[Labview经验]机器视觉系列——Vision基础知识下集

1、Labview经验机器视觉系列Visio n 基础知识下集第i章节（下）rolex celli ni replica在上回我们逐一介绍与机器视觉相关的专有名词与周边光学设备，在本回要开始来说明如何使用 LabVIEW来截取相机的影像， 并正确的显示在人机介面上；另外也针对NI Visio n 所提供的影像校正模式进行说明，以及如何利用软体方式来设定相机的属性 与触发取像模式。audemars piguet royal oak offshore chrono auto replica1.2软体截取与显像1.2.1 NI MAX影像装置确认在前面一小节介绍了架设整个影像系统所需要的硬体相关设备，

2、现在要来说明如何在NI MAX找到已安装的相机，并且从相机中取 得影像。当我们打开 NI MAX 在MySystem-Devices and In terfaces- NI-IMAQdx Devices下，可找寻已安装成功的相机，点选相机后， 按下右边画面的上方Grab键可进行连续取像，另外红色框选 处可以找到一些关于相机的规格与内部参数设定，画面下方有显 示影像的基本参数，包括目前影像大小、缩放比例与像素的颜色 值，另外下方的tab表单处可以找到一些关于相机的规格与内部 参数设定。replica miu miu tote bags'十« 出 My lyMtrr"3

3、M HKRtorW4.0 "iMwwm Jld bremFtcinASRafr WCTflWl*_亠血& gtbL HI事？卜1打工用町;hxwIiDfiiwslF*?*'- ht*.M虹4$ Sowt話 Katmx#5俩rim2|岀麵部 皿 耳站曲日 检也了 2目盘旳移2Fi 別tnuulP sflw、ri trftiBE*Ldfl 严Mrrin*Wi4. BeeMmHMiazrir« nrf se3nd 101 1(图1.26-在NI MAX下进行取像作业1.2.2 IMAQ影像截取模式现在要来练习如何使用LabVIEW来取得相机的影像。如果您过去 曾经

4、使用LabVIEW来开发NI相关产品，如DAQS备等，不难发现 LabVIEW在相关套件中都会提供两种开发模式：1.高阶元件（HL）;2.低阶元件（LL），同样地在IMAQ套件裡也存在这两种开发模 式。高低阶模式并不是将元件区分为高低等级，所谓的高阶元件主要 是将资源开启、撷取、关闭全包装成一个Express VI，可以帮助使用者快速地完成取像相关的程式设定，就能直接将影像输出到 LabVIEW上;而低阶取像元件将功能切割为数个VI，需由使用者自行设定元件才能完成取像动作，好处在于能够让使用者更有弹 性的唿叫参数设定，而另一个优点在于，与高阶元件相比，少了 反覆建立与关闭资源的动作，可以有效降

5、低系统资源浪费。高阶（HQ取像元件使用步骤安装完 LabVIEW的 IMAQ套件后，可在 Block Diagram （简称 BD） 下，按下右键跳出Function Template后依序往下搜寻Function Template -Vision and Motion -Vision Express - Vision Acquisition （图 1.27），将Vision Acquisition 元件拉到BD上，会自动启动设定画面NI-JMAC2 Wi5#ori<utilii1iePt&c .= MschineVHrM-ETMQdxViwn Esprr图 1.27- Visi

6、o n Acquisiti on元件位置A. 设定的取像来源(Select Acquisition Source ) 左侧Acquisition Sources for Localhost 可以检视目前安装 在电脑上所有相机名称，选择位于 NI-IMAQdx Devices的相机cam0 Balsler，为本次取像用的相机，接着可以按下右 方连续取像按键，测试相机是否有正常被Ini tialize 并取到像；右下角有提供一些关于相机的基础数值(参考图1.2.2 )。扌 nt v 15wn Azqi lotion tepees<mm4h j $«to 址Mtihn 丫尸 (II

7、CeWigjra >uci* L *0911 Snw*g I *1 Cwi图1.28-设定的取像来源B. 设定撷取影像操作方式(Select Acquisition Type ) 共分成4种类型：* 取单张影像(Single Acquisition with processing)* 连续取像(Continuous Acquisition with inline process )« 一次取固定张数影像，边取像边做处理 (Finite Acquisition with inlineprocess ing)* 一次取固定张数影像，当所有影像取得完毕后再做处理(Fi niteAcq

8、uisition with post processing)J _Jl V!5*an AcqjLi sr: ©n图1.29-设定撷取影像操作方式这个项目我们先选择连续取像模式，继续往下设定。C. 设定取像参数Con figure Acquisiti on Setti ngs可依据环境因素来调整相机的参数达到最佳化， 如增益值（Gain）、 Gamma取像模式等，设定过程可以同时按下右上方的 Test键 来观察设定结果，这边我们暂时不做任何需要设定，直接往下一3 JI v-scifi AcqL.ittcn tspres?a UMiltSNh* Al AlfibLrtMeravton:

