【正文】 過計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，完成圖像識(shí)別的過程 [1]。尤其是在不斷追求產(chǎn)品高性價(jià)比的今天，機(jī)器視覺作為一種高效的可視化質(zhì)量檢測(cè)方法，在制造加工的過程中總是倍受關(guān)注 .而虛擬儀器 (Virtual Instruments)技術(shù)通過軟件可以將通用計(jì)算機(jī)與硬件結(jié)合起來構(gòu)成測(cè)試或測(cè)控系統(tǒng)，并且用戶可以通過友好的虛擬前面板(Front Pallet)操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)，就如同在操作一臺(tái)自己定義、自己設(shè)計(jì)的單個(gè)傳統(tǒng)儀器一樣 .虛擬儀器技術(shù)與機(jī)器視覺技術(shù)兩者的結(jié)合，可以為用戶定制完全基于 PC (Personal Computer)的機(jī)器視覺系統(tǒng)這樣不僅可以減少成本，而且還可以開發(fā)出自動(dòng)化程度高、可靠性強(qiáng)的系統(tǒng)。 機(jī)器視覺是指用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)人的視覺功能，就是用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀世界的本項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容為基于虛擬儀器平臺(tái)進(jìn)行機(jī)器視覺測(cè)量機(jī)械量，主要待測(cè)量為零件的可見缺陷，以 Labview 為開發(fā)工具，將拍攝到的零件圖像與標(biāo)準(zhǔn)零件的圖像進(jìn)行比較。 （論文）說明書 2 人類社會(huì)信息傳遞主要有三個(gè)途徑，分別是語言、文字和圖像。 圖像采集系統(tǒng)是圖像處理系統(tǒng)的組成部分，原始的圖像首先必須要通過圖像采集系統(tǒng)，因此，圖像采集系統(tǒng)主要作用是對(duì)原始的模擬圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將之轉(zhuǎn)化為易于通過計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。微機(jī)圖像處理系統(tǒng)常用的圖像采集部件有 :攝像機(jī)加上視頻圖像采集卡，圖像掃描儀以及數(shù)碼攝像機(jī)。典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)一般包括圖像采集部分、圖像處理部分、通信和I/0(input/output)部分以及輸出和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。由于機(jī)器視覺系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)精度和速度，所以需要 圖像采集部分盡量及時(shí)、準(zhǔn)確地提供清晰的圖像，唯有如此才能讓圖像處理部分在比較短的時(shí)間內(nèi)得出正確的結(jié)果 .由此可知圖像采集部分的性能會(huì)直接影響整個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)的性能。 攝像機(jī)和鏡頭在機(jī)器視覺系統(tǒng)中相當(dāng)于人的眼睛，負(fù)責(zé)拍攝對(duì)象 的圖像 .機(jī)器視覺系統(tǒng)中通常會(huì)采用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，通過通過聚焦在光電傳感器鏡頭上的被攝物體的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娦盘?hào)，從而便于計(jì)算機(jī)處理。在知道攝像機(jī)的拍攝對(duì)象和取景范圍后，可由此選擇合適的鏡頭。 另外由于圖像信號(hào)的傳輸需要很高的傳輸速度，通用的傳輸接口通常不能滿足要求，所以需要圖像采集卡。圖像采集卡還提供了數(shù)字 I/0 控制的功能。系統(tǒng)中常要根據(jù)處理過程的需要來決定攝像機(jī)的拍攝時(shí)間。外同步是指不同的視頻設(shè)備之間用同一同步信號(hào)來保證視頻信號(hào)的同步，它可以保證不同設(shè)備輸出的視頻信號(hào)具有相同的幀行起止時(shí)間 .為了實(shí)現(xiàn)外同步，需要給攝像機(jī)輸入一個(gè)復(fù)合同步信號(hào)或復(fù)合視頻信號(hào)。 圖像采集卡附帶的軟件開發(fā)工具是進(jìn)行圖像處理軟件開發(fā)時(shí)所必備的工具之一本文利用 LabVIEW進(jìn)行圖像采集和處理，這是 LabVIEW一個(gè)非常重要的應(yīng)用，在許多行業(yè)中采用圖像的采集和識(shí)別來進(jìn)行判斷、控制，使操作更加精確，具有可信度、人性化、智能化。 選定好機(jī)器視覺的軟硬件平臺(tái)后，接下去就是圖像采集和圖像處理。 [1] 數(shù)字圖像處理技術(shù)使 20 世紀(jì) 60 年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和 VLSY Very Large ScaleIntegration 的發(fā)展而產(chǎn)生、發(fā)展和不斷成熟 起來的一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域，它在理論上和實(shí)際應(yīng)用中都取得了很大的成就。早期圖像處理的目的是改善圖像質(zhì)量，它以人為對(duì)象，以改善人的視覺效果為目的。常用的圖像處理方法有圖像增強(qiáng)、復(fù)原、編碼、壓縮等。他們對(duì)航天探測(cè)器徘徊者 7 號(hào)在 1964 年發(fā)回的幾千張?jiān)虑蛘掌M(jìn)行圖像處理，如幾何校正、灰度變換、去除噪聲等，并考慮了太陽位置和月球環(huán)境的影響。在以后的宇航空間技術(shù)探測(cè)研究中，數(shù)字圖像處理技術(shù)都發(fā)揮了巨大的作用。 1972 年英國(guó) EMI 公司工程師 Housfield 發(fā)明了用于頭顱診斷的 X 射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置，也就是（論文）說明書 4 我們通常所說的 CT（ Computer Tomograph）。 1975 年 EMI 公司又成功研制出全身用的 CT 裝置，獲得了人體各個(gè)部位鮮明清晰的斷層圖像。 從 20 世紀(jì) 70 年代中期開始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)向更高、更深層次發(fā)展。很多國(guó)家，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家投入更多的人力、物力到這項(xiàng)研究，取得了不少重要的研究成果。 20 世紀(jì) 80 年代末期，人們開始將其應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)，研究海圖的自動(dòng)讀入、自動(dòng)生成方法。 數(shù)字圖像處理技術(shù)的大發(fā)展是從 20 世紀(jì) 90 年代初開始的。 Mallat 在 1988 年有效地將小波分析應(yīng)用于圖像分解和重構(gòu)。隨后數(shù)字 圖像處理技術(shù)迅猛發(fā)展，到目前為止，圖像處理在圖像通訊、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、衛(wèi)星照片傳輸及分析和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。屬于這些領(lǐng)域的有航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)檢測(cè)、機(jī)器人視覺、公安司法、軍事制導(dǎo)、文化藝術(shù)等。 圖像是人類獲取和交換信息的主要來源，因此，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉及到人類生活和工作的方方 面面。數(shù)字圖像處理技術(shù)未來應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下七個(gè)方面： （ 1）航天航空技術(shù)方面數(shù)字圖像處理技術(shù)在航天航空技術(shù)方面的應(yīng)用，除 JPL 對(duì)月球、火星照片的處理之外，另一方面是在飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中。這些圖像無論是在成像、存儲(chǔ)、傳輸過程中，還是在判讀分析中，都必須采用很多數(shù)字圖像處理方法。在氣象預(yù)報(bào)和對(duì)太空其它星球研究方面，數(shù)字圖像處理技術(shù)也發(fā)第一章 緒論 5 揮了相當(dāng)大的作用。主要包括細(xì)胞分析、染色體分類、放射圖像處理、血球分類、各種 CT 和核磁共振圖像分析、 DNA 顯示分析、顯微圖像處理、癌細(xì)胞識(shí)別、心臟活動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析、超聲圖像成像、生物進(jìn)化的圖像分析等 [3]。其中以圖像通信最為復(fù)雜和困難，因 圖像的數(shù)據(jù)量十分巨大，如傳送彩色電視信號(hào)的速率達(dá) 100M/s 以上。在一定意義上講，編碼壓縮是這些技術(shù)成敗的關(guān)鍵 [4]。其中值得一提的是研制具備視覺、聽覺和觸覺功能的智能機(jī)器人，將會(huì)給工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)帶來新的面貌，目前已在工業(yè)生產(chǎn)中的噴漆、焊接、裝配中得到有效的利用。目前已投入運(yùn)行的高速公路不停車自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中的車輛和車牌的自動(dòng)識(shí)別就是圖像處理技術(shù)成功應(yīng)用的例子。目前正在形成一門新的藝術(shù) ——計(jì)算機(jī)美術(shù)。 