第6章基于LabVIEW的圖像處理實現(xiàn)

1、周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院第第6章章 基于基于LabVIEW的數(shù)字圖像處理實現(xiàn)的數(shù)字圖像處理實現(xiàn)本章內(nèi)容本章內(nèi)容 6.1 圖像處理概述圖像處理概述 6.2 IMAQ模塊模塊 6.3 Vision Assistant 2011 6.4 圖像讀取與保存圖像讀取與保存 6.5 基于基于LabVIEW的圖像增強設計實現(xiàn)的圖像增強設計實現(xiàn)周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院6.1 圖像處理概述圖像處理概述圖像與數(shù)字圖像圖像與數(shù)字圖像 圖像是對客觀對象的一種相似性、生動性的描述或圖像是對客觀對象的一種相似性、生動性的描述或?qū)懻?。寫真?數(shù)字圖像，即將連

2、續(xù)的模擬圖像經(jīng)過離散化處理后數(shù)字圖像，即將連續(xù)的模擬圖像經(jīng)過離散化處理后變成計算機能夠辨識的點陣圖像。嚴格的數(shù)字圖像是一個經(jīng)變成計算機能夠辨識的點陣圖像。嚴格的數(shù)字圖像是一個經(jīng)過等距離矩形網(wǎng)格采樣，對幅度進行等間隔量化的二維函數(shù)，過等距離矩形網(wǎng)格采樣，對幅度進行等間隔量化的二維函數(shù)，因此，數(shù)字圖像實際上就是被量化的二維采樣數(shù)組。因此，數(shù)字圖像實際上就是被量化的二維采樣數(shù)組。 周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院2. 數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理 數(shù)字圖像處理是為了實現(xiàn)某種目的而對圖像數(shù)據(jù)進行的數(shù)字圖像處理是為了實現(xiàn)某種目的而對圖像數(shù)據(jù)進行的操作，主要完成以下工作。操作，主要完

3、成以下工作。（1）從圖像到圖像的處理。這類處理是將一幅效果不好的圖像）從圖像到圖像的處理。這類處理是將一幅效果不好的圖像進行處理，獲得效果好的圖像。例如在環(huán)境惡劣、雨雪天氣、進行處理，獲得效果好的圖像。例如在環(huán)境惡劣、雨雪天氣、光照條件不佳等情況下，造成的畫面的能見度很低，一些細光照條件不佳等情況下，造成的畫面的能見度很低，一些細節(jié)特征看不見時，為了提高畫面的清晰度，采用適當?shù)膱D像節(jié)特征看不見時，為了提高畫面的清晰度，采用適當?shù)膱D像處理方法，消除或減弱大霧層對圖像的影響，而得到一幅較處理方法，消除或減弱大霧層對圖像的影響，而得到一幅較清晰的圖像。清晰的圖像。（2）從圖像到特征、符號等的處理，隸

4、屬于圖像分析的范疇。）從圖像到特征、符號等的處理，隸屬于圖像分析的范疇。通常是為了分割、識別和跟蹤所做的處理。通常是為了分割、識別和跟蹤所做的處理。 周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院3. 數(shù)字圖像處理的特點和目的數(shù)字圖像處理的特點和目的 數(shù)字圖像處理就是把在空間上離散的、在幅度上量化分數(shù)字圖像處理就是把在空間上離散的、在幅度上量化分層的數(shù)字圖像，經(jīng)過一些特定數(shù)理模式的加工處理，以達到層的數(shù)字圖像，經(jīng)過一些特定數(shù)理模式的加工處理，以達到有利于人眼視覺或某種接收系統(tǒng)所需要的圖像的過程。具有有利于人眼視覺或某種接收系統(tǒng)所需要的圖像的過程。具有處理精度高，再現(xiàn)性好、處理效果具

