基于Labview的图像测量分析系统设计说明

1、 PAGE35 / NUMPAGES42本科毕业设计（论文）说明书 基于LabVIEW的图像测量分析系统设计 学院专业班级学生学生学号指导教师提交日期摘 要机器视觉作为多学科的交叉领域，有着越来越广泛的应用，虚拟仪器能够很好的满足视觉系统的实时性和精度要求，二者结合具有突出的实用性，基于虚拟仪器的机器视觉系统具有必要性和可行性，同时也降低硬件设备成本且具有高精度，非接触，以与高自动化的特点。接下来本文介绍了虚拟仪器的软件开发平台LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)以与LabVIEVV视觉软件模块IMAQ Vis

2、ion(Image Acquisition System Vision)，并在此基础上开发了目标图像测量分析系统。按照机器视觉系统的逻辑结构，图像分析系统是机器视觉的重要组成成分，本文接着探讨了目标图像采集后的预处理过程与图像分割技术和方法，在此基础上探讨了本文机器视觉系统图像测量分析系统的设计方法，基于模块化的编程思路，最后实现了“基于LabVIEW的图像测量分析系统设计”的设计，包括系统软件的设计，仿真的制作，以便能为以后机器视觉系统的开发借鉴，最终完成的系统具有扩展性，可靠性和精确性好等特点。关键词:机器视觉；虚拟仪器；LabVIEW；IMAQ Vision；测量分析ABSTRACTAs

3、 a multidisciplinary cross field, Machine Vision has been applied more and more widely. Virtual instruments can well fulfill the requirement of real time and precision whose combination possesses an outstanding practicability. Machine Vision System which is based on the virtual instruments is necess

4、ary and feasible; at the same time, it reduces the hardware device costs. Whats more, Machine Vision System is featured with high precision, high automation and non-contact. This paper introduces the common development platform of virtual instruments LabVIEW and its visual software module IMAQ Visio

5、n (Image Acquisition System Vision). Based on that, developing the Target Image Acquisition SystemBased on the logical structure of image measurement and analysis system, the Target Image Acquisition System is an important part of machine vision. Then this paper discusses the preprocessing procedure

6、 after the acquisition of image, as well as the technology and methods of image segmentation, which is the base for the design methods of Machine System and Target.Image Acquisition System in this paper.And with the Modular programming ideas, I finally accomplish the design of image measurement and

7、analysis system based on labview, including the design of the systems whole hardware and software. This paper mainly explores two ways for image segmentation: threshold and edge detection. It compares those two ways and analyzes their own applications and features,through a system designed by myself

8、, 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；LabVI

9、EW；IMAQ Vision；Measurement and Analysis目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358468979摘要 PAGEREF _Toc358468979 h IHYPERLINK l _Toc358468980ABSTRACT PAGEREF _Toc358468980 h IIHYPERLINK l _Toc358468981第一章绪论 PAGEREF _Toc358468981 h 1HYPERLINK l _Toc3584689821.1研究目的与意义 PAGEREF _Toc358468982 h 1HYPERLINK l

10、_Toc3584689831.2机器视觉中的图像采集系统 PAGEREF _Toc358468983 h 2HYPERLINK l _Toc3584689841.3数字图像处理技术的发展历史 PAGEREF _Toc358468984 h 3HYPERLINK l _Toc3584689851.4关于LabVIEW机器视觉的现状与发展趋势 PAGEREF _Toc358468985 h 5HYPERLINK l _Toc3584689861.5 国外研究现状与技术难题 PAGEREF _Toc358468986 h 6HYPERLINK l _Toc358468987第二章虚拟仪器技术 PAG

11、EREF _Toc358468987 h 8HYPERLINK l _Toc3584689882.1 基于虚拟仪器的机器视觉系统 PAGEREF _Toc358468988 h 8HYPERLINK l _Toc3584689892.2虚拟仪器VI开发软件LabVIEW PAGEREF _Toc358468989 h 8HYPERLINK l _Toc3584689902.3 虚拟仪器视觉软件模块IMAQ Vision PAGEREF _Toc358468990 h 10HYPERLINK l _Toc3584689912.3.1 IMAQ Vision的主要特点 PAGEREF _Toc35

12、8468991 h 11HYPERLINK l _Toc3584689922.4小结 PAGEREF _Toc358468992 h 12HYPERLINK l _Toc358468993第三章基于LabVIEW的图像测量分析系统总体设计 PAGEREF _Toc358468993 h 13HYPERLINK l _Toc3584689943.1引言 PAGEREF _Toc358468994 h 13HYPERLINK l _Toc3584689953.2搭建机器视觉处理平台 PAGEREF _Toc358468995 h 13HYPERLINK l _Toc3584689963.3选择光源

