【正文】 ..... 28 基于 LABVIEW 的圖像測量分析系統(tǒng)設計軟件運行 .......................................... 29 基于 LABVIEW 的圖像測量分析系統(tǒng)設計 .......................................................... 32 運行環(huán)境及平臺 .................................................................................................. 33 參考文獻 ...................................................................................................................... 36 第一章 緒論 1 第一章 緒論 圖像識別所討論的問題，是研究用計算機代替人自動地處理大量物理信息，從而部分代替人的腦力勞動，人類識別圖像的過程總是先找出它們外形或顏色的某些特征進行分析、比較、判斷，然后再加以分析和區(qū)別。 關鍵詞 :機器視覺；虛擬儀器； LabVIEW； IMAQ Vision；測量分析 II ABSTRACT As 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 bination possesses an outstanding practicability. Machine Vision System which is based on the virtual instruments is necessary and feasible。 本科畢業(yè)設計（論文）說明書 基于 LabVIEW 的圖像測量分析系統(tǒng)設計 學 院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 提交日期 I 摘 要 機器視覺作為多學科的交叉領域，有著越來越 廣泛的應用，虛擬儀器能夠很好的滿足視覺系統(tǒng)的實時性和精度要求，二者結合具有突出的實用性，基于虛擬儀器的機器視覺系統(tǒng)具有必要性和可行性，同時也降低硬件設備成本且具有高精度，非接觸，以及高自動化的特點。 at the same time, it reduces the hardware device costs. What39。我們在研究圖像識別的時候，也常常借鑒人的思維活動，采用同樣的處理方法，然而圖像的灰度與色彩是有光強和波長不同的光波所引起的，它們與景物表面的特性、方向、光線條件以及干擾等多種因素有關，在各種惡劣的工作環(huán)境里，圖像與實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)過預處理、圖像分割、特征抽取、分析、分類等一系列過程。 目前，機器視覺和虛擬儀器技術在國外的研究工作己經(jīng)進入了鼎盛時期，而我國在這方面的投入和研究還十分不足 .現(xiàn)今國內(nèi)機器視覺系統(tǒng)方面的資料，從開發(fā)的角度來看，資料仍相對較少而且零散， LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbencb)作為虛擬儀器的軟件平臺，圖像采集和處理是其中一個非常重要的應用，所以本文所做的基于 LabVIEW 的目標圖像采集系統(tǒng)研究仍較有震改。從信息論的角度來看，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，具有極為廣泛的內(nèi)容人類通過眼睛攝取的圖像占到了所得到信息的 70%以上 .許多場合里，沒有任何其它形式比圖像所傳遞的信息更豐富和真切。本文中使用十分常見的 USB攝像頭來獲取外界圖像基于 LabVIEW的標準圖像測量分析系統(tǒng)識別。 圖像采集部分通常由光源、鏡頭、數(shù)字攝像機和圖像采集卡構成 .采集過程可以簡略的描述為在光源的照明下，數(shù)字攝像機拍攝目標物體并隨之將其轉化為圖像信號，最后通過圖像采集卡傳輸給圖像處理部分 .在設計圖像采集的硬件設計部分時，要考慮到很多方面的問題，主要是關于數(shù)字攝像機、圖像采集卡和光源方面的技術。綜合這些因素即可基本確定所需的攝像機和鏡頭。在機器視覺系統(tǒng)中，輸入 2 輸出的控制很重要。當使用的圖像采集卡已經(jīng)具有數(shù)字 v0 功能時，能夠產(chǎn)生攝像機和其他電 子設備所需的選通、觸發(fā)及其他電子信號，這對系統(tǒng)是很有用的，不然就需要獨立的數(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、還有軟件開發(fā)包 .