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

1、Labview經(jīng)驗機器視覺系列 Vision 基礎(chǔ)知識下集第1章節(jié)（下）rolex cellini replica在上回我們逐一介紹與機器視覺相關(guān)的專有名詞與周邊光學設(shè)備，在本回要開始來說明如何使用LabVIEW來截取相機的影像，并正確的顯示在人機介面上另外也針對NI Vision所提供的影像校正模式進行說明，以及如何利用軟體方式來設(shè)定相機的屬性與觸發(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影像裝置確認在前面一小節(jié)介紹了架設(shè)整個影像系統(tǒng)所需要的硬體相關(guān)設(shè)備，現(xiàn)在要來說明如

2、何在NI MAX找到已安裝的相機，并且從相機中取得影像。當我們打開NI MAX，在My System-Devices and Interfaces-NI-IMAQdx Devices下，可找尋已安裝成功的相機，點選相機后，按下右邊畫面的上方Grab鍵可進行連續(xù)取像，另外紅色框選處可以找到一些關(guān)于相機的規(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)于相機的規(guī)格與內(nèi)部參數(shù)設(shè)定。replica miu miu tote bags圖1.26- 在NI MAX下進行取像作業(yè)1.2.2 IMAQ影像截取模式現(xiàn)在要來練習如何使

3、用LabVIEW來取得相機的影像。如果您過去曾經(jīng)使用LabVIEW來開發(fā)NI相關(guān)產(chǎn)品，如DAQ設(shè)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VI，需由使用者自行設(shè)定元件才能完成取像動作，好處在于能夠讓使用者更有彈性的唿叫參數(shù)設(shè)定，而另一個優(yōu)點在于，與高階元件相比

4、，少了反覆建立與關(guān)閉資源的動作，可以有效降低系統(tǒng)資源浪費。高階（HL）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，會自動啟動設(shè)定畫面。圖1.27- Vision Acquisition元件位置A. 設(shè)定的取像來源（Select Acquisition Source

5、）左側(cè)Acquisition Sources for Localhost可以檢視目前安裝在電腦上所有相機名稱，選擇位于NI-IMAQdx Devices的相機cam0： Balsler ，為本次取像用的相機，接著可以按下右方連續(xù)取像按鍵，測試相機是否有正常被Initialize并取到像；右下角有提供一些關(guān)于相機的基礎(chǔ)數(shù)值（參考圖1.2.2）。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（Continuo

6、us Acquisition with inline process）· 一次取固定張數(shù)影像，邊取像邊做處理（Finite Acquisition with inline processing）· 一次取固定張數(shù)影像，當所有影像取得完畢后再做處理（Finite Acquisition with post processing）圖1.29- 設(shè)定擷取影像操作方式這個項目我們先選擇連續(xù)取像模式，繼續(xù)往下設(shè)定。C. 設(shè)定取像參數(shù)Configure Acquisition Settings可依據(jù)環(huán)境因素來調(diào)整相機的參數(shù)達到最佳化，如增益值（Gain）、Gamma、取像模式等，設(shè)定過

7、程可以同時按下右上方的Test鍵來觀察設(shè)定結(jié)果，這邊我們暫時不做任何需要設(shè)定，直接往下一步。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（Configure Image Logging Settings）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為硬碟存取速度的關(guān)係，使得最大取像速度降低。圖1.31- 設(shè)定是否將影像儲存到硬碟E. 設(shè)定影像參數(shù)輸入與輸出Select Controls/Indicators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

8、用的Express VI獲得輸入與輸出的功能，在此我們勾選顯示元件（Indicator）中的Image Number與Frame Rate，最后按下Finish鍵完成設(shè)定。圖1.32- 設(shè)定影像參數(shù)輸入與輸出圖1.33- HL取像元件自動產(chǎn)生的程式碼圖1.34- HL取像元件自動產(chǎn)生的人機介面低階（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-IMAQ一般只能用于NI的影像擷取卡或相機，而NI-IMAQdx是可驅(qū)動第叁方的相機，如Basler的USB3.0相機，凡是通過影像傳輸介面協(xié)定聯(lián)盟（如GigE、Camera Link或USB3.0）認證的

9、相機，都可使用NI-IMAQdx來驅(qū)動。使用低階取像元件來驅(qū)動第叁方相機時，需同時使用到NI-IMAQdx與NI-IMAQ影像模組；主要是利用IMAQdx來擷取相機的影像，然后再利用IMAQ創(chuàng)立的影像空間來儲存影像，IMAQ同時還提供影像處理工具及機器視覺工具，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：圖1.35- 使用IMAQdx與IMAQ取像流程圖先在Front Panel建立一個IMAQdx Session與Image Display，物件分別位于Control Template - Modern - I/O - IMAQdx Session與Con