13、 PAGEREF _Toc358468996 h 13HYPERLINK l _Toc3584689973.4相机的选择 PAGEREF _Toc358468997 h 14HYPERLINK l _Toc3584689983.5基于图像采集卡的Snap 操作 PAGEREF _Toc358468998 h 14HYPERLINK l _Toc3584689993.6图像处理软件 PAGEREF _Toc358468999 h 16HYPERLINK l _Toc3584690003.6.1读取图像 PAGEREF _Toc358469000 h 17HYPERLINK l _Toc35846

14、90013.6.2显示图像 PAGEREF _Toc358469001 h 18HYPERLINK l _Toc3584690023.6.3定义并创建有效的模板图像 PAGEREF _Toc358469002 h 19HYPERLINK l _Toc3584690033.6.4定义搜索区域 PAGEREF _Toc358469003 h 20HYPERLINK l _Toc3584690043.6.5图像抓取 PAGEREF _Toc358469004 h 21HYPERLINK l _Toc3584690053.6.6边缘的确定 PAGEREF _Toc358469005 h 23HYPER

15、LINK l _Toc3584690063.6.7点位之间的多种位置计算。 PAGEREF _Toc358469006 h 23HYPERLINK l _Toc3584690073.6.8图像处理地位方法 PAGEREF _Toc358469007 h 24HYPERLINK l _Toc3584690083.6.9逻辑判断 PAGEREF _Toc358469008 h 24HYPERLINK l _Toc3584690093.6.10屏幕显示标记 PAGEREF _Toc358469009 h 25HYPERLINK l _Toc3584690103.6.11判断 PAGEREF _Toc

16、358469010 h 26HYPERLINK l _Toc3584690113.6.12标准零件图与缺陷零件图的对比 PAGEREF _Toc358469011 h 28HYPERLINK l _Toc3584690133.7基于LabVIEW的图像测量分析系统设计软件运行 PAGEREF _Toc358469013 h 29HYPERLINK l _Toc3584690143.8基于LabVIEW的图像测量分析系统设计 PAGEREF _Toc358469014 h 32HYPERLINK l _Toc3584690153.9运行环境与平台 PAGEREF _Toc358469015 h

17、33HYPERLINK l _Toc358469016参考文献 PAGEREF _Toc358469016 h 36第一章绪论图像识别所讨论的问题，是研究用计算机代替人自动地处理大量物理信息，从而部分代替人的脑力劳动，人类识别图像的过程总是先找出它们外形或颜色的某些特征进行分析、比较、判断，然后再加以分析和区别。我们在研究图像识别的时候，也常常借鉴人的思维活动，采用同样的处理方法，然而图像的灰度与色彩是有光强和波长不同的光波所引起的，它们与景物表面的特性、方向、光线条件以与干扰等多种因素有关，在各种恶劣的工作环境里，图像与实际景物有较大的差别，因此要区分图像属于哪一类，往往要经过预处理、图像分

18、割、特征抽取、分析、分类等一系列过程。现在完全可以通过计算机进行模拟，完成图像识别的过程1。1.1研究目的与意义随着计算机技术和数字图像处理技术的不断发展，机器视觉在医学图像、工业生产、质量检测等领域得到了广泛的应用。尤其是在不断追求产品高性价比的今天，机器视觉作为一种高效的可视化质量检测方法，在制造加工的过程中总是倍受关注.而虚拟仪器(Virtual Instruments)技术通过软件可以将通用计算机与硬件结合起来构成测试或测控系统，并且用户可以通过友好的虚拟前面板(Front Pallet)操作这台计算机，就如同在操作一台自己定义、自己设计的单个传统仪器一样.虚拟仪器技术与机器视觉技术两

19、者的结合，可以为用户定制完全基于PC (Personal Computer)的机器视觉系统这样不仅可以减少成本，而且还可以开发出自动化程度高、可靠性强的系统。目前，机器视觉和虚拟仪器技术在国外的研究工作己经进入了鼎盛时期，而我国在这方面的投入和研究还十分不足.现今国机器视觉系统方面的资料，从开发的角度来看，资料仍相对较少而且零散，LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbencb)作为虚拟仪器的软件平台，图像采集和处理是其中一个非常重要的应用，所以本文所做的基于LabVIEW的目标图像采集系统研究仍较有震改。机器视觉是指用计算

20、机来实现人的视觉功能，就是用计算机来实现对客观世界的本项目研究容为基于虚拟仪器平台进行机器视觉测量机械量，主要待测量为零件的可见缺陷，以Labview为开发工具，将拍摄到的零件图像与标准零件的图像进行比较。学生应选择最佳的图像处理过程，对拍摄到的图像，进行分区对比，选择合适的算法，找出图像的差别，并进行判断，最终完成软件体系的开发。1.2机器视觉中的图像采集系统人类社会信息传递主要有三个途径，分别是语言、文字和图像。从信息论的角度来看，图像包含了最大的信息量，有灰度，有色彩，还有平面和立体等，具有极为广泛的容人类通过眼睛摄取的图像占到了所得到信息的70%以上.许多场合里，没有任何其它形式比图像

