10?2利用LabVIEW進行圖像采集與處理利用LabVIEW進行圖像處理是一個非常重要的應(yīng)用。在許多行業(yè)中采用圖像的采集和識別來進行判斷、控制，使操作更加精確，具有可信度、人性化、智能化。本節(jié)將講解利用LabVIEW進行圖像采集和處理的實例。10?2.1圖像處理介紹圖像處理也可以稱作視覺處理。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)動和函數(shù)，既能夠從數(shù)千種連接到NI幀接收器上的不同相機上采集圖像，也能夠從連接在PC、PXI系統(tǒng)或筆記本計算機上標準端口的IEEE1394和千兆位以太網(wǎng)視覺相機采集圖像。LabVIEW中的視覺開發(fā)模塊作為強大的機器視覺處理庫，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++、MicrosoftVisualBasic、Microsoft.NET相互調(diào)用，為用戶提供了相當便利的操作。用戶可通過視覺開發(fā)模塊的同步功能，實現(xiàn)與運動或數(shù)據(jù)采集測量的同步。NI公司提供的圖像處理軟件包Vision8.5.1AcquisitionSoftware，是專門為LabVIEW8.5服務(wù)的。它可以在LabVIEW8.5中完成各種關(guān)于圖像處理、視覺運行的控制。10?2.2實例內(nèi)容說明本實例主要完成通過USB攝像頭采集圖像，并經(jīng)過一些運算對圖像進行數(shù)據(jù)分析。在實例中用采集到的圖片作樣本，讓系統(tǒng)認識一個像素，然后開始自動查找圖像中的相同像素，查找時還要對圖片進行翻轉(zhuǎn)，以全面找到相同的像素，最后再標注出這些點的中心位置和點數(shù)。10?2.3Vision安裝與介紹本例主要通過Vision8.5.1AcquisitionSoftware軟件包來實現(xiàn)。Vision8.5.1AcquisitionSoftware軟件包是一種專門的圖像處理軟件，需要單獨安裝。此軟件一般可以通過供應(yīng)商購買，也可以通過NI公司網(wǎng)站下載。1.Vision安裝Vision8.5.1AcquisitionSoftware安裝步驟如下：把光盤放入計算機光驅(qū)，系統(tǒng)會自動識別，并顯示出安裝自檢界面，如圖10-34所示。

（2）當安裝程序自檢完成后，“Next”按鈕顯示為可操作狀態(tài)。此時單擊“Next”按鈕進入下一個界面，選擇安裝路徑，如圖10-35所示。圖10-34安裝自檢圖10-35選擇安裝路徑（3）一般此路徑就是LabVIEW軟件安裝的默認路徑。如果在安裝LabVIEW軟件時沒有改動路徑，則不需要修改此路徑。單擊“Next”按鈕，進入下一步選擇安裝驅(qū)動的界面，如圖10-36所示。（4）在驅(qū)動選擇界面中，可以選擇要安裝的驅(qū)動類型。這里可以看到有4種驅(qū)動可安裝。當不需要某種驅(qū)動時，在其選項上打叉即可。當選擇完要安裝的驅(qū)動后，單擊“Next”按鈕，進入下一步的安裝確認界面，如圖10-37所示。圖10-36驅(qū)動選擇圖10-37信息確認（5）對顯示的信息確認無誤后，單擊“Next”按鈕開始安裝，如圖10-38所示。（6）當安裝完上面的所有軟件包后，系統(tǒng)會顯示安裝完成界面，并提示是否選擇激活此軟件。根據(jù)自己的需要選擇后，單擊“Next”按鈕進入下一步驟。最后安裝完成的界面如圖10-39所示。

■111IUH.R.Qi.I-UtlaKflIIIM.■111IUH.R.Qi.I-UtlaKflIIIM.IJLct|Ubfll11Mhif!-?■[?圖10-38正在安裝圖10-39安裝完成2.Vision介紹Vision是一個圖像處理的工具包，當安裝完成后，啟動LabVIEW軟件，可以在前面板與后面板上看到相應(yīng)的控件和函數(shù)。（1）前面板控件安裝完Vision后，前面板中會自動出現(xiàn)一個Vision選項列表，打開它后可以看到有三個顯示控件，如圖10-40所示?！狪MAQImaged：對圖像進行分析和處理時用到的一些控件，可用于對圖像的類型。圖像處理的方式、不同的形態(tài)算子，以及顏色的類型的選擇等?！狪mageDisplay用于設(shè)置圖片顯示方式，包括放大、移動、選擇等?！狪mageDisplay（Classic）也用于對圖像顯示的設(shè)置。它只是設(shè)置以經(jīng)典的方式顯示圖像。（2）后面板函數(shù)在后面板中，打開函數(shù)選板，可以看到“視覺與運動”下拉列表。打開此列表將顯示Vision安裝后所有的函數(shù)，其中包括運動控制方面的函數(shù)，如圖10-41所/示O

