基于Labview的圖像測(cè)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、 PAGE35 / NUMPAGES42本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 基于LabVIEW的圖像測(cè)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)生學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師提交日期摘 要機(jī)器視覺作為多學(xué)科的交叉領(lǐng)域，有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，虛擬儀器能夠很好的滿足視覺系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和精度要求，二者結(jié)合具有突出的實(shí)用性，基于虛擬儀器的機(jī)器視覺系統(tǒng)具有必要性和可行性，同時(shí)也降低硬件設(shè)備成本且具有高精度，非接觸，以與高自動(dòng)化的特點(diǎn)。接下來(lái)本文介紹了虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺(tái)LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)以與LabVIEVV視覺軟件模塊IMAQ Vis

2、ion(Image Acquisition System Vision)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了目標(biāo)圖像測(cè)量分析系統(tǒng)。按照機(jī)器視覺系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，圖像分析系統(tǒng)是機(jī)器視覺的重要組成成分，本文接著探討了目標(biāo)圖像采集后的預(yù)處理過程與圖像分割技術(shù)和方法，在此基礎(chǔ)上探討了本文機(jī)器視覺系統(tǒng)圖像測(cè)量分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，基于模塊化的編程思路，最后實(shí)現(xiàn)了“基于LabVIEW的圖像測(cè)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，仿真的制作，以便能為以后機(jī)器視覺系統(tǒng)的開發(fā)借鑒，最終完成的系統(tǒng)具有擴(kuò)展性，可靠性和精確性好等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:機(jī)器視覺；虛擬儀器；LabVIEW；IMAQ Vision；測(cè)量分析ABSTRACTAs

3、 a multidisciplinary cross field, Machine Vision has been applied more and more widely. Virtual instruments can well fulfill the requirement of real time and precision whose combination possesses an outstanding practicability. Machine Vision System which is based on the virtual instruments is necess

4、ary and feasible; at the same time, it reduces the hardware device costs. Whats more, Machine Vision System is featured with high precision, high automation and non-contact. This paper introduces the common development platform of virtual instruments LabVIEW and its visual software module IMAQ Visio

5、n (Image Acquisition System Vision). Based on that, developing the Target Image Acquisition SystemBased on the logical structure of image measurement and analysis system, the Target Image Acquisition System is an important part of machine vision. Then this paper discusses the preprocessing procedure

6、 after the acquisition of image, as well as the technology and methods of image segmentation, which is the base for the design methods of Machine System and Target.Image Acquisition System in this paper.And with the Modular programming ideas, I finally accomplish the design of image measurement and

7、analysis system based on labview, including the design of the systems whole hardware and software. This paper mainly explores two ways for image segmentation: threshold and edge detection. It compares those two ways and analyzes their own applications and features,through a system designed by myself

8、, and analyzed the processing results from the edge detection operator of IMAQ Vision. Those results can be used for the future development of Machine Vision System. The final system is characterized with good expansibility, reliability and accuracy.KEYWORDS: Machine vision；Virtual instruments；LabVI

9、EW；IMAQ Vision；Measurement and Analysis目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358468979摘要 PAGEREF _Toc358468979 h IHYPERLINK l _Toc358468980ABSTRACT PAGEREF _Toc358468980 h IIHYPERLINK l _Toc358468981第一章緒論 PAGEREF _Toc358468981 h 1HYPERLINK l _Toc3584689821.1研究目的與意義 PAGEREF _Toc358468982 h 1HYPERLINK l

10、_Toc3584689831.2機(jī)器視覺中的圖像采集系統(tǒng) PAGEREF _Toc358468983 h 2HYPERLINK l _Toc3584689841.3數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展歷史 PAGEREF _Toc358468984 h 3HYPERLINK l _Toc3584689851.4關(guān)于LabVIEW機(jī)器視覺的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc358468985 h 5HYPERLINK l _Toc3584689861.5 國(guó)外研究現(xiàn)狀與技術(shù)難題 PAGEREF _Toc358468986 h 6HYPERLINK l _Toc358468987第二章虛擬儀器技術(shù) PAG

11、EREF _Toc358468987 h 8HYPERLINK l _Toc3584689882.1 基于虛擬儀器的機(jī)器視覺系統(tǒng) PAGEREF _Toc358468988 h 8HYPERLINK l _Toc3584689892.2虛擬儀器VI開發(fā)軟件LabVIEW PAGEREF _Toc358468989 h 8HYPERLINK l _Toc3584689902.3 虛擬儀器視覺軟件模塊IMAQ Vision PAGEREF _Toc358468990 h 10HYPERLINK l _Toc3584689912.3.1 IMAQ Vision的主要特點(diǎn) PAGEREF _Toc35

12、8468991 h 11HYPERLINK l _Toc3584689922.4小結(jié) PAGEREF _Toc358468992 h 12HYPERLINK l _Toc358468993第三章基于LabVIEW的圖像測(cè)量分析系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc358468993 h 13HYPERLINK l _Toc3584689943.1引言 PAGEREF _Toc358468994 h 13HYPERLINK l _Toc3584689953.2搭建機(jī)器視覺處理平臺(tái) PAGEREF _Toc358468995 h 13HYPERLINK l _Toc3584689963.3選擇光源

13、 PAGEREF _Toc358468996 h 13HYPERLINK l _Toc3584689973.4相機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc358468997 h 14HYPERLINK l _Toc3584689983.5基于圖像采集卡的Snap 操作 PAGEREF _Toc358468998 h 14HYPERLINK l _Toc3584689993.6圖像處理軟件 PAGEREF _Toc358468999 h 16HYPERLINK l _Toc3584690003.6.1讀取圖像 PAGEREF _Toc358469000 h 17HYPERLINK l _Toc35846

14、90013.6.2顯示圖像 PAGEREF _Toc358469001 h 18HYPERLINK l _Toc3584690023.6.3定義并創(chuàng)建有效的模板圖像 PAGEREF _Toc358469002 h 19HYPERLINK l _Toc3584690033.6.4定義搜索區(qū)域 PAGEREF _Toc358469003 h 20HYPERLINK l _Toc3584690043.6.5圖像抓取 PAGEREF _Toc358469004 h 21HYPERLINK l _Toc3584690053.6.6邊緣的確定 PAGEREF _Toc358469005 h 23HYPER