5、有可控性、可以隨時修處理精度高，再現(xiàn)性好、處理效果具有可控性、可以隨時修改處理方法的特點。將一幅圖像進行處理之后要達到一定的改處理方法的特點。將一幅圖像進行處理之后要達到一定的目的，通常情況下，圖像處理主要是為了實現(xiàn)以下三個方面目的，通常情況下，圖像處理主要是為了實現(xiàn)以下三個方面的目的。的目的。（1）針對客觀對象的處理，主要是提高圖像的觀賞效果，達到）針對客觀對象的處理，主要是提高圖像的觀賞效果，達到自然逼真的目的。自然逼真的目的。（2）針對后續(xù)應用的操作，主要是從獲取的圖像中提取出感興）針對后續(xù)應用的操作，主要是從獲取的圖像中提取出感興趣目標的特征或者是圖像所包含的特殊的信息。趣目標的特征或

6、者是圖像所包含的特殊的信息。（3）針對圖像數(shù)據(jù)量大的特點，采用數(shù)學手段對圖像數(shù)據(jù)進行）針對圖像數(shù)據(jù)量大的特點，采用數(shù)學手段對圖像數(shù)據(jù)進行變換、編碼和壓縮，便于圖像的處理、傳輸和存儲。變換、編碼和壓縮，便于圖像的處理、傳輸和存儲。周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院4. 數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容 根據(jù)主要的處理目標數(shù)字圖像處理大致可以分為圖像數(shù)根據(jù)主要的處理目標數(shù)字圖像處理大致可以分為圖像數(shù)字化、圖像變換、圖像增強、圖像的幾何變換、圖像復原和字化、圖像變換、圖像增強、圖像的幾何變換、圖像復原和重建、編碼分析等內(nèi)容。重建、編碼分析等內(nèi)容。LabVIEW 2

7、011提供視覺處理模塊提提供視覺處理模塊提供了多種圖像處理的方法。供了多種圖像處理的方法。NI公司的圖像采集軟件能夠從不公司的圖像采集軟件能夠從不同相機上采集圖像，也能夠從標準端口的同相機上采集圖像，也能夠從標準端口的IEEE 1394和千兆位和千兆位以太網(wǎng)視覺相機采集圖像。以太網(wǎng)視覺相機采集圖像。 同時同時LabVIEW也提供了強大的也提供了強大的圖像處理函數(shù)庫，包括圖像去噪、增強、邊緣檢測、顆粒分圖像處理函數(shù)庫，包括圖像去噪、增強、邊緣檢測、顆粒分析等函數(shù)。析等函數(shù)。周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院6.2 IMAQ模塊模塊 NI公司的公司的IMAQ(Image A

8、cquisition System) Vision軟件是軟件是LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺外掛的機器視覺和圖像處理開發(fā)虛擬儀器開發(fā)平臺外掛的機器視覺和圖像處理開發(fā)工具包。工具包。IMAQ Vision軟件中包括一整套軟件中包括一整套MMX優(yōu)化函數(shù)，提優(yōu)化函數(shù)，提供了大量的圖像預處理、圖像分割、圖像理解函數(shù)庫和開發(fā)供了大量的圖像預處理、圖像分割、圖像理解函數(shù)庫和開發(fā)工具，可用于完成圖像的灰度、彩色以及二值圖像的顯示、工具，可用于完成圖像的灰度、彩色以及二值圖像的顯示、圖像處理（包括統(tǒng)計、小波分析、濾波、和幾何變換等）以圖像處理（包括統(tǒng)計、小波分析、濾波、和幾何變換等）以及形狀匹配、斑點分析、計

9、算和測量等。及形狀匹配、斑點分析、計算和測量等。 周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院6.2.1 Vision控件選板控件選板周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院6.2.2 視覺與運動函數(shù)選板視覺與運動函數(shù)選板周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院NI-IMAQ子函數(shù)選板子函數(shù)選板 該選板是實現(xiàn)圖像采集功能，主要是通過該選板是實現(xiàn)圖像采集功能，主要是通過NI 的系的系列圖像采集板卡來獲得圖像，函數(shù)節(jié)點包括任務的建立、設列圖像采集板卡來獲得圖像，函數(shù)節(jié)點包括任務的建立、設備的

