【正文】 改善圖像質(zhì)量的處理過程通常稱為圖像平滑 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 灰度圖像，是直接由相機的每個像素得到的數(shù)據(jù)，沒有經(jīng)過拜爾等彩色相機的插值處理，因此其圖像的清晰度上，比使用彩色相機獲得的圖像更清楚。 圖 IMAQ USB Grab Acquire VI 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 當(dāng) Grab VI 初始化完成后，就可調(diào)用 Grab 來實現(xiàn)圖像的采集，這個 VI 的輸出為一幅采集到的完整的圖像。 具體的編輯步驟為： （ 1） 調(diào)用 IMAQ USB Enumerate 枚舉 USB 攝像頭，如圖 。由此方法大大縮短了程序設(shè)計時間，而且系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定。設(shè)計完成后能夠自動生成 LabVIEW 程序代碼。 在實際工業(yè)應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)檢測任務(wù)首先要確定載物臺以及運動控制機構(gòu)，然后再安排相機的個數(shù)以及位置，再確定光源的照明位置以及方式，還得考慮周圍環(huán)境因素對采集系統(tǒng)的影響，增加一些消除干擾的措施。單行最大點數(shù)和單幀最大行數(shù)也可反映采集卡的分辨率性能。為了避免與其他 PCI 設(shè)備產(chǎn)生沖突時丟失數(shù)據(jù)，一般在圖像采集卡上應(yīng)有數(shù)據(jù)緩存。這個參數(shù)描述了光學(xué)系統(tǒng)的采光能力。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 下面是鏡頭幾個主要參數(shù)的解釋； （ 1）場就是整個系統(tǒng)能夠觀察物體的尺寸范圍，也就是與圖像傳感上所成圖像對應(yīng)的場景的大小。廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線在線檢測、智能交通，機器視覺，科研，軍事科學(xué)，航天航空等眾多領(lǐng)域，比 CMOS 數(shù)字相機，無論是靜態(tài)采集還是動態(tài)采集，均可以得到無變形的高質(zhì)圖像。 圖像感光芯片由數(shù)十萬至數(shù)百萬個像素組成。圖像采集部分的任務(wù)是將目標(biāo)物體的特征信息進行光學(xué)成像，然后通過圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給計算機的圖像數(shù)據(jù)采集卡。 （ 5） 基于搭建的系統(tǒng)進行試驗。 本文的研究有助于提高我國機器視覺檢測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用水平，提高工業(yè)檢測的質(zhì)量和效率以及對突破國外公司對我國機器視覺市場的技術(shù)壟斷都具有現(xiàn)實意義，并且所研究的機器視覺系統(tǒng)具有一定的經(jīng)濟價值。 卡尺、量規(guī)等檢測手段雖然簡便、快捷，但測量數(shù)據(jù)較少、精度很低；萬能工具顯微鏡、輪廓儀等檢測手段雖然有較高的檢測精度，但要求在特定的設(shè)備以及特定的環(huán)境下進行檢測，不但勞動強度大，效率極低，而且最大的不足是檢測過程同生產(chǎn)過程是分離的，這與現(xiàn)代工業(yè)所要求的在線檢測、實時控制的要求不符。 虛擬儀器技術(shù)可利用計算機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，構(gòu)成既有普通儀器的基本功能又有一般儀器所沒有的特殊功能的既高檔又廉價的新型儀器。 47 微米。 尺寸測量是圖像處理研究和應(yīng)用的重要領(lǐng)域，也是一個比較早開始的研究方向。異型曲面的高精度 檢測技術(shù)逐漸成為了檢測技術(shù)領(lǐng)域研究的新熱點和創(chuàng)新點，將圖像檢測技術(shù)應(yīng)用于異型曲面的檢測中是該檢測領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。