15、LINK l _Toc3584690063.6.7點(diǎn)位之間的多種位置計(jì)算。 PAGEREF _Toc358469006 h 23HYPERLINK l _Toc3584690073.6.8圖像處理地位方法 PAGEREF _Toc358469007 h 24HYPERLINK l _Toc3584690083.6.9邏輯判斷 PAGEREF _Toc358469008 h 24HYPERLINK l _Toc3584690093.6.10屏幕顯示標(biāo)記 PAGEREF _Toc358469009 h 25HYPERLINK l _Toc3584690103.6.11判斷 PAGEREF _Toc

16、358469010 h 26HYPERLINK l _Toc3584690113.6.12標(biāo)準(zhǔn)零件圖與缺陷零件圖的對(duì)比 PAGEREF _Toc358469011 h 28HYPERLINK l _Toc3584690133.7基于LabVIEW的圖像測(cè)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件運(yùn)行 PAGEREF _Toc358469013 h 29HYPERLINK l _Toc3584690143.8基于LabVIEW的圖像測(cè)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc358469014 h 32HYPERLINK l _Toc3584690153.9運(yùn)行環(huán)境與平臺(tái) PAGEREF _Toc358469015 h

17、33HYPERLINK l _Toc358469016參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc358469016 h 36第一章緒論圖像識(shí)別所討論的問題，是研究用計(jì)算機(jī)代替人自動(dòng)地處理大量物理信息，從而部分代替人的腦力勞動(dòng)，人類識(shí)別圖像的過程總是先找出它們外形或顏色的某些特征進(jìn)行分析、比較、判斷，然后再加以分析和區(qū)別。我們?cè)谘芯繄D像識(shí)別的時(shí)候，也常常借鑒人的思維活動(dòng)，采用同樣的處理方法，然而圖像的灰度與色彩是有光強(qiáng)和波長(zhǎng)不同的光波所引起的，它們與景物表面的特性、方向、光線條件以與干擾等多種因素有關(guān)，在各種惡劣的工作環(huán)境里，圖像與實(shí)際景物有較大的差別，因此要區(qū)分圖像屬于哪一類，往往要經(jīng)過預(yù)處理、圖像分

18、割、特征抽取、分析、分類等一系列過程?，F(xiàn)在完全可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，完成圖像識(shí)別的過程1。1.1研究目的與意義隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺在醫(yī)學(xué)圖像、工業(yè)生產(chǎn)、質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是在不斷追求產(chǎn)品高性價(jià)比的今天，機(jī)器視覺作為一種高效的可視化質(zhì)量檢測(cè)方法，在制造加工的過程中總是倍受關(guān)注.而虛擬儀器(Virtual Instruments)技術(shù)通過軟件可以將通用計(jì)算機(jī)與硬件結(jié)合起來(lái)構(gòu)成測(cè)試或測(cè)控系統(tǒng)，并且用戶可以通過友好的虛擬前面板(Front Pallet)操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)，就如同在操作一臺(tái)自己定義、自己設(shè)計(jì)的單個(gè)傳統(tǒng)儀器一樣.虛擬儀器技術(shù)與機(jī)器視覺技術(shù)兩

19、者的結(jié)合，可以為用戶定制完全基于PC (Personal Computer)的機(jī)器視覺系統(tǒng)這樣不僅可以減少成本，而且還可以開發(fā)出自動(dòng)化程度高、可靠性強(qiáng)的系統(tǒng)。目前，機(jī)器視覺和虛擬儀器技術(shù)在國(guó)外的研究工作己經(jīng)進(jìn)入了鼎盛時(shí)期，而我國(guó)在這方面的投入和研究還十分不足.現(xiàn)今國(guó)機(jī)器視覺系統(tǒng)方面的資料，從開發(fā)的角度來(lái)看，資料仍相對(duì)較少而且零散，LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbencb)作為虛擬儀器的軟件平臺(tái)，圖像采集和處理是其中一個(gè)非常重要的應(yīng)用，所以本文所做的基于LabVIEW的目標(biāo)圖像采集系統(tǒng)研究仍較有震改。機(jī)器視覺是指用計(jì)算

20、機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人的視覺功能，就是用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀世界的本項(xiàng)目研究容為基于虛擬儀器平臺(tái)進(jìn)行機(jī)器視覺測(cè)量機(jī)械量，主要待測(cè)量為零件的可見缺陷，以Labview為開發(fā)工具，將拍攝到的零件圖像與標(biāo)準(zhǔn)零件的圖像進(jìn)行比較。學(xué)生應(yīng)選擇最佳的圖像處理過程，對(duì)拍攝到的圖像，進(jìn)行分區(qū)對(duì)比，選擇合適的算法，找出圖像的差別，并進(jìn)行判斷，最終完成軟件體系的開發(fā)。1.2機(jī)器視覺中的圖像采集系統(tǒng)人類社會(huì)信息傳遞主要有三個(gè)途徑，分別是語(yǔ)言、文字和圖像。從信息論的角度來(lái)看，圖像包含了最大的信息量，有灰度，有色彩，還有平面和立體等，具有極為廣泛的容人類通過眼睛攝取的圖像占到了所得到信息的70%以上.許多場(chǎng)合里，沒有任何其它形式比圖像

21、所傳遞的信息更豐富和真切。圖像采集系統(tǒng)是圖像處理系統(tǒng)的組成部分，原始的圖像首先必須要通過圖像采集系統(tǒng)，因此，圖像采集系統(tǒng)主要作用是對(duì)原始的模擬圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將之轉(zhuǎn)化為易于通過計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。在微機(jī)處理系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)在接受到圖像的數(shù)字信號(hào)后，便會(huì)將其存入存儲(chǔ)區(qū)。微機(jī)圖像處理系統(tǒng)常用的圖像采集部件有:攝像機(jī)加上視頻圖像采集卡，圖像掃描儀以與數(shù)碼攝像機(jī)。本文中使用十分常見的USB攝像頭來(lái)獲取外界圖像基于LabVIEW的標(biāo)準(zhǔn)圖像測(cè)量分析系統(tǒng)識(shí)別。典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)一般包括圖像采集部分、圖像處理部分、通信和I/0(input/output)部分以與輸出和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。圖像采集是其中一個(gè)重要的環(huán)

