【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (26) C1類包含灰度級(jí) [z+1， z+2， ? ， K1]的像素，其概率和，灰度均值分別為 ， (27) 圖像的總平均灰度為 181。=ω0181。0+ω1181。1 (28)則定義類間方差為 (29) 從最小灰度值 0到最大灰度值 K1，遍歷所有灰度值，使得式（ ）中σ最大時(shí)的灰度 z即為分割的最佳閾值 T。因?yàn)榉讲钍腔叶确植季鶆蛐缘囊环N度量，方差越大，說(shuō)明構(gòu)成圖像的兩部分差別越大，當(dāng)部分目標(biāo)錯(cuò)分為背景或部分背景錯(cuò)分為目標(biāo)都會(huì)導(dǎo)致兩部分差別變小。因此，使類間方差最大的分割意味著錯(cuò)分概率最小。 在實(shí)際應(yīng)用中，直接 應(yīng)用式（ 29）計(jì)算量太大，因此一般在實(shí)現(xiàn)時(shí)采 用等價(jià)式（ 210），則最佳閾值 T為使得式（ 210）為最小時(shí)的 z，即 Max[ω0ω1(181。0 181。1)] (210)[6] 3 圖像分割實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)現(xiàn)平臺(tái)介紹 LabVIEW 簡(jiǎn)述 LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器公司開(kāi)發(fā)的基于圖形編譯語(yǔ)言的實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集 12 成環(huán)境 , 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（圖形），并用線條把各種功能（圖形）連接起來(lái)的簡(jiǎn)單圖形編程方式。 LabVIEW本身是一種功能比較完善的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，它可替代常規(guī)的 BASIC,C語(yǔ)言編程，可以編寫(xiě)應(yīng)用程序。 LabVIEW具有如下特點(diǎn) ： 1)它提供了“所見(jiàn)即所得”的可視化圖形編程技術(shù)建立人機(jī)界面，提供了大量的儀器面板中的控制對(duì)象，如按鈕、開(kāi)關(guān)、指示器、圖表等； 2)它使用圖標(biāo)表示功能模塊，連線表示模塊間的數(shù)據(jù)傳遞，并且用線型和顏色區(qū)別數(shù)據(jù)類型，用數(shù)據(jù)流程圖式的語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)程序代碼，這樣使得編程過(guò)程與人的思維過(guò)程非常接近 ； 3)它提供了程序調(diào)試的功能，可以在源代碼中設(shè)置斷點(diǎn)，單步執(zhí)行源代碼，可在連線上設(shè)置探針，觀察程序執(zhí)行過(guò)程的數(shù)據(jù)流變化，大大簡(jiǎn)化了調(diào)試工作量 ； 4)它采用了 編譯方式運(yùn)行 32位應(yīng)用程序，使得它的執(zhí)行速度可與 VC等開(kāi)發(fā)程序相媲美。 因此，即使沒(méi)有豐富的編程經(jīng)驗(yàn)也能很容易利用 LabVIEW進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，在其平臺(tái)上完成各種功能。 [7] LabVIEW 的應(yīng)用 LabVIEW 已經(jīng)成為用于測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)發(fā)工具 。 LabVIEW 結(jié)合NITestStand 測(cè)試執(zhí)行環(huán)境和該領(lǐng)域中最大的儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù) ， 為整個(gè)系統(tǒng)建立穩(wěn)固完整的檢測(cè)管理平臺(tái) 。 運(yùn)用 LabVIEW， 可在汽車 、 能源研究和其它眾多工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算 。 對(duì)于要求聲音 、 振動(dòng) 、 圖像處理 、 時(shí)頻分析 、 小波和數(shù)字濾波的應(yīng)用系統(tǒng) ， LabVIEW 特別提供各種附加工具包以加速系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 。 3. 