第6章 基于LabVIEW圖像處理實(shí)現(xiàn)

1、周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第第6章章 基于基于LabVIEW的數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)的數(shù)字圖像處理實(shí)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(qiáng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的圖像增強(qiáng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)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(jì)算機(jī)能夠辨識的點(diǎn)陣圖像。嚴(yán)格的數(shù)字圖像是一個(gè)經(jīng)變成計(jì)算機(jī)能夠辨識的點(diǎn)陣圖像。嚴(yán)格的數(shù)字圖像是一個(gè)經(jīng)過等距離矩形網(wǎng)格采樣，對幅度進(jìn)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(jìn)行等間隔量化的二維函數(shù)，因此，數(shù)字圖像實(shí)際上就是被量化的二維采樣數(shù)組。因此，數(shù)字圖像實(shí)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(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)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(shí)現(xiàn)某種目的而對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行的數(shù)字圖像處理是為了實(shí)現(xiàn)某種目的而對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行處理，獲得效果好的圖像。例如在環(huán)境惡劣、雨雪天氣、進(jìn)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(xì)光照條件不佳等情況下，造成的畫面的能見度很低，一些細(xì)節(jié)特征看不見時(shí)，為了提高畫面的清晰度，采用適當(dāng)?shù)膱D像節(jié)特征看不見時(shí)，為了提高畫面的清晰度，采用適當(dāng)?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(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院3. 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)和目的數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)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?jǐn)?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(dá)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(dá)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(shí)修處理精度高，再現(xiàn)性好、處理效果具有可控性、可以隨時(shí)修改處理方法的特點(diǎn)。將一幅圖像進(jìn)行處理之后要達(dá)到一定的改處理方法的特點(diǎn)。將一幅圖像進(jìn)行處理之后要達(dá)到一定的目的，通常情況下，圖像處理主要是為了實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)方面目的，通常情況下，圖像處理主要是為了實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)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(dá)到）針對客觀對象的處理，主要是提高圖像的觀賞效果，達(dá)到自然逼真的目的。自然逼真的目的。（2）針對后續(xù)應(yīng)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(yīng)用的操作，主要是從獲取的圖像中提取出感興趣目標(biāo)的特征或者是圖像所包含的特殊的信息。趣目標(biāo)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(diǎn)，采用數(shù)學(xué)手段對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行）針對圖像數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，采用數(shù)學(xué)手段對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)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(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)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(biāo)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(biāo)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(qiáng)、圖像的幾何變換、圖像復(fù)原和字化、圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像的幾何變換、圖像復(fù)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(jī)上采集圖像，也能夠從標(biāo)準(zhǔn)端口的同相機(jī)上采集圖像，也能夠從標(biāo)準(zhǔn)端口的IEEE 1394和千兆位和千兆位以太網(wǎng)視覺相機(jī)采集圖像。以太網(wǎng)視覺相機(jī)采集圖像。 同時(shí)同時(shí)LabVIEW也提供了強(qiáng)大的也提供了強(qiáng)大的圖像處理函數(shù)庫，包括圖像去噪、增強(qiáng)、邊緣檢測、顆粒分圖像處理函數(shù)庫，包括圖像去噪、增強(qiáng)、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(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)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(jī)器視覺和圖像處理開發(fā)虛擬儀器開發(fā)平臺外掛的機(jī)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(yù)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(yù)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(jì)、小波分析、濾波、和幾何變換等）以圖像處理（包括統(tǒng)計(jì)、小波分析、濾波、和幾何變換等）以及形狀匹配、斑點(diǎn)分析、計(jì)

9、算和測量等。及形狀匹配、斑點(diǎn)分析、計(jì)算和測量等。 周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院6.2.1 Vision控件選板控件選板周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院6.2.2 視覺與運(yùn)動函數(shù)選板視覺與運(yùn)動函數(shù)選板周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院NI-IMAQ子函數(shù)選板子函數(shù)選板 該選板是實(shí)現(xiàn)圖像采集功能，主要是通過該選板是實(shí)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(diǎn)包括任務(wù)的建立、設(shè)列圖像采集板卡來獲得圖像，函數(shù)節(jié)點(diǎn)包括任務(wù)的建立、設(shè)備的