9、Ectw ft gfi of the 的好百$ 5tyr n *jumsi 耳懺亍帥书2 配"tt 五 3 rrtagt &34179(MEffids：WiOOOM Maz壬丹图1.30-设定取像参数D. 设定是否将影像储存到硬碟(Con figure Image Loggi ngSettings )若将Enable Image Logging勾选，表示将撷取到的影像储存到下方指定的资料夹位置，并可设定储存的影像格式，值得注意 的是，若开启此功能可能因为硬碟存取速度的关係，使得最大取 像速度降低。A Nl Vtsiom Acq-u -trtioni图1.31-设定是否将影像储

10、存到硬碟E. 设定影像参数输入与输出Select Controls/lndicators可依据应用，开放影像参数供外部控制元件(Control )设定，让 该取像用的Express VI获得输入与输出的功能，在此我们勾选显 示元件(In dicator )中的I mage Number与Frame Rate， 最后按下Finish键完成设定。sjri Hl /.Bion Aiquiiinan图1.32-设定影像参数输入与输出VisionSto p (F)Acquisitio n Stop (F)Frame RateFrame Rate图1.33- HL取像元件自动产生的程式码Image Ou：

11、F|65Bx492 O.51X 32-bit RGB image 47t5aSl (648J31)Stoo (F)图1.34- HL取像元件自动产生的人机介面低阶（LL）取像元件使用步骤操作之前我们先来了解NI-IMAQ与NI-IMAQdx两者的差异； NI-IMAQJ一般只能用于NI的影像撷取卡或相机，而NI-IMAQdx 是可驱动第叁方的相机，如 Basler的USB3.0相机，凡是通过影 像传输介面协定联盟（如 GigE、Camera Link或USB3.0）认证的 相机，都可使用NI-IMAQdxJ来驱动。使用低阶取像元件来驱动第叁方相机时，需同时使用到NI-IMAQdx与NI-IMA

12、QJ影像模组；主要是利用IMAQdx 来撷取相机的影像，然后再利用IMAQ创立的影像空间来储存 影像，IMAQ同时还提供影像处理工具及机器视觉工具，可依 据使用者需求来做应用开发。利用LL元件来完成连续取像的功能，操作流程图如下：IMAQIMAQdxOpen Camera1)Configure(2)Start Grab(3)Create RGBGrab image continualllv(5)Close Camera(8)Dispose Buffer(9)图1.35-使用IMAQd）与IMAQ取像流程图先在 Front Panel 建立一个IMAQdXSession与Image Displa

13、y, 物件分别位于Control Template -Modern -I/O -IMAQdXSession与Controls Template -Vision -Image Display，最后再放置一个 Boolean，名称设为Stop。图1.36- Image Display物件放置区域跳至U Block Diagram,分别在Function Template -Vision and Motion -NI-IMAQdx -Low-Level与Function Template - Vision and Motion - Vision Utilities -ImageManagemenjt

14、找到以下几个功能VI :nnd-ge KIono-gementI Search I Customize*1K1AQ CreateIMAQGetL,MAQ Eg”IMAQ CopyIMAQ Get!w1MAQIIfAQ GetO.IMAQ SetOf.IMAQ Read .IMAQ V/riteIMAQ Cast LIMAQ Get C-.MAQkVisi.MAQIIMAQ Rem.IMAQ Rem.IMAQ Flattc.TP.1AQ Flatte .IMAQ Multi.图 1.37- IMAQ Create 与 Dispose 物件NUJMAQdbt Lcw*Lvel介 Q 弘平h 电 S

15、tgmi 石 E WStart Get Image Get IndgeComigureRead Regiit.L.Read Attrib.,.V'/rite Reg tit. Read Mem. Write Mem.Write Attnb.Register For图1.38- IMAQdx的设定取像物件将这几个功能VI依照操作流程步骤完成，程式码如下:图 1.39- Low Level取像元件程式码步骤说明：1. 指定开启相机名称，从IMAQSession中选择对应的相机名 称2. 设定相机取像模式为连续，Image Buffer设为33. 开始取像4. 任何由外部取得的影像，都需透过

16、IMAQ建立一组记忆体空间 来储存，由于取像来源是彩色相机，每一张彩色(RGB影像需要3*8bit的空间来储存，所以Image Type要选择RGB U325. 进入While迴圈后，会不断将影像覆盖到记忆体区内，此时将 影像接到Display Image即可在人机介面观察到影像，直到按下Stop或Error产生时才会跳出迴圈6. 停止取像7. 解除相机设定8. 结束指定名称的相机作业9. 清空储存影像的记忆体空间 最后再转换画面到FP,启动程式后就会开始连续取像，直到有人 按下人机上的Stop键，停止取像。使用上述两种开发模式都可以成功将相机的影像撷取到LabVIEVV有了这些影像来源(Im