應(yīng)用于過(guò)程控制和工廠自動(dòng)化 可利用 LabVIEW 來(lái)建立眾多的過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng) 。 在 LabVIEW 平臺(tái)下 ， 可以實(shí)現(xiàn)高速 、 多通道的測(cè)量和控制 。 對(duì)于大型復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng) ， 有專門(mén)的 LabVIEW 數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控模塊 ， 用于監(jiān)控多通道 I /O、 與工業(yè) 13 控制器和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信 ， 以及提供基于 PC 機(jī)的控制 。 4. 應(yīng)用于機(jī)器監(jiān)控 對(duì)于要求有實(shí)時(shí)控制 、 振動(dòng) 分析 、 視覺(jué)和圖像分析或運(yùn)動(dòng)控制的機(jī)器監(jiān)視和預(yù)先維護(hù)的應(yīng)用系統(tǒng) ， LabVIEW 是理想的選擇 。 LabVIEW 系列產(chǎn)品 ， 包括用于可靠 、 確定性控制的實(shí)時(shí) LabVIEW( LabVIEW RT) 軟件 ， 就可以快速 、 準(zhǔn)確地建立起功能強(qiáng)大的機(jī)器監(jiān)視和自動(dòng)控制應(yīng)用程序 。 [8] 在這么多的應(yīng)用當(dāng)中， LabVIEW作為機(jī)器視覺(jué) 與圖像處理 系統(tǒng)發(fā)揮了巨大的作用。 這幾年，激光儀器視覺(jué)系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛研究和開(kāi)發(fā)在不同的制造工藝。激光儀器視覺(jué)系統(tǒng)的功能可以使制造工序自動(dòng)化和大大提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，并且使學(xué)術(shù)界和工業(yè)都產(chǎn)生了很大的興趣。金 工業(yè)正在使用的焊接工藝，連接兩個(gè)或更多的含金或非含金部分也急需焊接工藝的質(zhì)量和生產(chǎn)率。作為焊接工藝的重要事項(xiàng)之一，焊縫追蹤對(duì)質(zhì)量和生產(chǎn)力至關(guān)重要。首先，焊縫追蹤需要滿足焊接工藝的完全自動(dòng)化。基于 LabVIEW的激光儀器視覺(jué)系統(tǒng)作為焊縫追蹤脫穎而出，同時(shí)也解決了傳統(tǒng)模式低效率、低適應(yīng)力的缺點(diǎn)。 [9] 用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù) 。因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，人們將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是一門(mén)包含諸多科學(xué)領(lǐng)域的綜合技術(shù)，它不僅涉及到人工智能、光電學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)，而且還與圖像處理、模式識(shí)別等學(xué)科息息相關(guān)。 在國(guó)外，機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用普及主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè)，其中大 概40%50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。具體如 PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技 術(shù)、設(shè)備；單、雙面、多層線路板，覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件；電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及 絲網(wǎng)周邊材料等。 SMT表面貼裝： SMT工藝與設(shè)備、焊接設(shè)備、測(cè)試儀器、返修設(shè)備及各種輔助工具及配件、 SMT材料、貼片劑、膠粘劑、焊劑、焊料及防氧化油、焊膏、 清洗劑等；再流焊機(jī)、波峰焊機(jī)及自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備。