以該技術(shù)為核心的圖像檢測系統(tǒng)在航空遙感的測量、幾何量的測量、精密復(fù)雜零件的尺寸測量和外觀三維的檢測以及光波干涉圖、應(yīng)力應(yīng)變場狀態(tài)分布圖等與和圖像技術(shù)相關(guān)的領(lǐng)域有了很廣泛的應(yīng)用 ?2?。機械零件尺寸的檢測精度和檢驗速度會直接影響現(xiàn)代化生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是對于現(xiàn)代消費電子行業(yè)，其檢測結(jié)果則是對生產(chǎn)過程進行控制的重要指標(biāo)。如采用均值濾波、卷積、標(biāo)定對圖 像進行預(yù)處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 IV 3）其它 摘 要 機械零件幾何尺寸的自動測量一直是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其檢測結(jié)果直接影響著生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計）的全部或部分內(nèi)容。 本文主要利用相機、鏡頭、背光源、圖像采集卡為圖像采集裝置，以 LabVIEW 及其視覺工具為軟件平臺，快速搭建安全、可靠、高效的零件長度自動測量系統(tǒng)方法。 (4)通過搭建實驗平臺，測試系統(tǒng)各項功能及可靠性。然而游標(biāo)卡尺、量規(guī)等最常見也最傳統(tǒng)的檢測工具存在測量精度不高，易受人為燭光因素影響等問題，萬能工具顯微鏡、輪廓儀等這些專用類檢測儀器不僅價格昂貴而且使用步驟 復(fù)雜。并且只要能夠保證采集圖片的攝像系統(tǒng)有足夠高的分辨率，就能通過算法實現(xiàn)較高的測量精度。 圖像測量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 在國外圖像處理技術(shù)檢測從上 世紀(jì)八十年代初開始已經(jīng)得到了廣泛的研究，國內(nèi)的圖像處理檢測研究從上世紀(jì)九十年代才逐漸開始。 文獻 ?6?研究電盤尺寸的測量，采用兩個 75681 象素的 CCD 傳感器分別采集電盤兩個側(cè)面的圖像，通過輪廓跟蹤、直線分割、和亞象素定位獲得工件的尺寸。 總而言之，在高精度的尺寸測量領(lǐng)域中圖像處理技術(shù)有著很大的應(yīng)用前景。虛擬儀器的品種多、功能強、自動化 程度高、具有良好的人機界面，但它與傳統(tǒng)儀器的功能是相同的：采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)分析處理以及對數(shù)據(jù)的結(jié)果處理。 CCD 攝像設(shè)備的分辨率和成像速度等技術(shù)性能的不斷提高，數(shù)字圖像處理技術(shù)的逐步完善，以及計算機的性能和性價比的迅速提高，為這一領(lǐng)域的研究提供了相當(dāng)有利的條件。本課題具體的工作內(nèi)容包括： （ 1） 機器視覺系統(tǒng)的總體構(gòu)建與實施方案設(shè)計，按照機器視覺系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)，分析系統(tǒng)的組成和硬件的參數(shù)以及性能，這些硬件包括：鏡頭、 光源、相機、圖像采集卡，選擇各軟件模塊，搭建一套基于個人計算機的機器視覺測量平臺，完成整個系統(tǒng)的整體設(shè)計。本系統(tǒng)采用工業(yè)相機、背照式光源、圖像采集卡為零件圖像采集裝置，將采集到的圖像傳送到以 LabVIEW 為軟件處理平臺的上位機上，經(jīng)過一系列的圖像處理算法，得到零件長度數(shù)據(jù)。 以獲取高品質(zhì)、高對比度的圖像。 數(shù)據(jù)接口主要有 USB 、和千兆以太網(wǎng)三種 。 本文是檢測零件長度信息，所以選用黑白面陣 CCD 數(shù)字相機。 （ 4）景深：沿光軸方向上物體的尺、 J 或運動在一定范圍內(nèi)所成的圖像是清晰的，這個范圍稱為景深。 圖像采集 卡選擇 圖像信號的傳輸是大數(shù)據(jù)量快速傳輸。