【正文】 的視覺開發(fā)模塊作為強(qiáng)大的機(jī)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(xué)字符識別和驗(yàn)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(diào)用，為用戶提供了相當(dāng)便利的操作用戶可通過視覺開發(fā)模塊的同步功能，實(shí)現(xiàn)與運(yùn)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(guān)于圖像處理、視覺運(yùn)行的控制。圖像處理也可以稱作視覺處理。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(biāo)圖像采集系統(tǒng)研究框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動的方向。通過節(jié)可實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，節(jié)點(diǎn)與外界通過端口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 。相應(yīng)的各個(gè)程序前面板都對應(yīng)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(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成了后面板程序。 程序前面板用于模擬真實(shí)儀表的前面板，可以設(shè)置輸入數(shù)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(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂 .程序的前面板在前面板窗口中完成。這樣就可以把一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用程序劃分為一系列簡單的子任務(wù)，為每一個(gè)子任務(wù)創(chuàng)建一個(gè)子 VI，在將他們在另一個(gè)框圖程序中組合完成復(fù)雜的任務(wù)。 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(shù)或子程序。 LabVIEW 用圖形語言 (G 語言 )、圖標(biāo)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(xué)的圖形編程方式，這種富有創(chuàng)意的方式把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時(shí)的語言編 程簡化成用菜單或圖標(biāo)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(shè)計(jì)者可以象搭積木一樣，輕松組建一個(gè)測量系統(tǒng)和構(gòu)造自己的儀器面板。 LabVIEW 是一種可以用圖形來建立程序的軟件開發(fā)工具。虛擬儀器把計(jì)算機(jī)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(shí)器、信號調(diào)理等 )的測量、控制能力結(jié)合在一起，通過軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析。 [6] 機(jī)器視覺與虛擬儀器結(jié)合的好處是顯而易見的 :一方面，傳統(tǒng)的基于硬件的機(jī)器視覺系統(tǒng)價(jià)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(shù)則可以克服這些缺點(diǎn)，開發(fā)出滿足市場需要、廉價(jià)、高效的檢測儀器。虛擬儀器化的視覺應(yīng)用系統(tǒng)能夠?yàn)樽詣踊到y(tǒng)提供過程監(jiān)視、信息集中 和反饋控制，實(shí)驗(yàn)室自動化與圖像處理系統(tǒng)則能夠利用濾波與分析技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞數(shù)量、生物材料合格性等的測定。 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(nèi)部的視覺系統(tǒng)開發(fā)組聯(lián)合完成的。 （論文）說明書 8 第二章 虛擬儀器技術(shù) 基于虛擬儀器的機(jī)器視覺系統(tǒng) 機(jī)器視覺系統(tǒng)正處在不斷發(fā)展的進(jìn)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(jī)器視覺系統(tǒng)正是這些發(fā)展趨勢的集中體現(xiàn)。另一方面，計(jì)算機(jī)視覺是模仿人的視覺，人的感知機(jī)理必然影響著計(jì)算機(jī)視覺的研究。 （ 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(jià)的，因此受人的因素影響較大。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(diǎn)圖像。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。在圖像畫面上，經(jīng)常有很多像素有相同或接近的灰度。所以在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)上，技術(shù) 難度較大，成本亦高，這就對頻帶壓縮技術(shù)提出了更高的要求。語言信息相比，占用的頻帶要大幾個(gè)數(shù)量級。因此對計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度、存儲容量等要求較高。 數(shù)字圖像處理目前存在的問題： （ 1）處理信息量很大 數(shù)字圖像處理的信息 大多是二維信息，處理信息量很大。數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展涉及信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)以及生物學(xué)等學(xué)科，因此數(shù)理及相關(guān)的邊緣學(xué)科對圖像處理科學(xué)的發(fā)展有越來越大的影響。困難主要在處理速度上，特別是進(jìn)行復(fù)雜的處理。