【文章內容簡介】 VIEW 機器視覺的現狀及發(fā)展趨勢隨著科學技術及工業(yè)自動化的發(fā)展，機器視覺作為一種應用系統(tǒng)，其功能（論文）說明書6和特點也得到逐步完善和發(fā)展。機器視覺通過計算機來模擬人的視覺，其目的便是用圖像獲取來恢復現實世界的模型。自從 20 世紀 50 年代就著眼于研究統(tǒng)計模式識別繼而開始機器視覺的探討建立了不少機器視覺理論，Marr 的視覺計算理論目前仍然是機器視覺的主要理論框架，大多數機器視覺研究都著眼于通過計算，提取二維視覺數據中的深度信息進行目標三維描述和識別。在 80 年代末，隨著數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。與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)如多媒體系統(tǒng)相比，機器視覺強調的是精度和速度，以及工業(yè)現場環(huán)境下的可靠性。LabVIEW 作為圖形化的編程語言，其易學易用，易于采用模塊化設計思想的特點，使得基于 LabVIEW 的機器視覺系統(tǒng)在采用相應的軟件開發(fā)功能包后，更易使系統(tǒng)具有開發(fā)簡單，構件靈活，層次清晰的特點，LabVIEW 已成為機器視覺最常用的開發(fā)平臺之一，今后隨著軟件開發(fā)包功能不斷的集成化，多樣化，其對系統(tǒng)成本和項目開發(fā)時間的控制作用會更加不可忽視，利用 LabVIEW 開發(fā)及其視覺系統(tǒng)將被更多項目開發(fā)人員選擇。 國內外研究現狀及技術難題數字圖像處理技術基本可以分成兩大類：模擬圖像處理（Analog Image Processing）和數字圖像處理（Digtal Image Processing） 。數字圖像處理是指將圖像信號轉換成數字信號并利用計算機進行處理的過程。其優(yōu)點是處理精度高，處理內容豐富，可進行復雜的非線性處理，有靈活的變通能力，一般來說只要改變軟件就可以處理內容。困難主要在處理速度上，特別是進行復雜的處理。數字圖像處理技術主要包括如下內容：幾何處理（Geometrical Processing） 、算術處理（Arithmetic Processing） 、圖像增強（ImageEnhancement） 、圖像復原（Image Restoration） 、圖像重建（Image Reconstruction） 、圖像編碼（Image Encoding） 、圖像識別(Image Recognition)、圖像理解（ImageUnderstanding） 。數字圖像處理技術的發(fā)展涉及信息科學、計算機科學、數學、物理學以及生物學等學科，因此數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。近年來，數字圖像處理技術日趨成熟，它廣泛應用于空間探測、遙感、生物醫(yī)學、人工智能以及工業(yè)檢測等許多領域，并促使這些學科產生了新的發(fā)展。數字圖像處理目前存在的問題：（1）處理信息量很大數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 的數據量；對高分辨率彩色 512512 圖像，第一章 緒論7則要求 768kbit 數據量；如果要處理 30 幀/秒的電視圖像序列，則每秒要求500kbit～ 數據量。因此對計算機的計算速度、存儲容量等要求較高。（2）占用頻帶較寬數字圖像處理占用的頻帶較寬。語言信息相比，占用的頻帶要大幾個數量級。如電視圖像的帶寬約 ，而語音帶寬僅為 4kHz 左右。所以在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個環(huán)節(jié)的實現上，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。（3）各像素相關性大數字圖像中各個像素是不獨立的，其相關性大。在圖像畫面上，經常有很多像素有相同或接近的灰度。就電視畫面而言，同一行中相鄰兩個像素或相鄰兩行間的像素，其相關系數可達 以上，而相鄰兩幀之間的相關性比幀內相關性一般說還要大些。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。（4）無法復現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現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量，例如雙目圖像或多視點圖像。在理解三維景物時需要知識導引，這也是人工智能中正在致力解決的知識工程問題。（5）受人的因素影響較大數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。由于人的視覺系統(tǒng)很復雜，受環(huán)境條件、視覺性能、人的情緒愛好以及知識狀況影響很大，作為圖像質量的評價還有待進一步深入的研究。另一方面，計算機視覺是模仿人的視覺，人的感知機理必然影響著計算機視覺的研究。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系，優(yōu)先敏感的結構、屬性和時間特征等，這些都是心理學和神經心理學正在著力研究的課題。（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。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，基于虛擬儀器的視覺系統(tǒng)愈發(fā)趨于經濟和實 VBvIX (MultiMediaExtensions 多媒體擴展)技術的高能 Pentium 處理器、堅固的操作系統(tǒng)、PCI (Peripheral Component Interconnect,外部設備互連)局部總線以及具有友好用戶接口的、基于虛擬儀器的圖像采集軟硬件，使今天的視覺應用系統(tǒng)的性能大大優(yōu)于以往的系統(tǒng)，而同時成本卻在不斷下降。 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)內部的視覺系統(tǒng)開發(fā)組聯(lián)合完成的。今天，新技術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)完成滿足大多數應用要求的計算機視覺應用系統(tǒng)。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量、生物材料合格性等的測定。事實上，當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、可靠性和數據吞吐能力，執(zhí)行更加復雜的檢測任務。 [6]機器視覺與虛擬儀器結合的好處是顯而易見的:一方面，傳統(tǒng)的基于硬件的機器視覺系統(tǒng)價格昂貴，開發(fā)難度大(一般采用匯編語言編程)，開發(fā)周期長，而采用虛擬儀器技術則可以克服這些缺點，開發(fā)出滿足市場需要、廉價、高效的檢測儀器。