10、初始化以及硬件參數(shù)的設(shè)定等函數(shù)節(jié)點(diǎn)備的初始化以及硬件參數(shù)的設(shè)定等函數(shù)節(jié)點(diǎn)。周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2. Vision Utilities子函數(shù)選板子函數(shù)選板 該選板是視覺應(yīng)用模塊，主要用來對圖像進(jìn)行一些初步該選板是視覺應(yīng)用模塊，主要用來對圖像進(jìn)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(wù)、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(wù)、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(jìn)行操作、圖像覆蓋、彩色平移以及旋轉(zhuǎn)、對圖像像素直接進(jìn)行操作、圖像覆蓋、彩色圖像中色彩的提取等函數(shù)節(jié)點(diǎn)。圖像中色彩的提取等函數(shù)節(jié)點(diǎn)。周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)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(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)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(shè)定。值的查表轉(zhuǎn)換，灰度圖像和彩色圖像閥值的設(shè)定。（2）濾波器模塊（）濾波器模塊（Filters），對圖像進(jìn)行濾波等處理。包括各），對圖像進(jìn)行濾波等處理。包括各類算子的構(gòu)造和使用，以達(dá)到對圖像平滑，去處噪聲，邊緣類算子的構(gòu)造和使用，以達(dá)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(jìn)行的處理。包括圖像的填補(bǔ)，距離的測量，圖像的細(xì)化，進(jìn)行的處理。包括圖像的填補(bǔ)，距離的測量，圖像的細(xì)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(jìn)行。包括圖像中灰度值的分析，圖形質(zhì)心的計(jì)算，度圖像進(jìn)行。包括圖像中灰度值的分析，圖形質(zhì)心的計(jì)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(jìn)行處理。包括圖像中彩色像素的取代，色彩的閥中的顏色進(jìn)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(xué)習(xí)和匹配。值和分析，圖像中色彩的學(xué)習(xí)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(yùn)算，）。包括圖像的加減乘除運(yùn)算，以及邏輯運(yùn)算。其運(yùn)算的元素是圖像中像素點(diǎn)的像素值。以及邏輯運(yùn)算。其運(yùn)算的元素是圖像中像素點(diǎn)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(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院4. Machine Vision子函數(shù)選板子函數(shù)選板 該選板是機(jī)器視覺應(yīng)用模塊，主要包括一些在工程中常該選板是機(jī)器視覺應(yīng)用模塊，主要包括一些在工程中常用的模塊，如坐標(biāo)系的確定，圖像的匹配和邊緣的檢測等。

15、用的模塊，如坐標(biāo)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(gè)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(gè)完成特定功能的子程序，由本節(jié)前面介紹的基本模塊構(gòu)成。前面介紹的基本模塊構(gòu)成。 周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)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(jìn)行獲取，瀏覽或者處理，該工具助可以使用該工具對圖像進(jìn)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(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)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(jì)用于打開并讀取計(jì)算機(jī)中存儲的文件數(shù)據(jù)到圖像引用中。算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)格式存儲的圖像，如讀取以標(biāo)準(zhǔn)格式存儲的圖像，如BMP, TIFF

17、, JPEG, JPEG2000, PNG, 和和AIPD，或者制定的非標(biāo)準(zhǔn)格式。通常情，或者制定的非標(biāo)準(zhǔn)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(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院6.4.2 讀取圖像讀取圖像 讀取圖像是對圖像進(jìn)行處理的第一步，本節(jié)將介紹在讀取圖像是對圖像進(jìn)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(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院6

18、.4.3 保存圖像保存圖像 保存圖像是也是對圖像進(jìn)行處理的重要一步，本節(jié)將通保存圖像是也是對圖像進(jìn)行處理的重要一步，本節(jié)將通過實(shí)例來介紹如何保存圖像。過實(shí)例來介紹如何保存圖像。周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院6.5 基于基于LabVIEW的圖像增強(qiáng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的圖像增強(qiáng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 6.5.1 灰度變換灰度變換 灰度變換是圖像增強(qiáng)的一種手段，用于改善圖像顯示效灰度變換是圖像增強(qiáng)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(kuò)展，圖像更加清晰，特征更加明顯?；叶茸儞Q實(shí)像對比度擴(kuò)展，圖

19、像更加清晰，特征更加明顯?；叶茸儞Q實(shí)質(zhì)就是按一定的數(shù)學(xué)規(guī)則修改圖像每一個(gè)像素的灰度，從而質(zhì)就是按一定的數(shù)學(xué)規(guī)則修改圖像每一個(gè)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?；叶茸儞Q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(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院周鵬周鵬 安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)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(guān)內(nèi)容中已經(jīng)講述過中值濾波器的知識。章的相關(guān)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