10、初始化以及硬件參數(shù)的設定等函數(shù)節(jié)點備的初始化以及硬件參數(shù)的設定等函數(shù)節(jié)點。周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院2. Vision Utilities子函數(shù)選板子函數(shù)選板 該選板是視覺應用模塊，主要用來對圖像進行一些初步該選板是視覺應用模塊，主要用來對圖像進行一些初步的整體操作。該子函數(shù)選板包括建立和清除圖像任務、獲取的整體操作。該子函數(shù)選板包括建立和清除圖像任務、獲取圖像的各類信息、圖像的類型轉(zhuǎn)換、圖像文件以及圖像附加圖像的各類信息、圖像的類型轉(zhuǎn)換、圖像文件以及圖像附加信息的讀寫操作（圖像文件可以是信息的讀寫操作（圖像文件可以是BMP、JPEG、PNG或或TIFF）、完成

11、）、完成ROI和和Mask之間的轉(zhuǎn)化、圖像的放大和縮小，之間的轉(zhuǎn)化、圖像的放大和縮小，平移以及旋轉(zhuǎn)、對圖像像素直接進行操作、圖像覆蓋、彩色平移以及旋轉(zhuǎn)、對圖像像素直接進行操作、圖像覆蓋、彩色圖像中色彩的提取等函數(shù)節(jié)點。圖像中色彩的提取等函數(shù)節(jié)點。周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院3. Image Processing子函數(shù)選板子函數(shù)選板 該選板是圖像處理模塊，主要是對灰度和彩色圖像的處理。該選板是圖像處理模塊，主要是對灰度和彩色圖像的處理。周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院（1）處理模塊（）處理模塊（Processing），完成像素值的處理。包括

12、像素），完成像素值的處理。包括像素值的查表轉(zhuǎn)換，灰度圖像和彩色圖像閥值的設定。值的查表轉(zhuǎn)換，灰度圖像和彩色圖像閥值的設定。（2）濾波器模塊（）濾波器模塊（Filters），對圖像進行濾波等處理。包括各），對圖像進行濾波等處理。包括各類算子的構造和使用，以達到對圖像平滑，去處噪聲，邊緣類算子的構造和使用，以達到對圖像平滑，去處噪聲，邊緣銳化等處理。銳化等處理。（3）圖像的形態(tài)處理模塊（）圖像的形態(tài)處理模塊（Morphology），一般是對灰度圖像），一般是對灰度圖像進行的處理。包括圖像的填補，距離的測量，圖像的細化，進行的處理。包括圖像的填補，距離的測量，圖像的細化，圖形的分離等模塊。圖形的分離

13、等模塊。（4）圖像的分析模塊（）圖像的分析模塊（Analysis），一般是針對二值圖像或灰），一般是針對二值圖像或灰度圖像進行。包括圖像中灰度值的分析，圖形質(zhì)心的計算，度圖像進行。包括圖像中灰度值的分析，圖形質(zhì)心的計算，圖像中直線灰度值和圖像中直線灰度值和ROI 輪廓線的分析。輪廓線的分析。（5）彩色處理模塊（）彩色處理模塊（Color Processing），一般是針對彩色圖像），一般是針對彩色圖像中的顏色進行處理。包括圖像中彩色像素的取代，色彩的閥中的顏色進行處理。包括圖像中彩色像素的取代，色彩的閥值和分析，圖像中色彩的學習和匹配。值和分析，圖像中色彩的學習和匹配。（6）圖像操作模塊（）圖

14、像操作模塊（Operators）。包括圖像的加減乘除運算，）。包括圖像的加減乘除運算，以及邏輯運算。其運算的元素是圖像中像素點的像素值。以及邏輯運算。其運算的元素是圖像中像素點的像素值。（7）圖像的頻域分析模塊（）圖像的頻域分析模塊（Frequency Domain），包括），包括FFT 變變換和換和FFT 反變換等操作。反變換等操作。周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院4. Machine Vision子函數(shù)選板子函數(shù)選板 該選板是機器視覺應用模塊，主要包括一些在工程中常該選板是機器視覺應用模塊，主要包括一些在工程中常用的模塊，如坐標系的確定，圖像的匹配和邊緣的檢測等。