22、節(jié)，通過采集系統(tǒng)能夠?qū)?duì)象的可視化圖像和特征轉(zhuǎn)化為能被計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)。由于機(jī)器視覺系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)精度和速度，所以需要圖像采集部分盡量與時(shí)、準(zhǔn)確地提供清晰的圖像，唯有如此才能讓圖像處理部分在比較短的時(shí)間得出正確的結(jié)果.由此可知圖像采集部分的性能會(huì)直接影響整個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)的性能。圖像采集部分通常由光源、鏡頭、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和圖像采集卡構(gòu)成.采集過程可以簡(jiǎn)略的描述為在光源的照明下，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝目標(biāo)物體并隨之將其轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)，最后通過圖像采集卡傳輸給圖像處理部分.在設(shè)計(jì)圖像采集的硬件設(shè)計(jì)部分時(shí)，要考慮到很多方面的問題，主要是關(guān)于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、圖像采集卡和光源方面的技術(shù)。攝像機(jī)和鏡頭在機(jī)器視覺系統(tǒng)中相當(dāng)于人的

23、眼睛，負(fù)責(zé)拍攝對(duì)象的圖像.機(jī)器視覺系統(tǒng)常會(huì)采用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，通過通過聚焦在光電傳感器鏡頭上的被攝物體的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娦盘?hào)，從而便于計(jì)算機(jī)處理。選擇攝像機(jī)和鏡頭首先要需要做的是確定攝像機(jī)的類型，并計(jì)算攝像機(jī)的取景圍，以與評(píng)估其分辨率，最后還需要根據(jù)實(shí)際情況考慮一些其它因素，如對(duì)運(yùn)動(dòng)的對(duì)象需要計(jì)算掃描速度。在知道攝像機(jī)的拍攝對(duì)象和取景圍后，可由此選擇合適的鏡頭。綜合這些因素即可基本確定所需的攝像機(jī)和鏡頭。另外由于圖像信號(hào)的傳輸需要很高的傳輸速度，通用的傳輸接口通常不能滿足要求，所以需要圖像采集卡。圖像采集卡是圖像采集部分和圖像處理部分的接口。圖像采集卡還提供了數(shù)字I/0控制的功能。在機(jī)器視覺系統(tǒng)

24、中，輸入2輸出的控制很重要。系統(tǒng)中常要根據(jù)處理過程的需要來(lái)決定攝像機(jī)的拍攝時(shí)間。如果采用了可重設(shè)的攝像機(jī)，需要產(chǎn)生重設(shè)信號(hào)，在一些系統(tǒng)中，由于需要設(shè)定拍攝的幀率，應(yīng)該有像素時(shí)鐘發(fā)生器。外同步是指不同的視頻設(shè)備之間用同一同步信號(hào)來(lái)保證視頻信號(hào)的同步，它可以保證不同設(shè)備輸出的視頻信號(hào)具有一樣的幀行起止時(shí)間.為了實(shí)現(xiàn)外同步，需要給攝像機(jī)輸入一個(gè)復(fù)合同步信號(hào)或復(fù)合視頻信號(hào)。當(dāng)使用的圖像采集卡已經(jīng)具有數(shù)字v0功能時(shí)，能夠產(chǎn)生攝像機(jī)和其他電子設(shè)備所需的選通、觸發(fā)與其他電子信號(hào)，這對(duì)系統(tǒng)是很有用的，不然就需要獨(dú)立的數(shù)字I/O卡.除了數(shù)字I/O卡，選擇圖像采集卡還要考慮視頻輸入的格式和數(shù)據(jù)傳輸率、數(shù)據(jù)的吞吐量

25、、還有軟件開發(fā)包.一個(gè)功能完善的軟件開發(fā)工具是圖像采集卡所必不可少的。圖像采集卡附帶的軟件開發(fā)工具是進(jìn)行圖像處理軟件開發(fā)時(shí)所必備的工具之一本文利用LabVIEW進(jìn)行圖像采集和處理，這是LabVIEW一個(gè)非常重要的應(yīng)用，在許多行業(yè)中采用圖像的采集和識(shí)別來(lái)進(jìn)行判斷、控制，使操作更加精確，具有可信度、人性化、智能化。但本文并未使用圖像采集卡，而是使用了LabVIEw中運(yùn)動(dòng)與視覺模塊中的IMAQ USB函數(shù)直接驅(qū)動(dòng)USB攝像頭采集圖像。選定好機(jī)器視覺的軟硬件平臺(tái)后，接下去就是圖像采集和圖像處理。本文系統(tǒng)基于USB攝像頭并通過LabVIEW完成圖像采集，再利用軟件進(jìn)行圖像處理，且無(wú)需使用圖像采集卡，使得

26、視覺系統(tǒng)成本更低.其實(shí)從軟件的角度來(lái)看，思路和模式基本是一致的。11.3數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展歷史數(shù)字圖像處理技術(shù)使20 世紀(jì)60年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和VLSY Very Large ScaleIntegration 的發(fā)展而產(chǎn)生、發(fā)展和不斷成熟起來(lái)的一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域，它在理論上和實(shí)際應(yīng)用中都取得了很大的成就。視覺是人類最重要的感知手段，圖像又是視覺的基礎(chǔ)。早期圖像處理的目的是改善圖像質(zhì)量，它以人為對(duì)象，以改善人的視覺效果為目的。圖像處理中輸入的是質(zhì)量低的圖像，輸出的是改善質(zhì)量后的圖像。常用的圖像處理方法有圖像增強(qiáng)、復(fù)原、編碼、壓縮等。首次獲得成功應(yīng)用的是美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）。他們對(duì)航天

27、探測(cè)器徘徊者7號(hào)在1964年發(fā)回的幾千月球照片進(jìn)行圖像處理，如幾何校正、灰度變換、去除噪聲等，并考慮了太陽(yáng)位置和月球環(huán)境的影響。隨后又對(duì)探測(cè)飛船發(fā)回的近十萬(wàn)照片進(jìn)行更為復(fù)雜的圖像處理，獲得了月球的地形圖、彩色圖與全景鑲嵌圖，為人類登月創(chuàng)舉奠定了基礎(chǔ)，也推動(dòng)了數(shù)字圖像處理這門學(xué)科的誕生。在以后的宇航空間技術(shù)探測(cè)研究中，數(shù)字圖像處理技術(shù)都發(fā)揮了巨大的作用。數(shù)字圖像處理技術(shù)取得的另一個(gè)巨大成就是在醫(yī)學(xué)上。1972年英國(guó)EMI 公司工程師Housfield 發(fā)明了用于頭顱診斷的X 射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置，也就是我們通常所說的CT（Computer Tomograph）。CT 的基本方法是根據(jù)人的頭部截