21、所传递的信息更丰富和真切。图像采集系统是图像处理系统的组成部分，原始的图像首先必须要通过图像采集系统，因此，图像采集系统主要作用是对原始的模拟图像数据进行采集，并将之转化为易于通过计算机处理的数字信号。在微机处理系统中，计算机在接受到图像的数字信号后，便会将其存入存储区。微机图像处理系统常用的图像采集部件有:摄像机加上视频图像采集卡，图像扫描仪以与数码摄像机。本文中使用十分常见的USB摄像头来获取外界图像基于LabVIEW的标准图像测量分析系统识别。典型的机器视觉系统一般包括图像采集部分、图像处理部分、通信和I/0(input/output)部分以与输出和执行机构等。图像采集是其中一个重要的环

22、节，通过采集系统能够将对象的可视化图像和特征转化为能被计算机处理的数据。由于机器视觉系统强调精度和速度，所以需要图像采集部分尽量与时、准确地提供清晰的图像，唯有如此才能让图像处理部分在比较短的时间得出正确的结果.由此可知图像采集部分的性能会直接影响整个机器视觉系统的性能。图像采集部分通常由光源、镜头、数字摄像机和图像采集卡构成.采集过程可以简略的描述为在光源的照明下，数字摄像机拍摄目标物体并随之将其转化为图像信号，最后通过图像采集卡传输给图像处理部分.在设计图像采集的硬件设计部分时，要考虑到很多方面的问题，主要是关于数字摄像机、图像采集卡和光源方面的技术。摄像机和镜头在机器视觉系统中相当于人的

23、眼睛，负责拍摄对象的图像.机器视觉系统常会采用数字摄像机，通过通过聚焦在光电传感器镜头上的被摄物体的图像信号转变为光电信号，从而便于计算机处理。选择摄像机和镜头首先要需要做的是确定摄像机的类型，并计算摄像机的取景围，以与评估其分辨率，最后还需要根据实际情况考虑一些其它因素，如对运动的对象需要计算扫描速度。在知道摄像机的拍摄对象和取景围后，可由此选择合适的镜头。综合这些因素即可基本确定所需的摄像机和镜头。另外由于图像信号的传输需要很高的传输速度，通用的传输接口通常不能满足要求，所以需要图像采集卡。图像采集卡是图像采集部分和图像处理部分的接口。图像采集卡还提供了数字I/0控制的功能。在机器视觉系统

24、中，输入2输出的控制很重要。系统中常要根据处理过程的需要来决定摄像机的拍摄时间。如果采用了可重设的摄像机，需要产生重设信号，在一些系统中，由于需要设定拍摄的帧率，应该有像素时钟发生器。外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步，它可以保证不同设备输出的视频信号具有一样的帧行起止时间.为了实现外同步，需要给摄像机输入一个复合同步信号或复合视频信号。当使用的图像采集卡已经具有数字v0功能时，能够产生摄像机和其他电子设备所需的选通、触发与其他电子信号，这对系统是很有用的，不然就需要独立的数字I/O卡.除了数字I/O卡，选择图像采集卡还要考虑视频输入的格式和数据传输率、数据的吞吐量

25、、还有软件开发包.一个功能完善的软件开发工具是图像采集卡所必不可少的。图像采集卡附带的软件开发工具是进行图像处理软件开发时所必备的工具之一本文利用LabVIEW进行图像采集和处理，这是LabVIEW一个非常重要的应用，在许多行业中采用图像的采集和识别来进行判断、控制，使操作更加精确，具有可信度、人性化、智能化。但本文并未使用图像采集卡，而是使用了LabVIEw中运动与视觉模块中的IMAQ USB函数直接驱动USB摄像头采集图像。选定好机器视觉的软硬件平台后，接下去就是图像采集和图像处理。本文系统基于USB摄像头并通过LabVIEW完成图像采集，再利用软件进行图像处理，且无需使用图像采集卡，使得

26、视觉系统成本更低.其实从软件的角度来看，思路和模式基本是一致的。11.3数字图像处理技术的发展历史数字图像处理技术使20 世纪60年代随着计算机技术和VLSY Very Large ScaleIntegration 的发展而产生、发展和不断成熟起来的一个新兴技术领域，它在理论上和实际应用中都取得了很大的成就。视觉是人类最重要的感知手段，图像又是视觉的基础。早期图像处理的目的是改善图像质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像。常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。首次获得成功应用的是美国喷气推进实验室（JPL）。他们对航天