LabVIEW 機(jī)器視覺的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 隨著科學(xué)技術(shù)及工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，機(jī)器視覺作為一種應(yīng)用系統(tǒng)，其功能和特點(diǎn)也得到逐步完善和發(fā)展。自從 20 世紀(jì) 50 年代就著眼于研究統(tǒng)計(jì)模式（論文）說明書 6 識(shí)別繼而開始機(jī)器視覺的探討建立了不少機(jī)器視覺理論， Marr 的 視覺計(jì)算理論目前仍然是機(jī)器視覺的主要理論框架，大多數(shù)機(jī)器視覺研究都著眼于通過計(jì)算，提取二維視覺數(shù)據(jù)中的深度信息進(jìn)行目標(biāo)三維描述和識(shí)別。與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)如多媒體系統(tǒng)相比，機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)的是精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的可靠性。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及技術(shù)難題 數(shù)字圖像處理技術(shù)基本可以分成兩大類：模擬圖像處理（ Analog Image Processing）和數(shù)字圖像處理（ Digtal Image Processing）。其優(yōu)點(diǎn)是處理精度高，處理內(nèi)容豐富，可進(jìn)行復(fù)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(nèi)容。數(shù)字圖像處理技術(shù)主要包括如下內(nèi)容：幾何處理（ Geometrical Processing）、算術(shù)處理（ Arithmetic Processing）、圖像增強(qiáng)（ ImageEnhancement）、圖像復(fù)原（ Image Restoration）、圖像重建（ Image Reconstruction）、圖像編碼（ Image Encoding）、圖像識(shí)別 (Image Recognition)、圖像理解（ ImageUnderstanding）。近年來，數(shù)字圖像處理技術(shù)日趨成熟，它廣泛應(yīng)用于空間探測(cè)、遙感、生物醫(yī)學(xué)、人工智能以及工業(yè)檢測(cè)等許多領(lǐng)域，并促使這些學(xué)科產(chǎn)生了新的發(fā)展。如一幅 256 256 低分辨率黑白圖像，要求約 64kbit 的數(shù)據(jù)量；對(duì)高分辨率彩色 512 512 圖像，則要求 768kbit 數(shù)據(jù)量；如果要處理 30 幀 /秒的電視圖像序列，則每秒要求500kbit～ 數(shù)據(jù)量。 （ 2）占用頻帶較寬 第一章 緒論 7 數(shù)字圖像處理占用的頻帶較寬。如電視圖像的帶寬約 ，而語音帶寬僅為 4kHz 左右。 （ 3）各像素相關(guān)性大 數(shù)字圖像中各個(gè)像素是不獨(dú)立的，其相關(guān)性大。就電視畫面而言，同一行中相鄰兩個(gè)像素或相鄰兩行間的像素，其相關(guān)系數(shù)可達(dá) 以上，而相鄰兩幀之間的相關(guān)性比幀內(nèi)相關(guān)性一般說還要大些。 （ 4）無法復(fù)現(xiàn)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(fù)現(xiàn)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。在理解三維景物時(shí)需要知識(shí)導(dǎo)引，這也是人工智能中正在致力解決的知識(shí)工程問題。由于人的視覺系統(tǒng)很復(fù)雜，受環(huán)境條件、視覺性能、人的情緒愛好以及知識(shí)狀況影響很大，作為圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)還有待進(jìn)一步深入的研究。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(guān)系，優(yōu)先敏感的結(jié)構(gòu)、屬性和時(shí)間特征等，這些都是心理學(xué)和神經(jīng)心理學(xué)正在著力研究的課題。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于虛擬儀器的視覺系統(tǒng)愈發(fā)趨于經(jīng)濟(jì)和實(shí)用 .含 VBvIX (MultiMediaExtensions 多媒體擴(kuò)展 )技術(shù)的高能 Pentium 處理器、堅(jiān)固的操作系統(tǒng)、 PCI (Peripheral Component Interconnect,外部設(shè)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(yīng)用系統(tǒng)的性能大大優(yōu)于以往的系統(tǒng)，而同時(shí)成本卻在不斷下降。