數(shù)字圖像處理是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的過程。 LabVIEW 作為圖形化的編程語言，其易學(xué)易用，易于采用模塊化設(shè)計(jì)思想 的特點(diǎn)，使得基于 LabVIEW 的機(jī)器視覺系統(tǒng)在采用相應(yīng)的軟件開發(fā)功能包后，更易使系統(tǒng)具有開發(fā)簡單，構(gòu)件靈活，層次清晰的特點(diǎn)， LabVIEW 已成為機(jī)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(xiàng)目開發(fā)時(shí) 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(xiàng)目開發(fā)人員選擇。在 80 年代末，隨著數(shù)學(xué)物理學(xué)中的不變量理論的引入，形成了視覺不變量理論和應(yīng)用的新框架。機(jī)器視覺通過計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺，其目的便是用圖像獲取來 恢復(fù)現(xiàn)實(shí)世界的模型。 （ 7）其它方面的應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)滲透到社會生活的各個(gè)領(lǐng)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(fù)等；教育領(lǐng)域各種輔助教學(xué)系統(tǒng)研究、制作中；流媒體技術(shù)領(lǐng)域等等。 [5] （ 6）文化藝術(shù)方面的應(yīng)用目前這類應(yīng)用有電視畫面的數(shù)字編輯、動畫的制作、電子圖像游戲、紡織工藝品 設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)與制作、發(fā)型設(shè)計(jì)、文物資料照片的復(fù)制和修復(fù)、運(yùn)動員動作分析和評分等等。 （ 5）軍事公安方面在軍事方面圖像處理和識別主要用于導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)，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(xùn)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(fù)原以及交通監(jiān)控、事故分析等。 （ 4）工業(yè)工程方面在工業(yè)工程領(lǐng)域中圖像處理技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，它大大提高了工作效率，如自動裝配線中質(zhì)量檢測，流體力學(xué)圖片的阻力和升力分析，郵政信件的自動分揀，在一些惡性環(huán)境內(nèi)識別工件及物體的形狀和排列狀態(tài)，先進(jìn)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中采用工業(yè)視覺等等。要將這樣高速率的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送出去，必須采用編碼技術(shù)來壓縮信息的比特量。 （ 3）通信工程方面當(dāng)面通信的主要發(fā)展方向是聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)結(jié)合的流媒體通信。 （ 2）生物醫(yī)學(xué)是數(shù)字圖像處理應(yīng)用最早、發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的領(lǐng)域?，F(xiàn)在世界各國都在利用各類衛(wèi)星所獲取的圖像 進(jìn)行資源調(diào)查、災(zāi)害檢測、資源勘察、農(nóng)業(yè)規(guī)劃、城市規(guī)劃。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(shí)，再高速傳送下來，然后由處理中心分析判讀。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之不斷擴(kuò)大。該技術(shù)成為一門引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和相關(guān)理論的不斷完善，數(shù)字圖像處理技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛重視并取得了重大的開拓性成就。小波分析被認(rèn)為是信號與圖像分析在數(shù)學(xué)方法上的重大突破。自 1986 年以來，小波理論與變換方法迅速發(fā)展，它克服了傅立葉分析不能用于局部分析等方面的不足之處，被認(rèn)為是調(diào)和分析半個(gè)世紀(jì)以來工作之結(jié)晶。數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。其中代表性的成果是 70 年代末 MIT 的 Marr 提 出的視覺計(jì)算理論，這個(gè)理論成為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域其后十多年的主導(dǎo)思想。人們已開始研究如何用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)視覺。 1979年，這項(xiàng)無損傷診斷技術(shù)被授予諾貝爾獎，以表彰它對人類做出的劃時(shí)代貢獻(xiàn)。 CT 的基本方法是根據(jù)人的頭部截面的投影，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理來重建截面圖像，成為圖像重建。 數(shù)字圖像處理技術(shù)取得的另一個(gè)巨大成就是在醫(yī)學(xué)上。隨后又對探測飛船發(fā)回的近 十萬張照片進(jìn)行更為復(fù)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(chǔ)，也推動了數(shù)字圖像處理這門學(xué)科的誕生。首次獲得成功應(yīng)用的是美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（ JPL）。圖像處理中輸入的是質(zhì)量低的圖像，輸出的是改善質(zhì)量后的圖像。 視覺是人類最重要的感知手段，圖像又是視覺的基礎(chǔ)。