電子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元件制造設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工模具。機(jī)器 14 視覺(jué)系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測(cè)的各個(gè)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位。 [10] 實(shí)現(xiàn) LabVIEW的圖像處理功能有 三 種途徑，一是外掛 VISION模塊，也就是視覺(jué)模塊 ； 二是 調(diào)用 Matlab實(shí) 現(xiàn)；三是直接設(shè)計(jì) VI實(shí)現(xiàn)功能；三種途徑各有優(yōu)缺點(diǎn)，VISION模塊需要另外購(gòu)買，借助 Matlab還需要安裝，且不方面修改，但是這兩種方法的功能會(huì)更強(qiáng)大。如果直接通過(guò) LabVIEW平臺(tái)完成，則方便修改，但是較前兩種方法，所能實(shí)現(xiàn)的功能有限。 VI設(shè)計(jì) 作為實(shí)現(xiàn)圖像處理的第一步，首先要讀取圖像，并將其轉(zhuǎn)換為可以處理的數(shù)據(jù)， 如圖 ， 圖 圖片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 首先用 while循環(huán)判斷 讀取的圖像文件是否為 BMP文件，如果是，進(jìn)入分支程序。分支 1，首先用繪制平化像素圖控件將讀取的圖像文件顯示出來(lái) ；分支 2用還原像素圖控件將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維數(shù)組，并計(jì)算顯示出圖像像素點(diǎn)的行數(shù)與列數(shù)。 灰度使用黑 色調(diào) 表示物體 ,即用黑色為基準(zhǔn)色， 用 不同的飽和度的黑色來(lái)顯示圖像。 每個(gè)灰度對(duì)象都具有從 0%（白色） 到 100%（黑色）的亮度值。 將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為像素點(diǎn)的二維數(shù)組后，接下來(lái)的步驟就是將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，并繪制出灰度直方圖。 15 圖 繪制灰度直方圖程序 如圖 ，首先將像素 點(diǎn)的 RGB三色分解開(kāi)，再利用公式（ 31）將彩色轉(zhuǎn)為灰度。Gray = R* + G* + B* （ 31） (a) 原始圖片 (b) 原始圖片灰度圖 (c) 灰度直方圖 圖 繪制灰度直方圖 將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像后，建立一維 256個(gè)元素的數(shù)組，并將其初始化為 0。然后調(diào)用“替換數(shù)組子集”和“索引數(shù) 組”控件， 以圖像像素的灰度值為索引，繪制灰度直方圖。 圖 ，原始的圖片的灰度圖片，以及圖像的灰度 16 直方圖。 雙峰法 選取閾值 可以利用雙峰法的圖像分割的圖像，其灰度直方圖必須是呈現(xiàn)“雙峰”和“一谷”狀， 如圖 （ c） ， 兩個(gè)峰值灰度分別對(duì)應(yīng)目標(biāo)和背景，則兩峰之間的谷點(diǎn)就是我們要找的閾值。所以圖像必須 滿足 是目標(biāo)和背景色差比較大 ，找到閾值后，就可以將圖像二值化，灰度值小于閾值的像素點(diǎn)則灰度值取 0（黑），灰度值大于閾值的像素點(diǎn)則灰度值取 255（白）。 但是雙峰法必須手動(dòng)確定閾值。 具體程序設(shè)計(jì)如圖 ， 圖 灰度直方圖 圖 圖像二值化程序 利用條件結(jié)構(gòu)， 根據(jù)選取的閾值， 將像素點(diǎn)逐一進(jìn)行二值化 ，然后將二值化后的像素點(diǎn)重新繪制成圖像，就實(shí)現(xiàn)了圖像的二值化分割。 17 大津法選取閾值 大津法的算法上一章已經(jīng)介紹過(guò)，從模式的識(shí)別的角度看，最佳 閾值應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生最佳的目標(biāo)類與背景類的分離性能，此性能用類間方差來(lái)表征。 并且閾值選取是自動(dòng)的。圖 。 下文將綜合比較雙峰法和大津法。 