28、面的投影，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理來(lái)重建截面圖像，成為圖像重建。1975年EMI 公司又成功研制出全身用的CT 裝置，獲得了人體各個(gè)部位鮮明清晰的斷層圖像。1979年，這項(xiàng)無(wú)損傷診斷技術(shù)被授予諾貝爾獎(jiǎng)，以表彰它對(duì)人類做出的劃時(shí)代貢獻(xiàn)。從20世紀(jì)70年代中期開始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)向更高、更深層次發(fā)展。人們已開始研究如何用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，類似人類視覺系統(tǒng)理解外部世界，這被稱為圖像理解或計(jì)算機(jī)視覺。很多國(guó)家，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家投入更多的人力、物力到這項(xiàng)研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT 的Marr 提出的視覺計(jì)算理論，這個(gè)理論成為

29、計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域其后十多年的主導(dǎo)思想。20世紀(jì)80年代末期，人們開始將其應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)，研究海圖的自動(dòng)讀入、自動(dòng)生成方法。數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。數(shù)字圖像處理技術(shù)的大發(fā)展是從20世紀(jì)90年代初開始的。自1986年以來(lái)，小波理論與變換方法迅速發(fā)展，它克服了傅立葉分析不能用于局部分析等方面的不足之處，被認(rèn)為是調(diào)和分析半個(gè)世紀(jì)以來(lái)工作之結(jié)晶。Mallat 在1988年有效地將小波分析應(yīng)用于圖像分解和重構(gòu)。小波分析被認(rèn)為是信號(hào)與圖像分析在數(shù)學(xué)方法上的重大突破。隨后數(shù)字圖像處理技術(shù)迅猛發(fā)展，到目前為止，圖像處理在圖像通訊、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、衛(wèi)星照片傳輸與分析和工業(yè)自動(dòng)

30、化領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和相關(guān)理論的不斷完善，數(shù)字圖像處理技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛重視并取得了重大的開拓性成就。屬于這些領(lǐng)域的有航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)檢測(cè)、機(jī)器人視覺、公安司法、軍事制導(dǎo)、文化藝術(shù)等。該技術(shù)成為一門引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。圖像是人類獲取和交換信息的主要來(lái)源，因此，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉與到人類生活和工作的方方面面。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之不斷擴(kuò)大。數(shù)字圖像處理技術(shù)未來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下七個(gè)方面：（1）航天航空技術(shù)方面數(shù)字圖像處理技術(shù)在航天航空技術(shù)方面的應(yīng)用，除JPL 對(duì)月球、火星照片的處理之外，另

31、一方面是在飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中。圖像在空中先處理（數(shù)字化編碼）成數(shù)字信號(hào)存在磁帶中，在衛(wèi)星經(jīng)過地面站上空時(shí)，再高速傳送下來(lái)，然后由處理中心分析判讀。這些圖像無(wú)論是在成像、存儲(chǔ)、傳輸過程中，還是在判讀分析中，都必須采用很多數(shù)字圖像處理方法。現(xiàn)在世界各國(guó)都在利用各類衛(wèi)星所獲取的圖像進(jìn)行資源調(diào)查、災(zāi)害檢測(cè)、資源勘察、農(nóng)業(yè)規(guī)劃、城市規(guī)劃。在氣象預(yù)報(bào)和對(duì)太空其它星球研究方面，數(shù)字圖像處理技術(shù)也發(fā)揮了相當(dāng)大的作用。（2）生物醫(yī)學(xué)是數(shù)字圖像處理應(yīng)用最早、發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的領(lǐng)域。主要包括細(xì)胞分析、染色體分類、放射圖像處理、血球分類、各種CT 和核磁共振圖像分析、DNA 顯示分析、顯微圖像處理、癌細(xì)胞識(shí)別

32、、心臟活動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析、超聲圖像成像、生物進(jìn)化的圖像分析等3。（3）通信工程方面當(dāng)面通信的主要發(fā)展方向是聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)結(jié)合的流媒體通信。其中以圖像通信最為復(fù)雜和困難，因圖像的數(shù)據(jù)量十分巨大，如傳送彩色電視信號(hào)的速率達(dá)100M/s 以上。要將這樣高速率的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送出去，必須采用編碼技術(shù)來(lái)壓縮信息的比特量。在一定意義上講，編碼壓縮是這些技術(shù)成敗的關(guān)鍵4。（4）工業(yè)工程方面在工業(yè)工程領(lǐng)域中圖像處理技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，它大大提高了工作效率，如自動(dòng)裝配線中質(zhì)量檢測(cè)，流體力學(xué)圖片的阻力和升力分析，郵政信件的自動(dòng)分揀，在一些惡性環(huán)境識(shí)別工件與物體的形狀和排列狀態(tài)，先進(jìn)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中采用工業(yè)視覺等等

33、。其中值得一提的是研制具備視覺、聽覺和觸覺功能的智能機(jī)器人，將會(huì)給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)新的面貌，目前已在工業(yè)生產(chǎn)中的噴漆、焊接、裝配中得到有效的利用。（5）軍事公安方面在軍事方面圖像處理和識(shí)別主要用于導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)，各種偵察照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲(chǔ)和顯示的軍事自動(dòng)化指揮系統(tǒng)和模擬訓(xùn)練系統(tǒng)等；公安方面主要用于指紋識(shí)別、人臉鑒別、不完整圖片的復(fù)原以與交通監(jiān)控、事故分析等。目前已投入運(yùn)行的高速公路不停車自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中的車輛和車牌的自動(dòng)識(shí)別就是圖像處理技術(shù)成功應(yīng)用的例子。5（6）文化藝術(shù)方面的應(yīng)用目前這類應(yīng)用有電視畫面的數(shù)字編輯、動(dòng)畫的制作、電子圖像游戲、紡織工藝品設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)與制作、發(fā)型設(shè)計(jì)、文物

34、資料照片的復(fù)制和修復(fù)、運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作分析和評(píng)分等等。目前正在形成一門新的藝術(shù)計(jì)算機(jī)美術(shù)。（7）其它方面的應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)滲透到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，如地理信息系統(tǒng)中二維、三維電子地圖的自動(dòng)生成、修復(fù)等；教育領(lǐng)域各種輔助教學(xué)系統(tǒng)研究、制作中；流媒體技術(shù)領(lǐng)域等等。1.4關(guān)于LabVIEW機(jī)器視覺的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，機(jī)器視覺作為一種應(yīng)用系統(tǒng)，其功能和特點(diǎn)也得到逐步完善和發(fā)展。機(jī)器視覺通過計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的視覺，其目的便是用圖像獲取來(lái)恢復(fù)現(xiàn)實(shí)世界的模型。自從20世紀(jì)50年代就著眼于研究統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別繼而開始機(jī)器視覺的探討建立了不少機(jī)器視覺理論，Marr的視覺計(jì)算理論目前仍然是

