【導(dǎo)讀】它使創(chuàng)建的程序模塊化，易于調(diào)試、理解和維護，而。且程序編程簡單、直觀。而USB總線以其使用。方便、傳輸速度快、即插即用、通用性強、擴展性好和性價比高等優(yōu)點得到廣泛的應(yīng)用。把LabVIEW語言和USB攝像頭緊密結(jié)合起來產(chǎn)生的圖像采集系統(tǒng)，將集成兩者的優(yōu)點。首先，本文論述了虛擬儀器發(fā)展、特點以及研究現(xiàn)狀，詳細(xì)的介紹了虛擬。儀器以及其代表軟件LabVIEW。并指出了USB攝像頭相關(guān)知識以及它的優(yōu)缺點，在此。步驟，最終達到了預(yù)期的設(shè)計效果，并生成了EXE文件。系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、實用性，且具有成本低廉和開發(fā)周期短等特點。

　　

【正文】 當(dāng)創(chuàng)建圖像時， NI Vision 建立了 一個內(nèi)部的圖像結(jié)構(gòu)以保存圖像的屬性，如名稱和邊沿尺寸。然而，此時沒有為圖像像素分配內(nèi)存。 NI Vision 程序在圖像尺寸修改時自動分配一定量的內(nèi)存。例如，采集和重取樣程序改變圖像尺寸所以它們會為圖像像素分配適當(dāng)?shù)膬?nèi)存。 IMAQ Create 的輸出是一個圖像結(jié)構(gòu)的引用?？蓪⒃撘米鳛檩斎胩峁┙o所有 NI Vision函數(shù)的子程序。 連續(xù)圖像的獲取（ IMAQdx ） 攝像頭準(zhǔn)備好并設(shè)置好后，就可以實現(xiàn)圖像的采集，連續(xù)圖像的采集可通過IMAQdx 函數(shù)來實現(xiàn)，如圖 413 所示 。又因為采集的是連續(xù)的圖像，所以需要使用一個 while 循環(huán)來實現(xiàn)， while 循環(huán)詳見 節(jié)。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 22 圖 413 IMAQdx 從 USB 攝像頭設(shè)置中讀入圖像，并放入圖像顯示中顯示。 IMAQ 為其創(chuàng)建一個圖像緩沖區(qū)的 New Image 將送入此函數(shù)的 Image In， 再通過此函數(shù)的 Image Out輸出。 之所以選用 Grab， 而不是 Snap， 是 因為 Snap 用于從攝像頭獲取單獨的一幅圖像，而 Grab 用于獲取連續(xù)的圖像。 顯示圖像（ Image ） 顯示圖像有兩種辦法，程序模塊在外部窗口中顯示圖像，也可以 Vision控件模板中的 Image Display 控件將圖像直接顯示在前面板上。本設(shè)計采用的是第二種。 1) 外部窗口顯示 在外部窗口顯示圖像示，使用 IMAQ WindDraw。 最多可以在 16 個外部窗口中顯示圖像。 IMAQ WindSetup 用于配置每個外部窗口的外觀。例如，可以決定窗口是否需要滾動條，是否可變化大小，或者是否有標(biāo)題欄。也可以使用 IMAQ WindMove 將尾部圖像窗口定位在監(jiān)視器的一個特定位置。 說明：外部圖像窗口不屬 LabVIEW 面板 ， 他們直接由 NI Vision管理。 在程序的最后，必須使用 IMAQ Window Close 關(guān)閉所有打開的外部窗口。 2) 圖像顯示控件 Image Display 控件用于在 LabVIEW 前面板中顯示圖像。 如下圖 414 所示。在前面板上右擊并選擇 Vision,可以找到 Image Display 控件。 基于 USB 攝像頭的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 23 圖 414 Image Display 前面板 While 循環(huán)的使用 一般來說，如果已知循環(huán)的次數(shù)，那么使用 For 循環(huán)比較簡便；如果循環(huán)次數(shù)未知，那么就需要使用 While 循環(huán)。另外，因 While 循環(huán)提供了一個布爾的條件判斷端，可以通過布爾運算實現(xiàn)對復(fù)雜條件的判斷。 While 循環(huán)流程圖如圖 415 所示。 在此設(shè)計中，目的是采集連續(xù)的圖像，當(dāng)我們使用 后，很自然的想到最簡單的連續(xù)采集圖像的實現(xiàn)方法是將 和 image 放入 while 循環(huán)中。 