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(jìn)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(shí)從軟件的角度來看，思路和模式基本是一致的。但本文并未使用圖像采集卡，而是 使用了 LabVIEw中運(yùn)動與視覺模塊中的 IMAQ USB 函數(shù)直接驅(qū)動 USB 攝像頭采集圖像。當(dāng)使用的圖像采集卡已經(jīng)具有數(shù)字 v0 功能時(shí)，能夠產(chǎn)生攝像機(jī)和其他電 子設(shè)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(dú)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(gè)功能完善的軟件開發(fā)工具是圖像采集卡所必不可少的。如果采用了可重設(shè)的攝像機(jī)，需要產(chǎn)生重設(shè)信號，在一些系統(tǒng)中，由于需要設(shè)定拍攝第一章 緒論 3 的幀率，應(yīng)該有像素時(shí)鐘發(fā)生器。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，輸入 2 輸出的控制很重要。圖像采集卡是圖像采集 部分和圖像處理部分的接口。綜合這些因素即可基本確定所需的攝像機(jī)和鏡頭。選擇攝像機(jī)和鏡頭首先要需要做的是確定攝像機(jī)的類型，并計(jì)算攝像機(jī)的取景范圍，以及評估其分辨率，最后還需要根據(jù)實(shí)際情況考慮一些其它因素，如對運(yùn)動的對象需要計(jì)算掃描速度。 圖像采集部分通常由光源、鏡頭、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和圖像采集卡構(gòu)成 .采集過程可以簡略的描述為在光源的照明下，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝目標(biāo)物體并隨之將其轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)圖像采集的硬件設(shè)計(jì)部分時(shí)，要考慮到很多方面的問題，主要是關(guān)于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、圖像采集卡和光源方面的技術(shù)。圖像采集是其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，通過采集系統(tǒng)能夠?qū)ο蟮目梢暬瘓D像和特征轉(zhuǎn)化為能被計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)。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(biāo)準(zhǔn)圖像測量分析系統(tǒng)識別。 在微機(jī)處理系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)在接受到圖像的數(shù)字信號后，便會將其存入內(nèi)存儲區(qū)。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。學(xué)生應(yīng)選擇最佳的圖像處理過程，對拍攝到的圖像，進(jìn)行分區(qū)對比，選擇合適的算法，找出圖像的差別， 并進(jìn)行判斷，最終完成軟件體系的開發(fā)。 目前，機(jī)器視覺和虛擬儀器技術(shù)在國外的研究工作己經(jīng)進(jìn)入了鼎盛時(shí)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(jī)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(gè)非常重要的應(yīng)用，所以本文所做的基于 LabVIEW 的目標(biāo)圖像采集系統(tǒng)研究仍較有震改。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺在醫(yī)學(xué)圖像、工業(yè)生產(chǎn)、質(zhì)量檢測等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。我們在研究圖像識別的時(shí)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(qiáng)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(guān)，在各種惡劣的工作環(huán)境里，圖像與實(shí)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(yù)處理、圖像分割、特征抽取、分析、分類等一系列過程。s whole hardware and software. This paper mainly explores two ways for image segmentation: threshold and edge detection. It pares those two ways and analyzes their own applications and features,through a system designed by myself, and analyzed the processing results from the edge detection operator of IMAQ Vision. Those results can be used for the future development of Machine Vision System. The final system is characterized with good expansibility, reliability and accuracy. KEYWORDS: Machine vision； Virtual instruments； LabVIEW； IMAQ Vision；Measurement and Analysis 目錄 摘 要 .............................................................................................................................. I ABSTRACT ...................................................................................................................... II 第一章 緒論 .............