一個功能完善的軟件開發(fā)工具是圖像采集卡所必不可少的。本文系統(tǒng)基于 USB 攝像頭并通過 LabVIEW 完成圖像采集，再利用軟件進行圖像處理，且無需使用圖像采集卡，使得視覺系統(tǒng)成本更低 .其實從軟件的角度來看，思路和模式基本是一致的。圖像處理中輸入的是質量低的圖像，輸出的是改善質量后的圖像。隨后又對探測飛船發(fā)回的近 十萬張照片進行更為復雜的圖像處理，獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，為人類登月創(chuàng)舉奠定了基礎，也推動了數(shù)字圖像處理這門學科的誕生。 CT 的基本方法是根據(jù)人的頭部截面的投影，經(jīng)計算機處理來重建截面圖像，成為圖像重建。人們已開始研究如何用計算機系統(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算機視覺。數(shù)字圖像處理技術的應用領域不斷拓展。小波分析被認為是信號與圖像分析在數(shù)學方法上的重大突破。該技術成為一門引人注目、前景遠大的新型學科。圖像在空中先處理（數(shù)字化編碼）成數(shù)字信號存 在 磁帶中，在衛(wèi)星經(jīng)過地面站上空時，再高速傳送下來，然后由處理中心分析判讀。 （ 2）生物醫(yī)學是數(shù)字圖像處理應用最早、發(fā)展最快、應用最廣的領域。要將這樣高速率的數(shù)據(jù)實時傳送出去，必須采用編碼技術來壓縮信息的比特量。 （ 5）軍事公安方面在軍事方面圖像處理和識別主要用于導彈的精確制導，各種偵察照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲和顯示的軍事自動化指揮系統(tǒng)和模擬訓練系統(tǒng)等；公安方面主要用于指紋識別、人臉鑒別、不完整圖片的復原以及交通監(jiān)控、事故分析等。 （ 7）其它方面的應用數(shù)字圖像處理技術已經(jīng)滲透到社會生活的各個領域，如地理信息系統(tǒng)中二維、三維電子地圖的自動生成、修復等；教育領域各種輔助教學系統(tǒng)研究、制作中；流媒體技術領域等等。在 80 年代末，隨著數(shù)學物理學中的不變量理論的引入，形成了視覺不變量理論和應用的新框架。數(shù)字圖像處理是指將圖像信號轉換成數(shù)字信號并利用計算機進行處理的過程。數(shù)字圖像處理技術的發(fā)展涉及信息科學、計算機科學、數(shù)學、物理學以及生物學等學科，因此數(shù)理及相關的邊緣學科對圖像處理科學的發(fā)展有越來越大的影響。因此對計算機的計算速度、存儲容量等要求較高。所以在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)上，技術 難度較大，成本亦高，這就對頻帶壓縮技術提出了更高的要求。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。 （ 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價的，因此受人的因素影響較大。 （論文）說明書 8 第二章 虛擬儀器技術 基于虛擬儀器的機器視覺系統(tǒng) 機器視覺系統(tǒng)正處在不斷發(fā)展的進程中，上文已經(jīng)給出了其發(fā)展的趨勢，而基于虛擬儀器的機器視覺系統(tǒng)正是這些發(fā)展趨勢的集中體現(xiàn)。虛擬儀器化的視覺應用系統(tǒng)能夠為自動化系統(tǒng)提供過程監(jiān)視、信息集中 和反饋控制，實驗室自動化與圖像處理系統(tǒng)則能夠利用濾波與分析技術進行細胞數(shù)量、生物材料合格性等的測定。虛擬儀器把計算機資源 (如微處理器、內(nèi)存、顯示器等 )和儀器硬件 (如 A/D, D/A,數(shù)字 LO、定時器、信號調理等 )的測量、控制能力結合在一起，通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析。 LabVIEW 用圖形語言 (G 語言 )、圖標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單、易學的圖形編程方式，這種富有創(chuàng)意的方式把復雜、煩瑣、費時的語言編 程簡化成用菜單或圖標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的簡單方式，設計者可以象搭積木一樣，輕松組建一個測量系統(tǒng)和構造自己的儀器面板。這樣就可以把一個復雜的應用程序劃分為一系列簡單的子任務，為每一個子任務創(chuàng)建一個子 VI，在將他們在另一個框圖程序中組合完成復雜的任務。