17、age Source )后，就可以再继续往下做影 像后处理(Image Process )与机器视觉(Machine Vision )的应 用了。1.2.3影像软体校正确认影像系统能正常取像后，首先要做的是对整个影像系统做校正，为何还要多此一举呢？主要塬因有两点：1. 真实世界描述物体的单位可能是吋(inch )或公厘(mr)，但 在影像系统裡，描述影像的是像素(pixel)，这两者之间必须存 在一单位转换公式，影像才有办法转换成真实比例，对于尺寸量 测或视觉对位类型的应用特别重要。2. 前面章节曾提到视觉系统可能因为镜头的失真(Distortion)，或者因为相机投射方向与检测物表面非完全垂

18、直，这两种情况都 会造成影像变形，需透过影像校正来修正这些变形量。在NI VISION (IMAQ有提供以下几种校正模型，主要目的在于单位转换与修正变形量:Flat ObjectsCurved ObjectsMicroplanes (Grid)Corrects distortion for a working plane that is not flat based on one or more caiibration grid rmages*图1.40- NI VISON提供的校正模型1. Poi nt Dista nee Calibration:在影像变形量轻微且忽略不计下，利用真实世界两

19、点距离与像素之间做单位转换2. Poi nt Coordi nates Calibratio n:已知真实世界点位置座标与影像中的像素座标做对应，用来修正非垂直透视投影所产生的 变形3. Distortion Model (Grid ):利用相机拍摄一张格点校正片 的影像，可同时修正镜头失真与非垂直透视投影所造成的失真4. Camera Model(Grid ):利用多张格点影像进行相机模型校正，包括焦距、影中心点与影像失真，一般常用于机械手臂定位 应用5. Microplanes(Grid ):修正在非平整的工作表面所造成的影像失真1.3 相机的属性与触发模式设定1.3.1 相机属性说明了解

20、如何透过LabVIEW来取得影像后，另外可针对相机的部分属性进行参数的微调，一些常用的参数有：1. Analog Controls? Gain Auto ：可设定自动或手动增益? Gain（RaW :设定增益值，会直接影响黑跟白的对比，调高Gain值，不仅会强化影像的对比强度，同时也会将杂讯的放大2. Image Format Controls? Image Format Controls :若使用的是彩色相机，可将影像设为 灰阶（MonO或彩色格式（Color ）；若使用的是黑白相机，则只 能设定灰阶影像输出3. Acquisition Controls? Trigger Mode :开启或

21、关闭触发功能? Trigger Source :可选择软体触发（ Software ）或者硬体触发（ Line ）? Generate Software Trigger :当触发模式设定为 Software 时， 执行相机后，每按一下取一张影像? Exposure Auto :开启/ 关闭自动曝光，一般都设定为关闭? Exposure Mode :可设定固定曝光时间（Timed）模式，或者是脉衝宽度（ Trigger W i dth ）模式，由触发讯号的脉衝持续时间的 来决定曝光时间? Exposure Time :设定固定曝光时间，曝光时间越长，画面亮度 会有所提升，曝光时间如果拉得太长会产

22、生过曝，如果遇到晃动 也容易产生残影1.3.2 触发模式说明硬体触发（ Line ）:一般工业相机都会提供数组硬体触发讯号（ Line ），可以接收来 自外部 IO 卡的讯号，当相机收到触发后，立即撷取一张影像，常 使用在高速影像撷取或 Line Scan 的应用。以 Line Scan 为例，利用运动装置逐行对待测物进行线扫描，每 一条影像间距需相同，否则会产生影像变形。利用运动装置的编 码器与相机的硬体触发做结合，设定编码器的光学尺每移动固定 距离就发送一组讯号，当运动装置移动一段距离，相机会立即收 到一组触发讯号，接着完成取像动作，这样做法可确保取到的影 像间距都相同。Line Scan

23、 Cannery图1.41- Line Scan的示意图 软体触发(Software ):在无硬体触发情况下，还是可以利用软体方式模拟触发讯号，例 如可在人机介面上设立一颗Boolean按键，若按键的机械模式为Latch whenRelease，当按键按下后放开，正缘触发(Positive Edge)成立，立即透过软体方式告诉相机撷取一张影像，这种触 发方式适用于大部分视觉应用。除了在 NI MAX下的Nl-IMAQdx e Camera Attributes 可做参数 设定外；若使用HL开发方式，可在Express VI e Vision Acquisiti on 的Con figure Acquisiti on Sett ings选项中做设定；而使用LL元件开发，需先利用NI-IMAQdx e Enumerat