圖 大津法程序設(shè)計(jì) 總結(jié) 從程序設(shè)計(jì)的角度看，雙峰法非常簡(jiǎn)單， 只需觀察灰度直方圖，然后選取合適的閾值即可，但是閾值必須人工輸入；大津法程序設(shè)計(jì)上會(huì)稍微復(fù)雜一些，但是閾值是自動(dòng)產(chǎn)生的，因?yàn)閷?duì)灰度直方圖沒(méi)有太多的要求，所以適用的范圍會(huì)比雙峰法廣。 以下是具體實(shí)驗(yàn)成果。 (a) 原始圖的灰度圖 (b) 圖像的灰度直方圖 18 (c) 雙峰法分割 T=90 (d) 大津法分割 T=104 圖 雙峰法與大津法分割比較 圖 (b)為原始圖像的灰度直方圖，圖 (c)為雙峰法分割的圖像，而圖 (d)為大津法分割的圖像，從分割的結(jié)果上來(lái)看， 大津 法分割的圖像，其目標(biāo)與背景的分離度會(huì)較好， 細(xì)節(jié)保留的比較多 ,像這種圖灰度分布 雙峰不明顯 的圖像，不適合用雙峰法來(lái)選取閾值，但是雙峰法因?yàn)榭梢允謩?dòng)輸入閾值，其閾值還可以自行調(diào)整， 能夠 調(diào)整到更好的結(jié)果。下面在以不同的圖像進(jìn)行比較。 (a) 原始圖的灰度圖 (b) 圖像的灰度直方圖 (c) 雙峰法 閾值 T=95 (d) 大津法 閾值 T=94 圖 雙峰法與大津法分割比較 圖 (b)的灰度直方圖算是比較典型的“兩峰一谷”狀，可以使用雙峰法來(lái) 19 分割圖像，并且可以達(dá)到比較良好的結(jié)果，但從結(jié)果上來(lái)看，大津法選取的閾值和雙峰法選取的閾值差不多，效果基本一致。但實(shí)際中，圖像分割要復(fù)雜得多，雙峰法往往要和其他的方法配 合一起使用，如分割前先平滑處理圖像等 。下面再展示大津法分割的幾張圖片結(jié)果 ： (a) 示例圖原始圖片 (b) 分割后的圖片 (c) 示例圖原始圖片 (d) 分割后的圖片 (e) 示例圖原始圖片 (f) 分割后的圖片 圖 大津法分割效果實(shí)例 以上三組圖，左邊的圖片均為原始圖像的灰度圖，右邊為用大津法分割的圖片， 且這三 張圖片的灰度直方圖都不是同一類型的 ， 有雙峰型， 有單峰型的，有各個(gè)灰度值分布平坦的 ，但從分割的結(jié)果上來(lái)看，大津法都能較好的分割圖片 ，達(dá)到不錯(cuò)的結(jié)果。 20 所以，如果不結(jié)合其他方法或進(jìn)行后續(xù)處理使用單一閾值分割圖像的話，綜合程序設(shè)計(jì)和分割結(jié)果的角度上看，雙峰法人工輸入閾值，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但應(yīng)用的范圍有限，大津法可以自動(dòng)產(chǎn)生閾值，但是程序設(shè)計(jì)稍微復(fù)雜些， 但 應(yīng)用的范圍比雙峰法大得多，且分割的效果不錯(cuò)。 結(jié)論 本課題基于 LabVIEW 的圖像處理 功能，實(shí)現(xiàn)了圖像分割的功能。本課題起步于圖像分割的算法，對(duì)其中幾種算法進(jìn)行了仔細(xì)研究，最終在 LabVIEW 平臺(tái)上編程實(shí)現(xiàn)了圖像分割的功能。主要工作及研究成果如下 ： ，根據(jù)分割原理的不同，把圖像分割的方法分為了 3 大類：邊緣檢測(cè)法，閾值分割法，基于區(qū)域分割的方法，并對(duì)這三種方法作了簡(jiǎn)單的介紹。 LabVIEW 平臺(tái)具有哪些特點(diǎn)，對(duì) LabVIEW 應(yīng)用于哪些領(lǐng)域，其中機(jī)器視覺(jué)與圖像處理技術(shù)具體應(yīng)用于哪些地方 作了詳細(xì)的介紹，探討了 LabVIEW實(shí)現(xiàn)圖像處理的途徑，并作了簡(jiǎn)單的 比較。 ，并且根據(jù)兩種算法設(shè)計(jì)了相應(yīng)的 VI，在LabVIEW 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了圖像分割的功能。 ，運(yùn)用圖像分割標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖像進(jìn)行分析，總結(jié)了兩種分割方法的優(yōu)缺點(diǎn)。 圖像分割技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論技術(shù)中最基本、也是最困難的問(wèn)題之一。 雖然本課題實(shí)現(xiàn)的大津法相比雙峰法有著更廣的范圍，但是圖片種類的局限性還是很大，需要一部分特定的圖片才能得到較好的效果 。 到目前為止既不存在一種通用的圖像分割方法，也不存在一種判斷是否分割成功的客觀標(biāo)準(zhǔn)。 雖然近年來(lái)研究成果越來(lái)越多，但由于 圖像分割本身所具有的難度，使研究沒(méi)有大的