35、機(jī)器視覺的主要理論框架，大多數(shù)機(jī)器視覺研究都著眼于通過計(jì)算，提取二維視覺數(shù)據(jù)中的深度信息進(jìn)行目標(biāo)三維描述和識(shí)別。在80年代末，隨著數(shù)學(xué)物理學(xué)中的不變量理論的引入，形成了視覺不變量理論和應(yīng)用的新框架。與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)如多媒體系統(tǒng)相比，機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)的是精度和速度，以與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的可靠性。LabVIEW作為圖形化的編程語(yǔ)言，其易學(xué)易用，易于采用模塊化設(shè)計(jì)思想的特點(diǎn)，使得基于LabVIEW的機(jī)器視覺系統(tǒng)在采用相應(yīng)的軟件開發(fā)功能包后，更易使系統(tǒng)具有開發(fā)簡(jiǎn)單，構(gòu)件靈活，層次清晰的特點(diǎn)，LabVIEW已成為機(jī)器視覺最常用的開發(fā)平臺(tái)之一，今后隨著軟件開發(fā)包功能不斷的集成化，多樣化，其對(duì)系統(tǒng)成本和

36、項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間的控制作用會(huì)更加不可忽視，利用LabVIEW開發(fā)與其視覺系統(tǒng)將被更多項(xiàng)目開發(fā)人員選擇。1.5 國(guó)外研究現(xiàn)狀與技術(shù)難題數(shù)字圖像處理技術(shù)基本可以分成兩大類：模擬圖像處理（Analog Image Processing）和數(shù)字圖像處理（Digtal Image Processing）。數(shù)字圖像處理是指將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的過程。其優(yōu)點(diǎn)是處理精度高，處理容豐富，可進(jìn)行復(fù)雜的非線性處理，有靈活的變通能力，一般來(lái)說只要改變軟件就可以處理容。困難主要在處理速度上，特別是進(jìn)行復(fù)雜的處理。數(shù)字圖像處理技術(shù)主要包括如下容：幾何處理（Geometrical Processing）

37、、算術(shù)處理（Arithmetic Processing）、圖像增強(qiáng)（ImageEnhancement）、圖像復(fù)原（Image Restoration）、圖像重建（Image Reconstruction）、圖像編碼（Image Encoding）、圖像識(shí)別(Image Recognition)、圖像理解（ImageUnderstanding）。數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展涉與信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)以與生物學(xué)等學(xué)科，因此數(shù)理與相關(guān)的邊緣學(xué)科對(duì)圖像處理科學(xué)的發(fā)展有越來(lái)越大的影響。近年來(lái)，數(shù)字圖像處理技術(shù)日趨成熟，它廣泛應(yīng)用于空間探測(cè)、遙感、生物醫(yī)學(xué)、人工智能以與工業(yè)檢測(cè)等許多領(lǐng)域，并促使這些

38、學(xué)科產(chǎn)生了新的發(fā)展。數(shù)字圖像處理目前存在的問題：（1）處理信息量很大數(shù)字圖像處理的信息大多是二維信息，處理信息量很大。如一幅256256 低分辨率黑白圖像，要求約64kbit 的數(shù)據(jù)量；對(duì)高分辨率彩色512512 圖像，則要求768kbit 數(shù)據(jù)量；如果要處理30 幀/秒的電視圖像序列，則每秒要求500kbit22.5Mbit 數(shù)據(jù)量。因此對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度、存儲(chǔ)容量等要求較高。（2）占用頻帶較寬數(shù)字圖像處理占用的頻帶較寬。語(yǔ)言信息相比，占用的頻帶要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。如電視圖像的帶寬約5.6MHz，而語(yǔ)音帶寬僅為4kHz 左右。所以在成像、傳輸、存儲(chǔ)、處理、顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)上，技術(shù)難度較大，成

39、本亦高，這就對(duì)頻帶壓縮技術(shù)提出了更高的要求。（3）各像素相關(guān)性大數(shù)字圖像中各個(gè)像素是不獨(dú)立的，其相關(guān)性大。在圖像畫面上，經(jīng)常有很多像素有一樣或接近的灰度。就電視畫面而言，同一行中相鄰兩個(gè)像素或相鄰兩行間的像素，其相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.9 以上，而相鄰兩幀之間的相關(guān)性比幀相關(guān)性一般說還要大些。因此，圖像處理息壓縮的潛力很大。（4）無(wú)法復(fù)現(xiàn)三維景物的全部幾何信息由于圖像是三維景物的二維投影，一幅圖象本身不具備復(fù)現(xiàn)三維景物的全部幾何信息的能力，很顯然三維景物背后部分信息在二維圖像畫面上是反映不出來(lái)的。因此，要分析和理解三維景物必須作合適的假定或附加新的測(cè)量，例如雙目圖像或多視點(diǎn)圖像。在理解三維景物時(shí)需要知

40、識(shí)導(dǎo)引，這也是人工智能中正在致力解決的知識(shí)工程問題。（5）受人的因素影響較大數(shù)字圖像處理后的圖像一般是給人觀察和評(píng)價(jià)的，因此受人的因素影響較大。由于人的視覺系統(tǒng)很復(fù)雜，受環(huán)境條件、視覺性能、人的情緒愛好以與知識(shí)狀況影響很大，作為圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)還有待進(jìn)一步深入的研究。另一方面，計(jì)算機(jī)視覺是模仿人的視覺，人的感知機(jī)理必然影響著計(jì)算機(jī)視覺的研究。例如，什么是感知的初始基元，基元是如何組成的，局部與全局感知的關(guān)系，優(yōu)先敏感的結(jié)構(gòu)、屬性和時(shí)間特征等，這些都是心理學(xué)和神經(jīng)心理學(xué)正在著力研究的課題。第二章虛擬儀器技術(shù)2.1 基于虛擬儀器的機(jī)器視覺系統(tǒng)機(jī)器視覺系統(tǒng)正處在不斷發(fā)展的進(jìn)程中，上文已經(jīng)給出了其發(fā)展的