今天，新技術(shù)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(shù)應(yīng)用要求的計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用系統(tǒng)。事實(shí)上，當(dāng)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(shù)據(jù)吞吐能力，執(zhí)行更加復(fù)雜的檢測(cè)任務(wù)。另一方面，可以將機(jī)器視覺的分析功能與虛擬儀器的控制功能有效結(jié)合，得到很 高的性價(jià)比。 VI 開發(fā)軟件 LabVIEW 數(shù)字圖像處理是視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵，這一切在虛擬儀器系統(tǒng)中是通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的，而目前國(guó)內(nèi)外使用的最為廣泛的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)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(tái)提供了完整的圖像處理函數(shù)庫和功能模塊，例如各類邊緣檢 測(cè)算子、自動(dòng)閉值處理、各種形態(tài)學(xué)算法、濾波器以及 FIT 等 .其中包含大量當(dāng)前證明成功的理論算法，第二章 虛擬儀器技術(shù) 9 使用戶無需專業(yè)編程經(jīng)驗(yàn)，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)。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(shù)據(jù)流編程方法來描述程序的執(zhí)行。這種圖形化的編程方式也深受筆者喜愛。VI 由程序前面板、框圖程序和圖標(biāo) Z 連接器組成 .連接器用于更上層的 VI 調(diào)用該 V1。這使得 LabVIEW 符合模塊化的程 序設(shè)計(jì)概念 .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。當(dāng)前面板窗口處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，工具模板和控制模板可用。其中端口用于同步程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù) 。另外圖框在 LabVIEW 中也是一種節(jié)點(diǎn)，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(jié)構(gòu)等，被用來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令 。 [7] 利用 LabVIEW 進(jìn)行圖像處理是一 個(gè)非常重要的應(yīng)用，在許多行業(yè)中采用圖像的采集和識(shí)別來進(jìn)行判斷、控制，使操作更加精確，具有可信度、人性化、智能化。 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(qū)動(dòng)和函數(shù)，既能夠從數(shù)千種連接到 NI (National Instruments)幀接收器上的不同相機(jī)上采集圖像，也能夠從連接在 (PCI （論文）說明書 10 eXtensions for PCI 擴(kuò)展 )系統(tǒng)或筆記本計(jì)算機(jī)上標(biāo)準(zhǔn)端口的 IEEE 1394 和千兆位以太 網(wǎng)視覺相機(jī)采集圖像。 [8] 虛擬儀器視覺軟件模塊 IMAQ Vision IMAQ Vision 是 LabVIEW 內(nèi)置的視覺開發(fā)工具包，其中包括 IMAQ Vision 和Vision Builder 兩個(gè)組件。設(shè)計(jì)完成后能夠自動(dòng)生成 LabVIEW 程 序代碼?，F(xiàn)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。最終用戶、系統(tǒng)集成商和原始設(shè)備制造商都可以使用IMAQ Vision 以加快工業(yè)視覺和科學(xué)圖像應(yīng)用的開發(fā) .IMAQ Vision 可用于工廠和實(shí)驗(yàn)室里那些需要高可靠性、高速的視覺系統(tǒng)的自動(dòng)化操 作中去。 (1)前面板控件 安裝完 Vision 后，前面板中會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)一個(gè) Vision 選項(xiàng)列表，打開它后可以看到五個(gè)顯示空間。 Image Display 用于設(shè)置圖片顯示方式，包括放大、移動(dòng)、選擇等。 IMAQ Vision controls 對(duì)圖像進(jìn)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(jí)才出現(xiàn)的，功能更全。 IMAQ Vision 的主要特點(diǎn) 這個(gè)圖像軟件具備簡(jiǎn)單易用的機(jī)器視覺和圖像處理工具的功能