其中，LVDS、 CameraLink 和千兆以太網(wǎng)等幾種圖像傳輸形式在機器視覺工程中應(yīng)用較為廣泛。 一般相機選擇好后，圖像采集卡也就基本確定了，要根據(jù)實際情況選擇合適的圖像采集卡，如是否帶運動控制接口，圖像傳輸格式等功能。 零件長度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計方案 本文介紹的零件長度檢測方法，主要體現(xiàn)快速，可靠，高效的特點，使用 LabVIEW 以及其視覺工具為軟件平臺，為達到以上特點提供了必要條件。此外， IMAQ Vision Builder 可用于快速瀏覽、建立模型及測試應(yīng)用，且無需編程。 特征匹配及預(yù)處理 零件原始圖像 零件長度檢測 生成LabVIEW 代碼 數(shù)據(jù)處理及儲存 VBAI 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 第 3 章 基于圖像的零件長度計量方法 本章通過 LabVIEW 接收圖像采集裝置采集到的零件圖像。 圖 初始化 USB 攝像頭 VI 初始化調(diào)用的攝像頭的參數(shù)，如：對焦方式、對比度等參數(shù)，使攝像頭成像清晰。 （ 7） 調(diào)用 IMAQ ，釋放占有的圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，如圖 。同一張彩色圖像，抽取不同的顏色平面，得到的灰度圖像是完全不一樣的 ，得到的零件灰度圖像 圖 。在平滑過程中，信號數(shù)據(jù)點被修改，由噪音產(chǎn)生的單獨數(shù)據(jù)點被降低，低于毗鄰數(shù)據(jù)點的點被提升，從而得到一個更平滑的信號。而低通平滑濾波器則平滑效果沒有高斯 的好，但是保留了足夠的細節(jié)。傳統(tǒng)的標(biāo)定方法 有 Tsai 兩步法， Weng 迭代法，張正友雙平面法等，應(yīng)用 雖然 較為廣泛 ， 但實際的標(biāo)定過程 是十分 繁瑣 的 。最后定義識別的點大小范圍以及圓度范圍以防止圖像中細微噪點被錯誤識別為標(biāo)定圓點 ，如圖 圖 分割圖像 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 （ 3）輸入標(biāo)定模版的相關(guān)信息，包括 X Spacing， Y Spacing 和 Unit，分別代表 X 方向上相鄰兩個圓點圓心間的距離， Y 方向上相鄰兩個圓點圓心間的距離和距離 的單位 ，如圖 。 實現(xiàn)步驟： （ 1） 選擇幾何匹配函數(shù)，在 Main 選卡中輸入步驟名，并選擇要查找的范圍，本文選全圖 ，如圖 。 方式一 —— 測點到直線的距離 由于簡化為兩條直線的距離問題，因此采用 了 測量 點到直線的距離，然后兩這點到直線間的距離的平均值，以代替直線到直 線間的距離。 使用方法為： （ 1） 在 Main 選 卡的 Step Name 中輸入步驟名稱 如圖 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 零件長度 計量誤差處理 誤差分析 在機械測量的實際中，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和測量手段的不斷完善，測量誤差被控制得越來越小，但是對于機械測量來說誤差存在有它的普遍性和必然性，在現(xiàn)實的檢測過程中誤差是不能完全消除的，只能盡量減小。 （ 4） 系統(tǒng)標(biāo)定誤差 在系統(tǒng)標(biāo)定中標(biāo)定的準(zhǔn)確度會直接而且最大程度的影響測量結(jié)果的精度，在本文中采用的是平面標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格作為系統(tǒng)標(biāo)定的參照物。如果能夠?qū)δ骋涣窟M行無限多次測量，就可得到不受隨機誤差影響的測量值，或其影響甚微，可忽略不計。 任何測量總是不可避免地存在誤差，為了提高測量精度，必須盡可能消除或減小誤差，因此有必要對測得的數(shù)據(jù)進行誤差分析以及測得結(jié)果的評定。實際應(yīng)用中 在選擇光源的時候，如果感覺拿不準(zhǔn)，可以把樣品提供給光源提供商，光源提供商會在 光源實驗室里面 選擇合適的光源。 