41、趨勢(shì)，而基于虛擬儀器的機(jī)器視覺系統(tǒng)正是這些發(fā)展趨勢(shì)的集中體現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于虛擬儀器的視覺系統(tǒng)愈發(fā)趨于經(jīng)濟(jì)和實(shí)用.含VBvIX (MultiMediaExtensions多媒體擴(kuò)展)技術(shù)的高能Pentium處理器、堅(jiān)固的操作系統(tǒng)、PCI (Peripheral Component Interconnect,外部設(shè)備互連)局部總線以與具有友好用戶接口的、基于虛擬儀器的圖像采集軟硬件，使今天的視覺應(yīng)用系統(tǒng)的性能大大優(yōu)于以往的系統(tǒng)，而同時(shí)成本卻在不斷下降。過去，視覺系統(tǒng)的建立是由系統(tǒng)集成人員、OEM (Original Equipment Manufactures)和企業(yè)部的視覺系統(tǒng)

42、開發(fā)組聯(lián)合完成的。今天，新技術(shù)和基于虛擬儀器的圖像處理軟件，使用戶在極低成本下就可開發(fā)完成滿足大多數(shù)應(yīng)用要求的計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用系統(tǒng)。虛擬儀器化的視覺應(yīng)用系統(tǒng)能夠?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)提供過程監(jiān)視、信息集中和反饋控制，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化與圖像處理系統(tǒng)則能夠利用濾波與分析技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞數(shù)量、生物材料合格性等的測(cè)定。事實(shí)上，當(dāng)今基于虛擬儀器的視覺系統(tǒng)己能夠以前所未有效率、靈活性、一致性、可靠性和數(shù)據(jù)吞吐能力，執(zhí)行更加復(fù)雜的檢測(cè)任務(wù)。6機(jī)器視覺與虛擬儀器結(jié)合的好處是顯而易見的:一方面，傳統(tǒng)的基于硬件的機(jī)器視覺系統(tǒng)價(jià)格昂貴，開發(fā)難度大(一般采用匯編語(yǔ)言編程)，開發(fā)周期長(zhǎng)，而采用虛擬儀器技術(shù)則可以克服這些缺點(diǎn)，開發(fā)出滿足市場(chǎng)

43、需要、廉價(jià)、高效的檢測(cè)儀器。另一方面，可以將機(jī)器視覺的分析功能與虛擬儀器的控制功能有效結(jié)合，得到很高的性價(jià)比。虛擬儀器把計(jì)算機(jī)資源(如微處理器、存、顯示器等)和儀器硬件(如A/D, D/A,數(shù)字LO、定時(shí)器、信號(hào)調(diào)理等)的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析。2.2虛擬儀器VI開發(fā)軟件LabVIEW數(shù)字圖像處理是視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵，這一切在虛擬儀器系統(tǒng)中是通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的，而目前國(guó)外使用的最為廣泛的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)是1I公司的LabVIEW和Labwindows/CVIo基于這兩種軟件的IMAQ Vision則為這兩種平臺(tái)提供了完整的圖像處理函數(shù)庫(kù)和功能模塊，例如各類邊緣檢測(cè)算子

44、、自動(dòng)閉值處理、各種形態(tài)學(xué)算法、濾波器以與FIT等.其中包含大量當(dāng)前證明成功的理論算法，使用戶無(wú)需專業(yè)編程經(jīng)驗(yàn)，即可迅速開發(fā)完成優(yōu)秀的、適合本專業(yè)的圖像處理與分析系統(tǒng)。LabVIEW是一種可以用圖形來(lái)建立程序的軟件開發(fā)工具。在基于文本的編程語(yǔ)言中，程序的執(zhí)行依賴于文本所描述的指令，與之不同的LabVIEW使用數(shù)據(jù)流編程方法來(lái)描述程序的執(zhí)行。LabVIEW用圖形語(yǔ)言(G語(yǔ)言)、圖標(biāo)和連線代替文本的形式編寫程序，它創(chuàng)造性的為用戶提供了簡(jiǎn)單、易學(xué)的圖形編程方式，這種富有創(chuàng)意的方式把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成用菜單或圖標(biāo)提示的方法選擇功能，并用線把各種用圖形表示的功能連接起來(lái)的簡(jiǎn)單方式，設(shè)計(jì)者可

45、以象搭積木一樣，輕松組建一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)和構(gòu)造自己的儀器面板。這種圖形化的編程方式也深受筆者喜愛。LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的程序稱為VI，類似于傳統(tǒng)編程語(yǔ)言的函數(shù)或子程序。VI由程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)Z連接器組成.連接器用于更上層的VI調(diào)用該V1。這樣就可以把一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用程序劃分為一系列簡(jiǎn)單的子任務(wù)，為每一個(gè)子任務(wù)創(chuàng)建一個(gè)子VI，在將他們?cè)诹硪粋€(gè)框圖程序中組合完成復(fù)雜的任務(wù)。這使得LabVIEW符合模塊化的程序設(shè)計(jì)概念.LabVIEW的開發(fā)環(huán)境包括程序前面板窗口、框圖程序窗口，另外還有三種操作模板:工具模板、控制模板和功能模板。程序前面板用于模擬真實(shí)儀表的前面板，可以設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量

46、.在前面板上，輸入量稱為控制(Controls),輸出量稱為顯示(Indicators).控制和顯示是通過各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂.程序的前面板在前面板窗口中完成。當(dāng)前面板窗口處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，工具模板和控制模板可用。相應(yīng)的各個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序.在框圖程序窗口用LabVIEW圖形編程語(yǔ)言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼.端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成了后面板程序。其中端口用于同步程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù);通過節(jié)可實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，節(jié)點(diǎn)與外界通過端口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;另外圖框在LabVIEW中也是一種節(jié)點(diǎn)，是LabVIEW

47、控制VI程序執(zhí)行方式的圖形表示，如順序、條件和循環(huán)控制結(jié)構(gòu)等，被用來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令;連線則代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了基于LabVIEW的標(biāo)圖像采集系統(tǒng)研究框圖的數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。7利用LabVIEW進(jìn)行圖像處理是一個(gè)非常重要的應(yīng)用，在許多行業(yè)中采用圖像的采集和識(shí)別來(lái)進(jìn)行判斷、控制，使操作更加精確，具有可信度、人性化、智能化。圖像處理也可以稱作視覺處理。LabVIEW提供了多種圖像處理的方法，其中NI公司的視覺采集軟件提供的驅(qū)動(dòng)和函數(shù)，既能夠從數(shù)千種連接到NI (National Instruments)幀接收器上的不同相機(jī)上采集圖像，也能夠從連接在PC.PXI (PCI eXte