相應的各個程序前面板都對應著一段框圖程序 .在框圖程 序窗口用 LabVIEW 圖形編程語言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼 .端口、節(jié)點、圖框和連線構成了后面板程序。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 標圖像采集系統(tǒng)研究框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動的方向。 LabVIEW 中的視覺開發(fā)模塊作為強大的機器視覺處理庫，配有各類函數(shù)，其中 包括 :邊緣檢測、顆粒分析、光學字符識別和驗證、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, ，相互調用，為用戶提供了相當便利的操作用戶可通過視覺開發(fā)模塊的同步功能，實現(xiàn)與運動或數(shù)據(jù)采集測量的同步 .NI 公司提供的圖像處理軟件包可以在 LabVIEW 中完成各種關于圖像處理、視覺運行的控制。 NI 的 IMAQ Vision 軟件包為圖象處理提供了完整的功能，它將 400 多種功能整合到應用軟件中，以實現(xiàn)功能強大的圖象處理解決方案。 Vision 作為圖像處理的工具包，當安裝完成后，啟動 LabVIEW 軟件，可以在前面板與后面板上看到相應的控件和函數(shù) .本文使用的軟件版本為 LabVIEW 2020。 第二章 虛擬儀器技術 11 Image Display（ Classic）也用于對圖像顯示的設置，它只是設置以經(jīng)典的方式顯示圖像。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。從而具有 MMX 技術的處理器執(zhí)行很多 IMAQ Vision 的函數(shù)時，其性能要比不具有MMX 技術的處理器提高了最大 400%。 （ 5） IMAQ Vision 的使用環(huán)境 IMAQ Vision 針對不同場合采用相應的使用方法，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)，對于習慣于常規(guī)語言開發(fā)（論文）說明書 12 環(huán)境的使用者，可選用基于 C 語言的開發(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。 [10] 數(shù)字圖像處理是機器視覺系統(tǒng)的關鍵，在虛擬儀器系統(tǒng)中，這一切都是通過計算機軟件實現(xiàn)的本章首先簡要的介紹了基于虛擬儀器的視覺檢測系統(tǒng)和虛擬儀器的軟、硬件系統(tǒng) 。本文的檢測對象零件的形狀為不規(guī)則形狀，較其他形狀諸如圓形、方形等較為規(guī)則的小型工件來說在其模板匹配定位等方面難度較大一些。 機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)勢和特性。在配置過程中，尤其需要注意調節(jié)凸透鏡和半透半反玻璃的位置。 （ 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，重點運用于檢查金屬邊緣的破損情況。常見的數(shù)字相機接口有 Firewire、 CameraLink、 GigE 和 USB。 Camera Link 的數(shù)據(jù)傳輸率可達 1Gbits/s，可提供高速率、高分辨率和高數(shù)字化率，信噪比也大大改善。缺點是支持這種接口的相機型號比較少 ，選擇有限。每次 Snap 時，圖像數(shù)據(jù)先從相機傳到圖像采集卡，然后再傳到計算機的內(nèi)存 (圖像處理緩沖區(qū) )中去，如圖 31所示。 第 4 步：當圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)被釋放后，我們在前面板上將看不到采集的圖像了 ,所以特地添加一個人為的延時程序，等待用戶停止。 （ 1） BMP： Windows 位圖文件。從總體上看， Windows 位圖文件格式的缺點超過了它的優(yōu)點。 BMP 格式與現(xiàn)有 Windows 程序（尤其是 較舊的程序）廣泛兼容。 PNG 是與平臺無關的格式。作為 Inter 文件格式， PNG 對多圖像文件或動畫文件不提供任何支持。漸近式 JPEG 文件支持交錯，可以提高或降低 JPEG文件壓縮 的級別。） JPEG 壓縮可以很好地處理寫實攝影作品。 優(yōu)點：攝影作品或寫實作品 支持高級壓縮。 缺點：有損耗壓縮會使原始圖片數(shù)據(jù)質量下降。 （ 4） TIFF：標記圖像文件格式標記圖像文件格式（