圖 415 While 循環(huán)流程圖 重復(fù)執(zhí)行內(nèi)部的子程序框圖，直至條件接線端（輸入端）接受到特定的布爾值。連線布爾值至 While 循環(huán)的條件接線端。右擊單擊條件接線端，在快捷菜單中選擇真（ T）時停止或真（ T）時繼續(xù)。 While 循環(huán)至少執(zhí)行一次。 條件接線端一般默認(rèn)為真時停止，當(dāng)該接線端輸入為真時程序就終止。也可以選擇真時繼續(xù)。 此設(shè)計選的是當(dāng)為真時停止。 計數(shù)接線端：表示已經(jīng)完成的循環(huán)次數(shù)，該計數(shù)從 0 開始。 移位寄存器：把上一次循環(huán)產(chǎn)生的結(jié)果移動到下一次循環(huán)的輸入。右擊 While 循環(huán)的邊框，選擇添加移位寄存器，則在右擊點和另外一側(cè)就會出現(xiàn)一個小黑框，把它與需要連線的數(shù)據(jù)連線即可。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 24 定時器中等待的使用 一般來說在循環(huán)中，我們都會添加一個定時器（如圖 416）。他們的作用主要有 2個： 1) 控制代碼執(zhí)行的速率：簡單的說，如 果在循環(huán)來中添加了定時，就可以控制循環(huán)以一定間隔重復(fù)執(zhí)行；或者在串口通信中，在發(fā)送指令后等待指定的時間再讀返時回值。 2) 降低 CPU 占用率：如果沒有設(shè)置定時， CPU 的大部分資源會一直被該線程占用，而無法執(zhí)行其他線程。 圖 416 定時器列表 在下面的例子（如圖 417）中，分別是沒有定時和定時為 100ms 時 CPU 的占用率情況，如圖 418。 圖 417 程序框圖配置間隔 100ms 圖 418 沒有定時和定時情況下 CPU 占用率 基于 USB 攝像頭的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 25 此設(shè)計用了定時中的等待（ ms） 選項，該 VI 的輸入端為整型， 單位是 ms。指定代碼執(zhí)行的時間間隔。舉例來說，連入 VI 的輸入為 10ms，如果循環(huán)中代碼的運行時間是 3ms，那么每次循環(huán)的時間是 10ms；如果循環(huán)中代碼的運行時間是 14ms（大于10ms），那么每次的循環(huán)的時間是 14ms（ Windows 下軟件定時的精度在 1ms 左右，所以實際的情況會有 1ms 左右的誤差）。 關(guān)閉攝像頭（ IMAQdx Camera ） 程序結(jié)束后，即可用 IMAQdx Camera （如圖 419）來關(guān)閉攝像頭。 圖 419 IMAQdx Camera 以上即可實現(xiàn) USB 攝像頭在 LabVIEW 中的圖像連續(xù)采集功能 .程序框圖 如 420 所示 和仿真效果如圖 421 所示。 圖 420 程序框圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 26 圖 421 采集圖像 圖像保存 的設(shè)計 當(dāng)用戶需要采集的某一圖像時，能通過 以 下功能來實現(xiàn)圖像的動態(tài)保存。此設(shè)計的總體思路是當(dāng)用戶需要保存某張圖像時，也就是進行判斷，我們可以選用布爾值為真 或為假來實現(xiàn)。當(dāng)某個布爾值為真是保存圖像，而為假時不保存圖像。若需要保存圖像，還必須獲取圖像的保存路徑，同時此設(shè)計也需要另一個結(jié)構(gòu)來進行判斷是 否圖像保存成功，即布爾值為真時圖像保存成功，為假的時候保存不成功。根據(jù)以上語句，我們可以選擇在 Case 結(jié)構(gòu)（是否保存圖像）下再鑲嵌一個 Case 結(jié)構(gòu)（保存是否成功且若保存成功，保存圖像的路徑）來實現(xiàn)。 Case 結(jié)構(gòu)的選擇 Case 在英文里的意思是“在某種特定情況下”。 Case 結(jié)構(gòu)即在某種特定情況下執(zhí)行某段特定程序。他等價于 C 語言里的 if...else...語句或 Switch語句。 Case 結(jié)構(gòu)的輸入端子默認(rèn)就是布爾輸入，因此不需要任何改動，如下圖 422 所示。 