10、trols Template - Vision - Image Display，最后再放置一個Boolean，名稱設(shè)為Stop。圖1.36- Image Display物件放置區(qū)域跳到Block Diagram，分別在Function Template - Vision and Motion - NI-IMAQdx - Low-Level與Function Template - Vision and Motion - Vision Utilities - Image Management找到以下幾個功能VI：圖1.37- IMAQ Create與Dispose物件圖1.38- IMAQdx的設(shè)

11、定取像物件將這幾個功能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. 指定開啟相機名稱，從IMAQ Session中選擇對應(yīng)的相機名稱2. 設(shè)定相機取像模式為連續(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IMAQ建立一組記憶體空間來儲存，由于取像來源是彩色相機，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. 進入While迴圈后，會不斷將影像覆蓋到記憶體區(qū)內(nèi)，此時將影像接到Display Image即可在人機介面觀察到影像，直到按下Stop或Err

12、or產(chǎn)生時才會跳出迴圈6. 停止取像7. 解除相機設(shè)定8. 結(jié)束指定名稱的相機作業(yè)9. 清空儲存影像的記憶體空間最后再轉(zhuǎn)換畫面到FP，啟動程式后就會開始連續(xù)取像，直到有人按下人機上的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的影像擷取到LabVIEW，有了這些影像來源（Image Source）后，就可以再繼續(xù)往下做影像后處理（Image Process）與機器視覺（Machine Vision）的應(yīng)用了。1.2.3 影像軟體校正確認影像系統(tǒng)能正常取像后，首先要做的是對整個影像系統(tǒng)做校正，為何還要多此一舉呢？主要塬因有兩點：1. 真實世界描述物體的單位可能是吋（inch）或公厘

13、（mm），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)可能因為鏡頭的失真（Distortion），或者因為相機投射方向與檢測物表面非完全垂直，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：圖1.40- NI VISON提供的校正模型1. Point Distance Calibration：在影像變形量輕微且忽略不計下，利用真實世界兩點距離與像素之間做單位轉(zhuǎn)

14、換2. Point Coordinates Calibration：已知真實世界點位置座標與影像中的像素座標做對應(yīng)，用來修正非垂直透視投影所產(chǎn)生的變形3. Distortion Model （Grid）：利用相機拍攝一張格點校正片的影像，可同時修正鏡頭失真與非垂直透視投影所造成的失真4. Camera Model （Grid）：利用多張格點影像進行相機模型校正，包括焦距、影中心點與影像失真，一般常用于機械手臂定位應(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 相機的屬性與觸發(fā)模式設(shè)定1.3.1 相機屬性說明了解如何透過LabVIEW來取得影像后，另

15、外可針對相機的部分屬性進行參數(shù)的微調(diào)，一些常用的參數(shù)有：1. Analog Controls Gain Auto：可設(shè)定自動或手動增益 Gain（Raw）：設(shè)定增益值，會直接影響黑跟白的對比，調(diào)高Gain值，不僅會強化影像的對比強度，同時也會將雜訊的放大2. Image Format Controls Image Format Controls：若使用的是彩色相機，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，則只能設(shè)定灰階影像輸出3. Acquisition Controls Trigger Mode：開啟或關(guān)閉觸發(fā)功能 Trigger Source：可選擇軟體觸發(fā)

16、（Software）或者硬體觸發(fā)（Line） Generate Software Trigger：當觸發(fā)模式設(shè)定為Software時，執(zhí)行相機后，每按一下取一張影像 Exposure Auto：開啟/關(guān)閉自動曝光，一般都設(shè)定為關(guān)閉 Exposure Mode：可設(shè)定固定曝光時間（Timed）模式，或者是脈衝寬度（Trigger Width）模式，由觸發(fā)訊號的脈衝持續(xù)時間的來決定曝光時間 Exposure Time：設(shè)定固定曝光時間，曝光時間越長，畫面亮度會有所提升，曝光時間如果拉得太長會產(chǎn)生過曝，如果遇到晃動也容易產(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)相機都會提供數(shù)組硬

17、體觸發(fā)訊號（Line），可以接收來自外部IO卡的訊號，當相機收到觸發(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，利用運動裝置逐行對待測物進行線掃描，每一條影像間距需相同，否則會產(chǎn)生影像變形。利用運動裝置的編碼器與相機的硬體觸發(fā)做結(jié)合，設(shè)定編碼器的光學尺每移動固定距離就發(fā)送一組訊號，當運動裝置移動一段距離，相機會立即收到一組觸發(fā)訊號，接著完成取像動作，這樣做法可確保取到的影像間距都相同。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，例如可在人機介面上設(shè)立一顆Boolean按鍵，若按鍵的機械模式為Latch when Release，當按鍵按下后放開，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NI-IMAQdx èCamera Attributes可做參數(shù)設(shè)定外若使用HL開發(fā)方式，可在Express VI èV