15、用的模塊，如坐標系的確定，圖像的匹配和邊緣的檢測等。該模塊中絕大多數(shù)都是一個完成特定功能的子程序，由本節(jié)該模塊中絕大多數(shù)都是一個完成特定功能的子程序，由本節(jié)前面介紹的基本模塊構成。前面介紹的基本模塊構成。 周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院6.3 Vision Assistant 2011 用戶若安裝用戶若安裝National Instruments Vision Assistant 2011，可以使用該工具對圖像進行獲取，瀏覽或者處理，該工具助可以使用該工具對圖像進行獲取，瀏覽或者處理，該工具助手提供了常用的圖像處理的算法，供用戶方便使用，在此不手提供了常用的圖像處理

16、的算法，供用戶方便使用，在此不再贅述。再贅述。 周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院6.4 圖像讀取與保存圖像讀取與保存6.4.1 圖像文件格式簡介圖像文件格式簡介（1）BMP文件格式文件格式（2）TIFF文件格式文件格式（3）JPEG文件格式文件格式（4）GIF文件格式文件格式（5）PNG文件格式文件格式 在在LabVIEW中提供了中提供了IMAQ ReadFile用于打開并讀取計用于打開并讀取計算機中存儲的文件數(shù)據(jù)到圖像引用中。算機中存儲的文件數(shù)據(jù)到圖像引用中。IMAQ ReadFile可以可以讀取以標準格式存儲的圖像，如讀取以標準格式存儲的圖像，如BMP, TIFF

17、, JPEG, JPEG2000, PNG, 和和AIPD，或者制定的非標準格式。通常情，或者制定的非標準格式。通常情況下，況下，LabVIEW軟件會自動將像素轉(zhuǎn)換成所傳遞的圖像類型。軟件會自動將像素轉(zhuǎn)換成所傳遞的圖像類型。周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院6.4.2 讀取圖像讀取圖像 讀取圖像是對圖像進行處理的第一步，本節(jié)將介紹在讀取圖像是對圖像進行處理的第一步，本節(jié)將介紹在LabVIEW中將一幅圖像從指定的位置讀出，并顯示在中將一幅圖像從指定的位置讀出，并顯示在LabVIEW的前面板窗口中。的前面板窗口中。周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院6

18、.4.3 保存圖像保存圖像 保存圖像是也是對圖像進行處理的重要一步，本節(jié)將通保存圖像是也是對圖像進行處理的重要一步，本節(jié)將通過實例來介紹如何保存圖像。過實例來介紹如何保存圖像。周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院6.5 基于基于LabVIEW的圖像增強設計實現(xiàn)的圖像增強設計實現(xiàn) 6.5.1 灰度變換灰度變換 灰度變換是圖像增強的一種手段，用于改善圖像顯示效灰度變換是圖像增強的一種手段，用于改善圖像顯示效果，屬于空域處理方法，它可以使圖像動態(tài)范圍加大，使圖果，屬于空域處理方法，它可以使圖像動態(tài)范圍加大，使圖像對比度擴展，圖像更加清晰，特征更加明顯?；叶茸儞Q實像對比度擴展，圖

19、像更加清晰，特征更加明顯?；叶茸儞Q實質(zhì)就是按一定的數(shù)學規(guī)則修改圖像每一個像素的灰度，從而質(zhì)就是按一定的數(shù)學規(guī)則修改圖像每一個像素的灰度，從而突出圖像中突出圖像中“感興趣感興趣”的區(qū)域。灰度變換可分為線性變換和的區(qū)域?；叶茸儞Q可分為線性變換和非線性變換。非線性變換。 周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院周鵬周鵬 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院6.5.2 中值濾波中值濾波 在前面第在前面第5章的相關內(nèi)容中已經(jīng)講述過中值濾波器的知識。章的相關內(nèi)容中已經(jīng)講述過中值濾波器的知識。中值濾波是一種常用的去除噪聲的非線性平滑濾波處理方法，中值濾波是一種常用的去除噪聲的非線性平滑濾波處理方法，中值濾波器的輸出像素是由鄰域像素的中間值決定的。中