圖 422 Case 結(jié)構(gòu) 基于 USB 攝像頭的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 27 在圖像采 集的過程中，通過按鍵是否按下判斷需要保存圖像。 如果沒按下即不保存則一直執(zhí)行圖像采集功能直至停止，若按下需要保存則執(zhí)行 Case 框內(nèi)的程序（將圖像保存在指定文件夾內(nèi)）。 若需要保存，我們可以通過文件對話框 （ 圖 423） 來選擇保存路徑 。 如果沒有選擇保存路徑或取消保存，則圖像保存不成功，用另一個 Case 結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。即若取消保存，布爾值為真，顯示保存未成功，相反顯示保存為成功。顯示的文字可用函數(shù) Select 來實現(xiàn)。 圖 423 文件對話框 將相應(yīng)的連接端連接起來即可。在這里，為了增加圖像的美觀性，我們可以將 VI的 前面板做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其更加美觀 、 方便。 設(shè)計結(jié)果的演示 1) 采集動態(tài)圖像，如圖 424 所示。 圖 424 采集圖像 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 28 2) 點擊保存圖像，選擇你需要保存的路徑。 3) 若選擇到桌面，即可顯示保存成功。 4) 桌面會出現(xiàn)剛才你所保存的圖像，如圖 425 所示。 圖 425 顯示保存的位置 5) 若取消選擇路徑，即未實現(xiàn)保存，則顯示保存未成功。 生成獨立可執(zhí)行應(yīng)用管理 生成獨立可執(zhí)行應(yīng)用管理：即常見的 EXE 文件，最終用戶無法查看或更改程序代碼。不同的是，該 EXE 文件需要在 LabVIEW Run— Time 引擎上才能運行 。 雖然生成可執(zhí)行文件是一個非常簡單的一個過程，但是還要注意一下幾點：將所有的 VI 與支持文件都添加到項目中，并保存項目中的所有 VI， 這樣才能確保生成的可執(zhí)行文件是正確的；確保項目中所有的 VI 都能正確執(zhí)行。如果其中有 VI 是不可執(zhí)行的，很可能會造成構(gòu)造失敗。 LabVIEW Project用于管理 LabVIEW項目中的 LabVIEW文件與非 LabVIEW文件、創(chuàng)建打包說明、部署、下載文件到 LabVIEW targets 等。 通過項目管理器窗口，用戶能夠直觀的管理與查看所以相關(guān)文件、打包說明以及基于 USB 攝像頭的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 29 LabVIEW targets 等。 當(dāng)編輯好應(yīng)用程序后，點擊工具 |通過 VI 生成應(yīng)用程序（ EXE）．．．出現(xiàn)圖 426 對話框。選擇所創(chuàng)建項目的位置。 圖 426 選擇創(chuàng)建項目的位置 創(chuàng)建好項目后，可以設(shè)置屬性，在這里均使用默認(rèn)值即可，如圖 427 所示。 圖 427 設(shè)置屬性 依照提示步驟，即可實現(xiàn)如圖 428 所示 圖 428 生成項目 可用于圖像處理的相關(guān)模塊 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 30 自動檢測的視覺生成器 (Vision Builder for AI(Automated Inspection)) 有了 National Instruments (簡稱 NI) 公司的 Vision Builder for Automated Inspection軟件，生產(chǎn)測試工程師們只需一個獨立的軟件方案就能夠建立完整的機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)，并擁有一個能將圖像采集、機器視覺檢測、決策判斷及 I/O 控制同時集成到生產(chǎn)測試應(yīng)用系統(tǒng)中的開發(fā)環(huán)境。 