27、探测器徘徊者7号在1964年发回的几千月球照片进行图像处理，如几何校正、灰度变换、去除噪声等，并考虑了太阳位置和月球环境的影响。随后又对探测飞船发回的近十万照片进行更为复杂的图像处理，获得了月球的地形图、彩色图与全景镶嵌图，为人类登月创举奠定了基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术探测研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。数字图像处理技术取得的另一个巨大成就是在医学上。1972年英国EMI 公司工程师Housfield 发明了用于头颅诊断的X 射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的CT（Computer Tomograph）。CT 的基本方法是根据人的头部截

28、面的投影，经计算机处理来重建截面图像，成为图像重建。1975年EMI 公司又成功研制出全身用的CT 装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。1979年，这项无损伤诊断技术被授予诺贝尔奖，以表彰它对人类做出的划时代贡献。从20世纪70年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理技术向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。很多国家，特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT 的Marr 提出的视觉计算理论，这个理论成为

29、计算机视觉领域其后十多年的主导思想。20世纪80年代末期，人们开始将其应用于地理信息系统，研究海图的自动读入、自动生成方法。数字图像处理技术的应用领域不断拓展。数字图像处理技术的大发展是从20世纪90年代初开始的。自1986年以来，小波理论与变换方法迅速发展，它克服了傅立叶分析不能用于局部分析等方面的不足之处，被认为是调和分析半个世纪以来工作之结晶。Mallat 在1988年有效地将小波分析应用于图像分解和重构。小波分析被认为是信号与图像分析在数学方法上的重大突破。随后数字图像处理技术迅猛发展，到目前为止，图像处理在图像通讯、办公自动化系统、地理信息系统、医疗设备、卫星照片传输与分析和工业自动

30、化领域的应用越来越多。进入21世纪，随着计算机技术的迅猛发展和相关理论的不断完善，数字图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就。属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等。该技术成为一门引人注目、前景远大的新型学科。图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉与到人类生活和工作的方方面面。随着科学技术的发展，数字图像处理技术的应用领域也将随之不断扩大。数字图像处理技术未来应用领域主要有以下七个方面：（1）航天航空技术方面数字图像处理技术在航天航空技术方面的应用，除JPL 对月球、火星照片的处理之外，另

31、一方面是在飞机遥感和卫星遥感技术中。图像在空中先处理（数字化编码）成数字信号存在磁带中，在卫星经过地面站上空时，再高速传送下来，然后由处理中心分析判读。这些图像无论是在成像、存储、传输过程中，还是在判读分析中，都必须采用很多数字图像处理方法。现在世界各国都在利用各类卫星所获取的图像进行资源调查、灾害检测、资源勘察、农业规划、城市规划。在气象预报和对太空其它星球研究方面，数字图像处理技术也发挥了相当大的作用。（2）生物医学是数字图像处理应用最早、发展最快、应用最广的领域。主要包括细胞分析、染色体分类、放射图像处理、血球分类、各种CT 和核磁共振图像分析、DNA 显示分析、显微图像处理、癌细胞识别

32、、心脏活动的动态分析、超声图像成像、生物进化的图像分析等3。（3）通信工程方面当面通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的流媒体通信。其中以图像通信最为复杂和困难，因图像的数据量十分巨大，如传送彩色电视信号的速率达100M/s 以上。要将这样高速率的数据实时传送出去，必须采用编码技术来压缩信息的比特量。在一定意义上讲，编码压缩是这些技术成败的关键4。（4）工业工程方面在工业工程领域中图像处理技术有着广泛的应用，它大大提高了工作效率，如自动装配线中质量检测，流体力学图片的阻力和升力分析，邮政信件的自动分拣，在一些恶性环境识别工件与物体的形状和排列状态，先进设计和制造技术中采用工业视觉等等

33、。其中值得一提的是研制具备视觉、听觉和触觉功能的智能机器人，将会给工农业生产带来新的面貌，目前已在工业生产中的喷漆、焊接、装配中得到有效的利用。（5）军事公安方面在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的精确制导，各种侦察照片的判读，具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥系统和模拟训练系统等；公安方面主要用于指纹识别、人脸鉴别、不完整图片的复原以与交通监控、事故分析等。目前已投入运行的高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别就是图像处理技术成功应用的例子。5（6）文化艺术方面的应用目前这类应用有电视画面的数字编辑、动画的制作、电子图像游戏、纺织工艺品设计、服装设计与制作、发型设计、文物