圖 設(shè)置通過范圍 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 使用該函數(shù)是要經(jīng)過多次試驗設(shè)置好卡尺類型，搜索線之間的距離，邊緣強度等參數(shù)。 圖 找直邊函數(shù)設(shè)置 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 圖 找直邊結(jié)果 再用兩次幾何測量函。 圖 建立相對坐標(biāo)系 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 當(dāng)被測物體完全進入攝像頭視野內(nèi)時，模板匹配成功，會框出被測物體的位置，否則會一直匹配模板直到找到被測物體為止，當(dāng)匹配成功后還會在匹配一次新的模板，以建立一個精確的相對坐標(biāo)系，以后的測量都以這個相對坐標(biāo)系為參考，測量被測物體周圍的圖像，這種方法很大的提高了測量效率，而且提高了抗干擾能力步驟及結(jié)果如圖 、 。實際的測量結(jié)果也同樣讓人滿意 ，能達到不錯的精度 ，結(jié)果如圖 。 圖 黑色圓點標(biāo)定模版 過程 為實現(xiàn)精確測量 ，要充分考慮非線性徑向畸變的影響 ，需選擇 Distorition Model（ Grid），此模式在矯正非線性畸變的同時對線性畸變也同樣矯正 ，即相機與工作平面不垂直不會影響測量結(jié)果。 圖像增強 概述 增強圖像中的有用信息，它可以是一個失真的過程，其目的是要改善圖像的視覺效果，針對給定圖像的應(yīng)用場合，有目的地強調(diào)圖像的整體或局部特性，將原來不清晰的圖像變得清晰或強調(diào)某些感興趣的特征，擴大圖像中不同物體特征之間的差別，抑制不感 興趣的特征，使之改善圖像質(zhì)量、豐富信息量，加強圖像判讀和識別效果，滿足某些特殊分析的需要 ，本文的圖像增強方法如圖 所示 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 濾波設(shè)置 （ a）原圖 （ b）高斯濾波 圖 濾波效果 以上是 NI Vision 視覺軟件 NI Vision Assistant 中的平滑濾波器。 所以 對采集到的待測零件圖像進行 各種各樣的 圖像處理之前，首先采用 適當(dāng) 的方法減少圖像噪聲， 一般采用的方法 是使用數(shù)字濾波器，其濾波的效果 對 測量 的精度 影響很大 。如找邊、找圓、粒子析、亮度測量、紋理分析、匹配、存在性等許多的檢測都是基于灰度圖像的。 （ 5） 調(diào)用 IMAQ USB Grab 快速采集圖像數(shù)據(jù)，如圖 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 在 MAX 里面采集圖像 本文采用連續(xù)采集方式，編寫程序時一般可分為：相機初始化、建立圖像采集任務(wù)、采集圖像、關(guān)閉相機 、刪除任務(wù)。 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案 本系統(tǒng)先通過 VBAI 設(shè)計完成系統(tǒng)部分功能，在生成 LabVIEW 代碼完成整體系統(tǒng)功能和人機交互界面的設(shè)計。 Vision Builder 是一個交互式的機器視覺系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，可以在 系統(tǒng)軟件 設(shè)計的每一步看到輸出的中間結(jié)果，并可以隨時進行修改。運動與控制機構(gòu)在高效快速的實際工業(yè)測量中需要根據(jù)具體的應(yīng)用來設(shè)計，完成被測對象的姿態(tài)調(diào)整，如測量軸類零件時需要控制軸進行旋轉(zhuǎn)。 （ 3）分辨率：采集卡能支持的最大點陣反映了其分辨率的性能。 圖像采集卡是一塊可插入計算機或脫離計算機獨立使用的板卡，圖像采集卡將數(shù)字信號經(jīng)過處理送入計算機，是圖像采集部分和圖像處理部分的接口。 （ 6） F 數(shù)：假定光學(xué)系統(tǒng)的有效孔徑是 d，焦距是 f 那么， Ff／ d。鏡