NI Vision Builder for Automated Inspection 軟件使機器視覺系統(tǒng)的開發(fā)變得前所未有的簡單， National Instruments 的視覺與測量平臺部門經(jīng)理 John Hanks 說，現(xiàn)在，工程們可以互動地創(chuàng)建機器視覺系統(tǒng)，并且輕松地用內(nèi)置數(shù)字 I/O 和串口功能控制各種不同的自動化設(shè)備 。 有了這個簡單易用的軟件，從未有過編程經(jīng)驗的工程師們也可以使用直觀的檢測工具創(chuàng)建機器視覺應(yīng)用程序，與圖像進行直接的交流?，F(xiàn)在，工程師們能夠輕松、快捷地建立生產(chǎn)線上的應(yīng)用方案了，例如生產(chǎn)線上的部品檢測和質(zhì)量監(jiān)控等。 NI Vision Builder for Automated Inspection 還是一個交互式的圖像處理和分析環(huán)境，帶有高級決策判斷功能、支持輸入 /輸出。內(nèi)置的 I/O 功能讓用戶能夠輕易地控制 串口線和靜態(tài)數(shù)字 I/O 模塊，或與諸如閥門、攝像頭與 PLC 等一系列外部設(shè)備連接。這一新軟件還具有高級的決策判斷和數(shù)據(jù)記錄功能，使得工程師們可以指定存儲符合預(yù)置條件的圖像和檢測數(shù)據(jù)。 基于 USB 攝像頭的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 31 5 總結(jié) 論文總結(jié) 虛擬儀器技術(shù)是計算機視覺領(lǐng)域的前沿技術(shù)，將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于圖像采集相關(guān)的教學(xué)和工程實踐領(lǐng)域是近年來研究熱點。本文主要研究當(dāng)前最流行的虛擬儀器開發(fā)LabVIEW 開發(fā)平臺上圖像采集系統(tǒng)，主要完成了系統(tǒng)的三個組成部分的研究與設(shè)計，這三部分研究包括基于 LabVIEW 的圖像采集、圖像保存、生成 EXE 文件的設(shè)計 。其中用到的 視覺與運動模塊可以方便的進行各種計算機視覺程序的開發(fā)，大大縮短設(shè)備的開發(fā)時間，減少設(shè)計測試成本。這也將是此后越來越普及的一種設(shè)備儀器的開發(fā)方式。 論文擴展 由于時間匆促，本設(shè)計還有一定欠缺，我會在今后的工作學(xué)習(xí)中對本系統(tǒng)的技術(shù)和欠缺進行進一步的提高和完善。如本設(shè)計最終生成的是 EXE 文件，其實如果允許，還可以再通過生成安裝程序（ installer）使程序更易操作。成功生成安裝程序，即常見的Setup 文件，可以避免讓用戶再麻煩地單獨安裝 LabVIEW RunTime 引擎或硬件驅(qū)動。此外，還 可以將 MAX 配置文件一同打包進去，安裝程序可以自動地配置硬件，從而避免了用戶在每一次安裝時都得在 MAX 中重新配置硬件。 本設(shè)計只完成了圖像采集部分，而圖像采集的目的是為了 應(yīng)用 。 我們可以根據(jù)其他的模塊對圖像進行處理， 來實現(xiàn) 在集成電路組裝中對元器件的定位與識別，在包裝廠中對于包裝完整性的檢測 等待。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 32 致 謝 光陰似箭的四年大學(xué)生活轉(zhuǎn)眼就要過去了，在此畢業(yè)設(shè)計論文即將完成之際，我謹(jǐn)向在大學(xué)期間所有老師、同學(xué)、關(guān)心過我、幫助過我的人致以最真誠的謝意。 在為期半年的畢業(yè)時間 里 ，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師李光明教授。在此 之前 ，雖然李老師未給我?guī)н^課，但從我開始選這個課題到現(xiàn)今 ，李老師 的諄諄教誨和無微不至的關(guān)懷使我難以忘懷 。 李老師給我以悉心的指導(dǎo)，在研究的關(guān)鍵時刻他都能夠給我以方向性的引導(dǎo)，擴展我的思路，使研究得以更好的進展下去，這一切使我受益匪淺。 在此，我 向李老師 致以崇高的敬意和衷心的感謝 ！ 同時 感謝同一課題組的 同學(xué)們，我們一起奮斗， 一起學(xué)習(xí)，沒有你們的鼓勵與支持，我不會那么順利地完成論文。謝謝你們給我?guī)砉ぷ鞯臒崆榕c珍貴的友誼。 感謝我最摯愛的父母，正是他們無微不至的關(guān)心，孜孜不倦的鼓勵鞭策并鼓