34、资料照片的复制和修复、运动员动作分析和评分等等。目前正在形成一门新的艺术计算机美术。（7）其它方面的应用数字图像处理技术已经渗透到社会生活的各个领域，如地理信息系统中二维、三维电子地图的自动生成、修复等；教育领域各种辅助教学系统研究、制作中；流媒体技术领域等等。1.4关于LabVIEW机器视觉的现状与发展趋势随着科学技术与工业自动化的发展，机器视觉作为一种应用系统，其功能和特点也得到逐步完善和发展。机器视觉通过计算机来模拟人的视觉，其目的便是用图像获取来恢复现实世界的模型。自从20世纪50年代就着眼于研究统计模式识别继而开始机器视觉的探讨建立了不少机器视觉理论，Marr的视觉计算理论目前仍然是

35、机器视觉的主要理论框架，大多数机器视觉研究都着眼于通过计算，提取二维视觉数据中的深度信息进行目标三维描述和识别。在80年代末，随着数学物理学中的不变量理论的引入，形成了视觉不变量理论和应用的新框架。与一般意义上的图像处理系统如多媒体系统相比，机器视觉强调的是精度和速度，以与工业现场环境下的可靠性。LabVIEW作为图形化的编程语言，其易学易用，易于采用模块化设计思想的特点，使得基于LabVIEW的机器视觉系统在采用相应的软件开发功能包后，更易使系统具有开发简单，构件灵活，层次清晰的特点，LabVIEW已成为机器视觉最常用的开发平台之一，今后随着软件开发包功能不断的集成化，多样化，其对系统成本和

36、项目开发时间的控制作用会更加不可忽视，利用LabVIEW开发与其视觉系统将被更多项目开发人员选择。1.5 国外研究现状与技术难题数字图像处理技术基本可以分成两大类：模拟图像处理（Analog Image Processing）和数字图像处理（Digtal Image Processing）。数字图像处理是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机进行处理的过程。其优点是处理精度高，处理容丰富，可进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力，一般来说只要改变软件就可以处理容。困难主要在处理速度上，特别是进行复杂的处理。数字图像处理技术主要包括如下容：几何处理（Geometrical Processing）

37、、算术处理（Arithmetic Processing）、图像增强（ImageEnhancement）、图像复原（Image Restoration）、图像重建（Image Reconstruction）、图像编码（Image Encoding）、图像识别(Image Recognition)、图像理解（ImageUnderstanding）。数字图像处理技术的发展涉与信息科学、计算机科学、数学、物理学以与生物学等学科，因此数理与相关的边缘学科对图像处理科学的发展有越来越大的影响。近年来，数字图像处理技术日趋成熟，它广泛应用于空间探测、遥感、生物医学、人工智能以与工业检测等许多领域，并促使这些

38、学科产生了新的发展。数字图像处理目前存在的问题：（1）处理信息量很大数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大。如一幅256256 低分辨率黑白图像，要求约64kbit 的数据量；对高分辨率彩色512512 图像，则要求768kbit 数据量；如果要处理30 帧/秒的电视图像序列，则每秒要求500kbit22.5Mbit 数据量。因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。（2）占用频带较宽数字图像处理占用的频带较宽。语言信息相比，占用的频带要大几个数量级。如电视图像的带宽约5.6MHz，而语音带宽仅为4kHz 左右。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，技术难度较大，成

39、本亦高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求。（3）各像素相关性大数字图像中各个像素是不独立的，其相关性大。在图像画面上，经常有很多像素有一样或接近的灰度。就电视画面而言，同一行中相邻两个像素或相邻两行间的像素，其相关系数可达0.9 以上，而相邻两帧之间的相关性比帧相关性一般说还要大些。因此，图像处理息压缩的潜力很大。（4）无法复现三维景物的全部几何信息由于图像是三维景物的二维投影，一幅图象本身不具备复现三维景物的全部几何信息的能力，很显然三维景物背后部分信息在二维图像画面上是反映不出来的。因此，要分析和理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量，例如双目图像或多视点图像。在理解三维景物时需要知

40、识导引，这也是人工智能中正在致力解决的知识工程问题。（5）受人的因素影响较大数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。由于人的视觉系统很复杂，受环境条件、视觉性能、人的情绪爱好以与知识状况影响很大，作为图像质量的评价还有待进一步深入的研究。另一方面，计算机视觉是模仿人的视觉，人的感知机理必然影响着计算机视觉的研究。例如，什么是感知的初始基元，基元是如何组成的，局部与全局感知的关系，优先敏感的结构、属性和时间特征等，这些都是心理学和神经心理学正在着力研究的课题。第二章虚拟仪器技术2.1 基于虚拟仪器的机器视觉系统机器视觉系统正处在不断发展的进程中，上文已经给出了其发展的