另一方面，可以將機器視覺的分析功能與虛擬儀器的控制功能有效結合，得到很高的性價比。虛擬儀器把計算機資源(如微處理器、內存、顯示器等)和儀器硬件(如 A/D, D/A,數字 LO、定時器、信號調理等)的測量、控制能力結合在一起，通過軟件實現對數據的分析。 虛擬儀器 VI 開發(fā)軟件 LabVIEW 數字圖像處理是視覺系統(tǒng)的關鍵，這一切在虛擬儀器系統(tǒng)中是通過計算機軟件實現的，而目前國內外使用的最為廣泛的虛擬儀器開發(fā)平臺是 1I 公司的LabVIEW 和 Labwindows/CVIo 基于這兩種軟件的 IMAQ Vision 則為這兩種平臺提供了完整的圖像處理函數庫和功能模塊，例如各類邊緣檢測算子、自動閉值處理、各種形態(tài)學算法、濾波器以及 FIT 第二章 虛擬儀器技術9算法，使用戶無需專業(yè)編程經驗，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建立程序的軟件開發(fā)工具。在基于文本的編程語言中，程序的執(zhí)行依賴于文本所描述的指令，與之不同的 LabVIEW 使用數據流編程方法來描述程序的執(zhí)行。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)編程語言的函數或子程序。VI 由程序前面板、框圖程序和圖標 Z VI 調用該 V1。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。這使得 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儀表的前面板，可以設置輸入數值和觀察輸出量.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形式出現在前面板上，如旋鈕、開關、按鈕、圖表、圖形等。當前面板窗口處于活動狀態(tài)時，工具模板和控制模板可用。相應的各個程序前面板都對應 LabVIEW 圖形編程語言編寫，可以把它理解、節(jié)點、圖框和連線構成了后面板程序。其中端口用于同步程序前面板的控制和顯示傳遞數據。通過節(jié)可實現函數和功能調用，節(jié)點與外界通過端口進行數據交換。另外圖框在 LabVIEW 中也是一種節(jié)點，是LabVIEW 控制 VI 程序執(zhí)行方式的圖形表示，如順序、條件和循環(huán)控制結構等，被用來實現結構化程序控制命令。連線則代表程序執(zhí)行過程中的數據流，定義了基于 LabVIEW 的標圖像采集系統(tǒng)研究框圖內的數據流動的方向。 [7]利用 LabVIEW 進行圖像處理是一個非常重要的應用，在許多行業(yè)中采用圖像的采集和識別來進行判斷、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動和函數，既能夠從數千種連接到 NI (National Instruments)幀接收器上的不同相機上采集圖像，也能夠從連接在（論文）說明書10 (PCI eXtensions for PCI 擴展)系統(tǒng)或筆記本計算機上標準端口的 IEEE 1394 和千兆位以太網視覺相機采集圖像。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，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、 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， 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。 [8] 虛擬儀器視覺軟件模塊 IMAQ VisionIMAQ Vision 是 LabVIEW 內置的視覺開發(fā)工具包，其中包括 IMAQ Vision和 Vision Builder 兩個組件。IMAQ Vision 是一個功能強大的函數庫，提供了在 LabVIEW 平臺上開發(fā)機器視覺系統(tǒng)所需要的各種子程序，例如圖像采集、系統(tǒng)凌準、圖像處理、 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)軟件設計的每一步看到輸出的中間結果，并可以隨時進行修改。設計完成后能夠自動生成 LabVIEW 程序代碼。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，以實現功能強大的圖象處理解決方案?，F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)出基于通用編程語言的解決方案。 [9]HI 公司的 IMAQ Vision 軟件包在 LabVIEW 應用程序中加入了機器視覺和圖 Vision 中包含一套豐富的為 MMR 而優(yōu)化的函數，可用來完成灰度、彩色以及二值圖象的顯示、處理(統(tǒng)計、濾波和幾何變化)、形狀匹配、斑點分析、計算和測量等。最終用戶、系統(tǒng)集成商和原始設備制造商都可以使用 IMAQ Vision Vision 可用于工廠和實驗室里那些需要高可靠性、高速的視覺系統(tǒng)的自動化操作中去。Vision 作為圖像處理的工具包，當安裝完成后，啟動 LabVIEW 軟件，可以 LabVIEW 2022。(1)前面板控件安裝完 Vision 后，前面板中會自動出現一個 Vision 選項列表，打開它后可以看到五個顯示空間。IMAQ 對圖像進行分析和處理時用到的一些空間。第二章 虛擬儀器技術11Image Display 用于設置圖片顯示方式，包括放大、移動、選擇等。Image Display（Classic）也用于對圖像顯示的設置，它只是設置以經典的方式顯示圖像。IMAQ Vision controls 對圖像進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)算子以及顏色的類型的選擇等等，較IMAQ Image ctl 是后期升級才出現的，功能更全。Machine Vision controls 機器視覺中用到的一些空間，主要是對圖像畫面進行選擇的一些工具，包括點，線和面的選擇以及坐標系的設定。 IMAQ Vision 的主要特點 這個圖像軟件具備簡單易用的機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:（1）加快了應用程序開發(fā)速度 IMAQ Vision 在設計時便考慮到便于開發(fā)者使用，尤其要滿足圖像應用開發(fā)者的需求，減輕他們在縮減開發(fā)成本與盡快上市的壓力。其開發(fā)的內存管理以及符合命名邏輯的 IMAQ Vision 易學易用淇內建的各種高級函數相互配合工作，因而使用很少的函數就能得到不錯的開發(fā)速度。（2）使用 In