一般工業(yè)相機(jī)都會提供數(shù)組硬體觸發(fā)訊號（ Line ），可以接收來 自外部 IO 卡的訊號，當(dāng)相機(jī)收到觸發(fā)后，立即擷取一張影像，常 使用在高速影像擷取或 Line Scan 的應(yīng)用。以 Line Scan 為例，利用運(yùn)動(dòng)裝置逐行對待測物進(jìn)行線掃描，每 一條影像間距需相同，否則會產(chǎn)生影像變形。利用運(yùn)動(dòng)裝置的編 碼器與相機(jī)的硬體觸發(fā)做結(jié)合，設(shè)定編碼器的光學(xué)尺每移動(dòng)固定 距離就發(fā)送一組訊號，當(dāng)運(yùn)動(dòng)裝置移動(dòng)一段距離，相機(jī)會立即收 到一組觸發(fā)訊號，接著完成取像動(dòng)作，這樣做法可確保取到的影 像間距都相同。Line Scan

23、 Cannery圖1.41- Line Scan的示意圖 軟體觸發(fā)(Software ):在無硬體觸發(fā)情況下，還是可以利用軟體方式模擬觸發(fā)訊號，例 如可在人機(jī)介面上設(shè)立一顆Boolean按鍵，若按鍵的機(jī)械模式為Latch whenRelease，當(dāng)按鍵按下后放開，正緣觸發(fā)(Positive Edge)成立，立即透過軟體方式告訴相機(jī)擷取一張影像，這種觸 發(fā)方式適用于大部分視覺應(yīng)用。除了在 NI MAX下的Nl-IMAQdx e Camera Attributes 可做參數(shù) 設(shè)定外；若使用HL開發(fā)方式，可在Express VI e Vision Acquisiti on 的Con figure Acquisiti on Sett ings選項(xiàng)中做設(shè)定；而使用LL元件開發(fā)，需先利用NI-IMAQdx e Enumerat