41、趋势，而基于虚拟仪器的机器视觉系统正是这些发展趋势的集中体现。随着计算机技术的不断发展，基于虚拟仪器的视觉系统愈发趋于经济和实用.含VBvIX (MultiMediaExtensions多媒体扩展)技术的高能Pentium处理器、坚固的操作系统、PCI (Peripheral Component Interconnect,外部设备互连)局部总线以与具有友好用户接口的、基于虚拟仪器的图像采集软硬件，使今天的视觉应用系统的性能大大优于以往的系统，而同时成本却在不断下降。过去，视觉系统的建立是由系统集成人员、OEM (Original Equipment Manufactures)和企业部的视觉系统

42、开发组联合完成的。今天，新技术和基于虚拟仪器的图像处理软件，使用户在极低成本下就可开发完成满足大多数应用要求的计算机视觉应用系统。虚拟仪器化的视觉应用系统能够为自动化系统提供过程监视、信息集中和反馈控制，实验室自动化与图像处理系统则能够利用滤波与分析技术进行细胞数量、生物材料合格性等的测定。事实上，当今基于虚拟仪器的视觉系统己能够以前所未有效率、灵活性、一致性、可靠性和数据吞吐能力，执行更加复杂的检测任务。6机器视觉与虚拟仪器结合的好处是显而易见的:一方面，传统的基于硬件的机器视觉系统价格昂贵，开发难度大(一般采用汇编语言编程)，开发周期长，而采用虚拟仪器技术则可以克服这些缺点，开发出满足市场

43、需要、廉价、高效的检测仪器。另一方面，可以将机器视觉的分析功能与虚拟仪器的控制功能有效结合，得到很高的性价比。虚拟仪器把计算机资源(如微处理器、存、显示器等)和仪器硬件(如A/D, D/A,数字LO、定时器、信号调理等)的测量、控制能力结合在一起，通过软件实现对数据的分析。2.2虚拟仪器VI开发软件LabVIEW数字图像处理是视觉系统的关键，这一切在虚拟仪器系统中是通过计算机软件实现的，而目前国外使用的最为广泛的虚拟仪器开发平台是1I公司的LabVIEW和Labwindows/CVIo基于这两种软件的IMAQ Vision则为这两种平台提供了完整的图像处理函数库和功能模块，例如各类边缘检测算子

44、、自动闭值处理、各种形态学算法、滤波器以与FIT等.其中包含大量当前证明成功的理论算法，使用户无需专业编程经验，即可迅速开发完成优秀的、适合本专业的图像处理与分析系统。LabVIEW是一种可以用图形来建立程序的软件开发工具。在基于文本的编程语言中，程序的执行依赖于文本所描述的指令，与之不同的LabVIEW使用数据流编程方法来描述程序的执行。LabVIEW用图形语言(G语言)、图标和连线代替文本的形式编写程序，它创造性的为用户提供了简单、易学的图形编程方式，这种富有创意的方式把复杂、烦琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能，并用线把各种用图形表示的功能连接起来的简单方式，设计者可

45、以象搭积木一样，轻松组建一个测量系统和构造自己的仪器面板。这种图形化的编程方式也深受笔者喜爱。LabVIEW环境下开发的程序称为VI，类似于传统编程语言的函数或子程序。VI由程序前面板、框图程序和图标Z连接器组成.连接器用于更上层的VI调用该V1。这样就可以把一个复杂的应用程序划分为一系列简单的子任务，为每一个子任务创建一个子VI，在将他们在另一个框图程序中组合完成复杂的任务。这使得LabVIEW符合模块化的程序设计概念.LabVIEW的开发环境包括程序前面板窗口、框图程序窗口，另外还有三种操作模板:工具模板、控制模板和功能模板。程序前面板用于模拟真实仪表的前面板，可以设置输入数值和观察输出量

46、.在前面板上，输入量称为控制(Controls),输出量称为显示(Indicators).控制和显示是通过各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使得前面板直观易懂.程序的前面板在前面板窗口中完成。当前面板窗口处于活动状态时，工具模板和控制模板可用。相应的各个程序前面板都对应着一段框图程序.在框图程序窗口用LabVIEW图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码.端口、节点、图框和连线构成了后面板程序。其中端口用于同步程序前面板的控制和显示传递数据;通过节可实现函数和功能调用，节点与外界通过端口进行数据交换;另外图框在LabVIEW中也是一种节点，是LabVIEW

47、控制VI程序执行方式的图形表示，如顺序、条件和循环控制结构等，被用来实现结构化程序控制命令;连线则代表程序执行过程中的数据流，定义了基于LabVIEW的标图像采集系统研究框图的数据流动的方向。7利用LabVIEW进行图像处理是一个非常重要的应用，在许多行业中采用图像的采集和识别来进行判断、控制，使操作更加精确，具有可信度、人性化、智能化。图像处理也可以称作视觉处理。LabVIEW提供了多种图像处理的方法，其中NI公司的视觉采集软件提供的驱动和函数，既能够从数千种连接到NI (National Instruments)帧接收器上的不同相机上采集图像，也能够从连接在PC.PXI (PCI eXte