48、nsions for Instrumentation.面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展)系統(tǒng)或筆記本計(jì)算機(jī)上標(biāo)準(zhǔn)端口的IEEE 1394和千兆位以太網(wǎng)視覺相機(jī)采集圖像。LabVIEW中的視覺開發(fā)模塊作為強(qiáng)大的機(jī)器視覺處理庫(kù)，配有各類函數(shù)，其中 包括:邊緣檢測(cè)、顆粒分析、光學(xué)字符識(shí)別和驗(yàn)證、一維和二維代碼支持、幾何與模式匹配、顏色工具.該模塊可與NI公司的所有軟件、C+. Microsoft Visual Basic, Microsoft.NE7，相互調(diào)用，為用戶提供了相當(dāng)便利的操作用戶可通過視覺開發(fā)模塊的同步功能，實(shí)現(xiàn)與運(yùn)動(dòng)或數(shù)據(jù)采集測(cè)量的同步.NI公司提供的圖像處理軟件包可以在LabVIEW中完成各

49、種關(guān)于圖像處理、視覺運(yùn)行的控制。82.3 虛擬儀器視覺軟件模塊IMAQ VisionIMAQ Vision是LabVIEW置的視覺開發(fā)工具包，其中包括IMAQ Vision和Vision Builder兩個(gè)組件。IMAQ Vision是一個(gè)功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，提供了在LabVIEW平臺(tái)上開發(fā)機(jī)器視覺系統(tǒng)所需要的各種子程序，例如圖像采集、系統(tǒng)凌準(zhǔn)、圖像處理、幾何量測(cè)量等.Vision Builder是一個(gè)交互式的機(jī)器視覺系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，可以在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的每一步看到輸出的中間結(jié)果，并可以隨時(shí)進(jìn)行修改。設(shè)計(jì)完成后能夠自動(dòng)生成LabVIEW程序代碼。NI的IMAQ Vision軟件包為圖象處理提供了完整

50、的功能，它將400多種功能整合到應(yīng)用軟件中，以實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的圖象處理解決方案?，F(xiàn)在的圖象采集用戶可以利用LabVIEW圖形化編程的優(yōu)異性能和高效率，開發(fā)出基于通用編程語(yǔ)言的解決方案。9HI公司的IMAQ Vision軟件包在LabVIEW應(yīng)用程序中加入了機(jī)器視覺和圖象處理的功能.IMAQ Vision中包含一套豐富的為MMR而優(yōu)化的函數(shù)，可用來(lái)完成灰度、彩色以與二值圖象的顯示、處理(統(tǒng)計(jì)、濾波和幾何變化)、形狀匹配、斑點(diǎn)分析、計(jì)算和測(cè)量等。最終用戶、系統(tǒng)集成商和原始設(shè)備制造商都可以使用IMAQ Vision以加快工業(yè)視覺和科學(xué)圖像應(yīng)用的開發(fā).IMAQ Vision可用于工廠和實(shí)驗(yàn)室里那些需要高

51、可靠性、高速的視覺系統(tǒng)的自動(dòng)化操作中去。Vision作為圖像處理的工具包，當(dāng)安裝完成后，啟動(dòng)LabVIEW軟件，可以在前面板與后面板上看到相應(yīng)的控件和函數(shù).本文使用的軟件版本為L(zhǎng)abVIEW 2012。(1)前面板控件安裝完Vision后，前面板中會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)Vision選項(xiàng)列表，打開它后可以看到五個(gè)顯示空間。-IMAQ Image.ctl 對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理時(shí)用到的一些空間。-Image Display 用于設(shè)置圖片顯示方式，包括放大、移動(dòng)、選擇等。-Image Display（Classic）也用于對(duì)圖像顯示的設(shè)置，它只是設(shè)置以經(jīng)典的方式顯示圖像。-IMAQ Vision contro

52、ls 對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理所用到的一些空間，包括圖像的類型，圖像處理的方式和不同的形態(tài)算子以與顏色的類型的選擇等等，較IMAQ Image ctl是后期升級(jí)才出現(xiàn)的，功能更全。-Machine Vision controls 機(jī)器視覺中用到的一些空間，主要是對(duì)圖像畫面進(jìn)行選擇的一些工具，包括點(diǎn)，線和面的選擇以與坐標(biāo)系的設(shè)定。2.3.1 IMAQ Vision的主要特點(diǎn)這個(gè)圖像軟件具備簡(jiǎn)單易用的機(jī)器視覺和圖像處理工具的功能。通過IMAQ Vision工程師可以容易的創(chuàng)建完整的視覺系統(tǒng)程序。IMAQ Vision具有以下特點(diǎn):（1）加快了應(yīng)用程序開發(fā)速度 IMAQ Vision在設(shè)計(jì)時(shí)便考慮到便于

53、開發(fā)者使用，尤其要滿足圖像應(yīng)用開發(fā)者的需求，減輕他們?cè)诳s減開發(fā)成本與盡快上市的壓力。其開發(fā)的存管理以與符合命名邏輯的VI.函數(shù)和參數(shù)使得IMAQ Vision易學(xué)易用淇建的各種高級(jí)函數(shù)相互配合工作，因而使用很少的函數(shù)就能得到不錯(cuò)的開發(fā)速度。（2）使用Intel MMX技術(shù)以提高性能在圖象處理中處理8位圖象時(shí)，MMX技術(shù)可以加快整數(shù)或者浮點(diǎn)運(yùn)算的速度。從而具有MMX技術(shù)的處理器執(zhí)行很多IMAQ Vision的函數(shù)時(shí)，其性能要比不具有MMX技術(shù)的處理器提高了最大400%。（3）ActiveX控件-ComponentWorks IMAQ Vision IMAQ VisionActiveX控件是Com