48、nsions for Instrumentation.面向仪器系统的PCI扩展)系统或笔记本计算机上标准端口的IEEE 1394和千兆位以太网视觉相机采集图像。LabVIEW中的视觉开发模块作为强大的机器视觉处理库，配有各类函数，其中 包括:边缘检测、颗粒分析、光学字符识别和验证、一维和二维代码支持、几何与模式匹配、颜色工具.该模块可与NI公司的所有软件、C+. Microsoft Visual Basic, Microsoft.NE7，相互调用，为用户提供了相当便利的操作用户可通过视觉开发模块的同步功能，实现与运动或数据采集测量的同步.NI公司提供的图像处理软件包可以在LabVIEW中完成各

49、种关于图像处理、视觉运行的控制。82.3 虚拟仪器视觉软件模块IMAQ VisionIMAQ Vision是LabVIEW置的视觉开发工具包，其中包括IMAQ Vision和Vision Builder两个组件。IMAQ Vision是一个功能强大的函数库，提供了在LabVIEW平台上开发机器视觉系统所需要的各种子程序，例如图像采集、系统凌准、图像处理、几何量测量等.Vision Builder是一个交互式的机器视觉系统开发环境，可以在系统软件设计的每一步看到输出的中间结果，并可以随时进行修改。设计完成后能够自动生成LabVIEW程序代码。NI的IMAQ Vision软件包为图象处理提供了完整

50、的功能，它将400多种功能整合到应用软件中，以实现功能强大的图象处理解决方案。现在的图象采集用户可以利用LabVIEW图形化编程的优异性能和高效率，开发出基于通用编程语言的解决方案。9HI公司的IMAQ Vision软件包在LabVIEW应用程序中加入了机器视觉和图象处理的功能.IMAQ Vision中包含一套丰富的为MMR而优化的函数，可用来完成灰度、彩色以与二值图象的显示、处理(统计、滤波和几何变化)、形状匹配、斑点分析、计算和测量等。最终用户、系统集成商和原始设备制造商都可以使用IMAQ Vision以加快工业视觉和科学图像应用的开发.IMAQ Vision可用于工厂和实验室里那些需要高

51、可靠性、高速的视觉系统的自动化操作中去。Vision作为图像处理的工具包，当安装完成后，启动LabVIEW软件，可以在前面板与后面板上看到相应的控件和函数.本文使用的软件版本为LabVIEW 2012。(1)前面板控件安装完Vision后，前面板中会自动出现一个Vision选项列表，打开它后可以看到五个显示空间。-IMAQ Image.ctl 对图像进行分析和处理时用到的一些空间。-Image Display 用于设置图片显示方式，包括放大、移动、选择等。-Image Display（Classic）也用于对图像显示的设置，它只是设置以经典的方式显示图像。-IMAQ Vision contro

52、ls 对图像进行分析和处理所用到的一些空间，包括图像的类型，图像处理的方式和不同的形态算子以与颜色的类型的选择等等，较IMAQ Image ctl是后期升级才出现的，功能更全。-Machine Vision controls 机器视觉中用到的一些空间，主要是对图像画面进行选择的一些工具，包括点，线和面的选择以与坐标系的设定。2.3.1 IMAQ Vision的主要特点这个图像软件具备简单易用的机器视觉和图像处理工具的功能。通过IMAQ Vision工程师可以容易的创建完整的视觉系统程序。IMAQ Vision具有以下特点:（1）加快了应用程序开发速度 IMAQ Vision在设计时便考虑到便于

53、开发者使用，尤其要满足图像应用开发者的需求，减轻他们在缩减开发成本与尽快上市的压力。其开发的存管理以与符合命名逻辑的VI.函数和参数使得IMAQ Vision易学易用淇建的各种高级函数相互配合工作，因而使用很少的函数就能得到不错的开发速度。（2）使用Intel MMX技术以提高性能在图象处理中处理8位图象时，MMX技术可以加快整数或者浮点运算的速度。从而具有MMX技术的处理器执行很多IMAQ Vision的函数时，其性能要比不具有MMX技术的处理器提高了最大400%。（3）ActiveX控件-ComponentWorks IMAQ Vision IMAQ VisionActiveX控件是Com

54、ponentWorks产品家族的一员，它为Microsoft Visual Basic, Microsoft Visual C+和其他ActiveX开发环境提供了三个等级的控件，并且提供了感兴趣区域ROI(Region of Interest)选择工具，NI IMAQ图象采集控件使用属性页的形式简化了图象捕捉，机器视觉和图象处理控件提供了上百种处理函数。（4）可与DAQ(DataAcquisition)配合工作进行图象采集IMAQ软、硬件的设计目标之一就是能够很容易的与NI DAQ产品集。IMAQ硬件上的总线可以使不同板卡使用共同的定时信号，从而实现图像和数字量的定时和同步。（5）IMAQ V

55、ision的使用环境IMAQ Vision针对不同场合采用相应的使用方法，开发人员可以按需选择，利用LabVIEW图形化开发环境可以加快开发速度，同时提高系统的可靠性，这种环境下IMAQ Vision的各种功能均以VI的形式出现，对于习惯于常规语言开发环境的使用者，可选用基于C语言的开发环境LabWindows/CVI，若开发人员想利用现有的通用开发环境，可以使用IMAQ Vision ActiveX控件，它可以在Microsoft Visual Basic Microsoft VisualC+和其他ActiveX开发环境中以可视化控件的形式提供图像处理功能。（6）图像采集驱动软件NI_IMA

56、Q不论使用何种开发平台，NI IMAQ都能提供对NI IMAQ采集设备的高层控制，NI-IMAQ是针对图像采集的一个完整且可靠的API (Application Programming Interface,应用程序编程接口)。NI-IMAQ可以完成图像采集所需的与计算机和板卡有关的工作而无须进行寄存器级编程。NI-IMAQ和其他的NI驱动软件完全兼容，以便将图像集成到任何基于NI产品的解决方案中。102.4小结数字图像处理是机器视觉系统的关键，在虚拟仪器系统中，这一切都是通过计算机软件实现的本章首先简要的介绍了基于虚拟仪器的视觉检测系统和虚拟仪器的软、硬件系统。机器视觉检测系统前期工作为图像采

57、集，并注重对图像进行分析，以便做出控制外部控制机构动作的决定，最终用于指导外部的运动控制模块工作，在虚拟仪器系统中，这一切都是通过计算机软件实现的，虚拟仪器利用计算机的强大运算能力租开放，易用的用户界面构成了一种全新的仪器，加之面向科学家和工程师的图形化编程平台，使虚拟仪器具有开发与维护费用低、技术更新周期短、价格低、可复用与可重配置性强、开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展等优点，而视觉检测系统利用计算机处理和分析图像，特别是在检测方法比较固定、重复性高的场合应用使用时，具有高速、精确、可靠等优点.虚拟仪器化视觉检测系统是虚拟仪器技术和视觉检测系统结合的产物，它的出现使得对于机器视觉系统的

58、四个要求:更快、更便宜、更准确、更可靠都得到了满足，因此它代表了机器视觉系统发展的方向，这也是本课题选用虚拟仪器来实现视觉系统任务构件的原因。在此基础上，结合课题的要求，介绍以LabVIEW图形式语言开发平台与视觉开发模块IMAQ Vision相结合的方式，开发机器视觉检测系统，建立图像获取、图像预处理等一系列视觉检测流程模块，来实现图像采集系统中的图像处理，边缘检测等任务。第三章基于LabVIEW的图像测量分析系统总体设计3.1引言在图像分析系统开发的初始阶段，主要是正对零件标准件进行测量设定一公差值，与其后面的零件进行数据对比。本文的检测对象零件的形状为不规则形状，较其他形状诸如圆形、方形

59、等较为规则的小型工件来说在其模板匹配定位等方面难度较大一些。因此本章将在对零件的课件缺陷分析的基础上设计分析系统的软件方案。3.2搭建机器视觉处理平台通常，典型的机器视觉系统由以下四个部分光源、相机、图像采集卡和图像处理软件组成3.3选择光源刚接触机器视觉系统时可能无法意识到光源选择恰当与否直接关系到系统的成败。所以选择光源的重要因素有三个需要注意的方面：(1)增强待处理的物体特征；(2)减弱不需要关注的物体和噪声的干扰；(3)不会引入额外的干扰。机器视觉中主要使用的三种光源：同轴光源，条形光源，零度角光源（低角度方式照明）都具有自身的优势和特性。三种照明方式皆适用于平面物体，且都能检测出物体

60、表面的刮痕和破损。对于带弧度的物体，需要用到另外的LED光源。而三种主要的光源都有各自的特点：（1）同轴光源：设计巧妙，最大的特性是能够作为反射度极高的金属表面以与玻璃的照射光源，在镜面加工工业中，具有不可替代的作用。在配置过程中，尤其需要注意调节凸透镜和半透半反玻璃的位置。为了得到最佳的照明效果，应该进行反复的调试。（2）条形光源：条形光源最大的特性是灵活性大，可以从多个角度采集图像，获得全方位的图像信息。对于需要获得全面的表面特征的物体，如检测被测物体是否有光泽，是否有表面纹路时，可以选择条形光源。（3）零角度光源：零角度光源最大的特性是物体的边缘轮廓显示得非常清晰，重点运用于检查金属边缘