54、ponentWorks產(chǎn)品家族的一員，它為Microsoft Visual Basic, Microsoft Visual C+和其他ActiveX開發(fā)環(huán)境提供了三個(gè)等級(jí)的控件，并且提供了感興趣區(qū)域ROI(Region of Interest)選擇工具，NI IMAQ圖象采集控件使用屬性頁(yè)的形式簡(jiǎn)化了圖象捕捉，機(jī)器視覺和圖象處理控件提供了上百種處理函數(shù)。（4）可與DAQ(DataAcquisition)配合工作進(jìn)行圖象采集IMAQ軟、硬件的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一就是能夠很容易的與NI DAQ產(chǎn)品集。IMAQ硬件上的總線可以使不同板卡使用共同的定時(shí)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)圖像和數(shù)字量的定時(shí)和同步。（5）IMAQ V

55、ision的使用環(huán)境IMAQ Vision針對(duì)不同場(chǎng)合采用相應(yīng)的使用方法，開發(fā)人員可以按需選擇，利用LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境可以加快開發(fā)速度，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性，這種環(huán)境下IMAQ Vision的各種功能均以VI的形式出現(xiàn)，對(duì)于習(xí)慣于常規(guī)語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境的使用者，可選用基于C語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境LabWindows/CVI，若開發(fā)人員想利用現(xiàn)有的通用開發(fā)環(huán)境，可以使用IMAQ Vision ActiveX控件，它可以在Microsoft Visual Basic Microsoft VisualC+和其他ActiveX開發(fā)環(huán)境中以可視化控件的形式提供圖像處理功能。（6）圖像采集驅(qū)動(dòng)軟件NI_IMA

56、Q不論使用何種開發(fā)平臺(tái)，NI IMAQ都能提供對(duì)NI IMAQ采集設(shè)備的高層控制，NI-IMAQ是針對(duì)圖像采集的一個(gè)完整且可靠的API (Application Programming Interface,應(yīng)用程序編程接口)。NI-IMAQ可以完成圖像采集所需的與計(jì)算機(jī)和板卡有關(guān)的工作而無(wú)須進(jìn)行寄存器級(jí)編程。NI-IMAQ和其他的NI驅(qū)動(dòng)軟件完全兼容，以便將圖像集成到任何基于NI產(chǎn)品的解決方案中。102.4小結(jié)數(shù)字圖像處理是機(jī)器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵，在虛擬儀器系統(tǒng)中，這一切都是通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的本章首先簡(jiǎn)要的介紹了基于虛擬儀器的視覺檢測(cè)系統(tǒng)和虛擬儀器的軟、硬件系統(tǒng)。機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)前期工作為圖像采

57、集，并注重對(duì)圖像進(jìn)行分析，以便做出控制外部控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作的決定，最終用于指導(dǎo)外部的運(yùn)動(dòng)控制模塊工作，在虛擬儀器系統(tǒng)中，這一切都是通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的，虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算能力租開放，易用的用戶界面構(gòu)成了一種全新的儀器，加之面向科學(xué)家和工程師的圖形化編程平臺(tái)，使虛擬儀器具有開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用低、技術(shù)更新周期短、價(jià)格低、可復(fù)用與可重配置性強(qiáng)、開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，而視覺檢測(cè)系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)處理和分析圖像，特別是在檢測(cè)方法比較固定、重復(fù)性高的場(chǎng)合應(yīng)用使用時(shí)，具有高速、精確、可靠等優(yōu)點(diǎn).虛擬儀器化視覺檢測(cè)系統(tǒng)是虛擬儀器技術(shù)和視覺檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)使得對(duì)于機(jī)器視覺系統(tǒng)的

58、四個(gè)要求:更快、更便宜、更準(zhǔn)確、更可靠都得到了滿足，因此它代表了機(jī)器視覺系統(tǒng)發(fā)展的方向，這也是本課題選用虛擬儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)視覺系統(tǒng)任務(wù)構(gòu)件的原因。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合課題的要求，介紹以LabVIEW圖形式語(yǔ)言開發(fā)平臺(tái)與視覺開發(fā)模塊IMAQ Vision相結(jié)合的方式，開發(fā)機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)，建立圖像獲取、圖像預(yù)處理等一系列視覺檢測(cè)流程模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像采集系統(tǒng)中的圖像處理，邊緣檢測(cè)等任務(wù)。第三章基于LabVIEW的圖像測(cè)量分析系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1引言在圖像分析系統(tǒng)開發(fā)的初始階段，主要是正對(duì)零件標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量設(shè)定一公差值，與其后面的零件進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。本文的檢測(cè)對(duì)象零件的形狀為不規(guī)則形狀，較其他形狀諸如圓形、方形

59、等較為規(guī)則的小型工件來(lái)說在其模板匹配定位等方面難度較大一些。因此本章將在對(duì)零件的課件缺陷分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)的軟件方案。3.2搭建機(jī)器視覺處理平臺(tái)通常，典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)由以下四個(gè)部分光源、相機(jī)、圖像采集卡和圖像處理軟件組成3.3選擇光源剛接觸機(jī)器視覺系統(tǒng)時(shí)可能無(wú)法意識(shí)到光源選擇恰當(dāng)與否直接關(guān)系到系統(tǒng)的成敗。所以選擇光源的重要因素有三個(gè)需要注意的方面：(1)增強(qiáng)待處理的物體特征；(2)減弱不需要關(guān)注的物體和噪聲的干擾；(3)不會(huì)引入額外的干擾。機(jī)器視覺中主要使用的三種光源：同軸光源，條形光源，零度角光源（低角度方式照明）都具有自身的優(yōu)勢(shì)和特性。三種照明方式皆適用于平面物體，且都能檢測(cè)出物體

60、表面的刮痕和破損。對(duì)于帶弧度的物體，需要用到另外的LED光源。而三種主要的光源都有各自的特點(diǎn)：（1）同軸光源：設(shè)計(jì)巧妙，最大的特性是能夠作為反射度極高的金屬表面以與玻璃的照射光源，在鏡面加工工業(yè)中，具有不可替代的作用。在配置過程中，尤其需要注意調(diào)節(jié)凸透鏡和半透半反玻璃的位置。為了得到最佳的照明效果，應(yīng)該進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試。（2）條形光源：條形光源最大的特性是靈活性大，可以從多個(gè)角度采集圖像，獲得全方位的圖像信息。對(duì)于需要獲得全面的表面特征的物體，如檢測(cè)被測(cè)物體是否有光澤，是否有表面紋路時(shí)，可以選擇條形光源。（3）零角度光源：零角度光源最大的特性是物體的邊緣輪廓顯示得非常清晰，重點(diǎn)運(yùn)用于檢查金屬邊緣