■rt￡rAAbic-v:，斑r*ViiimBEiUU)Lip，斑r*ViiimBEiUU)Lip血呻1Stiff卜f.Cr^lTLirj卜rt^afl5卜^rwiilit]b-?t"xirna1I'si~siK-CU?昨■■■BLl..K-3MUiTh?社ni?i>e^..FRh蝕JIT卜ir&lnJ站井口*■Exjrjiiwmr■匹r??畸waffvr卜FTMTMMfHt圖10-40Vision圖10-40Vision顯示控件圖10-41''視覺與運動”函數(shù)在后面板的函數(shù)選板中，可以看到有5大類的“視覺與運動”函數(shù)。它們主要是一些圖像采集和圖像處理的函數(shù)?！狽I-IMAQ列表：是圖像米集函數(shù)列表，主要用于通過NI的系列圖像米集板卡來獲得圖像。其中包括任務(wù)的建立、設(shè)備的初始化以及硬件參數(shù)的設(shè)定等函數(shù)，如圖10-42所示。一VisionUtilities列表：是視覺應(yīng)用函數(shù)列表，用于對圖像進行一些初步的整體操作。它包括的函數(shù)節(jié)點如圖10-43所示。其中，ImageManagement是圖像管理模塊，包括建立和清除圖像任務(wù)，獲取圖像的各類信息，圖像的類型轉(zhuǎn)換等函數(shù)節(jié)點，如圖10-44所示。Files是圖像文件模塊，完成對圖像文件的讀寫，以及圖像附加信息的讀寫操作，如圖10-45所示。

圖10-42NI-IMAQ函數(shù)列表圖10-43VisionUtilities函數(shù)列表■朋IAUBTW圖10-42NI-IMAQ函數(shù)列表圖10-43VisionUtilities函數(shù)列表■朋IAUBTW右'fisimlfilialIat圖10-44ImageManagement函數(shù)列表圖10-45Files函數(shù)列表ExternalDisplay是圖像的外部顯示模塊，如選中某一光標區(qū)域等。PixelManipulation是圖像像素處理模塊。此模塊中的函數(shù)節(jié)點對圖像的像素直接進行操作，包括圖像上的點、線、面像素值的獲取和設(shè)定，以及在圖像中插入文本。Overlay是圖像覆蓋模塊，可以對圖像上的某一點、線、面（多邊形、矩形和圓）進行覆蓋。此種覆蓋為非破壞性的覆蓋，即不破壞原有的圖像，覆蓋信息可以另外和圖像一起保存。ColorUtilities是顏色應(yīng)用模塊，用于彩色圖像中色彩的提取，圖像中某點、線、面中色彩的設(shè)定或獲取，以及不同色彩模型的轉(zhuǎn)換。10?2.4圖像采集

要處理圖像，必須先要獲取一張圖像。獲取圖像是通過調(diào)用Vision中的IMAQUSB函數(shù)來實現(xiàn)的。它的最大優(yōu)勢在于可以自動識別USB攝像頭，并讀取數(shù)據(jù)。選擇“函數(shù)”|“VisionandMotionj“IMAQUSB”命令，打開IMAQUSB函數(shù)下拉列表，如圖10-46所示。在進行圖像采集時，先要用IMAQCreate函數(shù)創(chuàng)建一個圖像任務(wù)，此函數(shù)的接線如圖10-47所示。圖10-46圖像采集函數(shù)圖10-47IMAQCreate函數(shù)圖標這里通過此函數(shù)對圖像的名稱和類型大小等進行定義，否則后面的工作沒有辦法進行。然后再通過一個USB啟動函數(shù)來調(diào)用USB攝像頭設(shè)備。此函數(shù)是NI公司

自己研發(fā)專門讀取USB設(shè)備的函數(shù)，其內(nèi)部通過調(diào)用ImaqDirectShowDll.dll文件來實現(xiàn)。打開USB設(shè)備后，就要從此設(shè)備上獲取數(shù)據(jù)，所以用了一個IMAQUSBGrabAcquire函數(shù)來實現(xiàn)。整個圖像采集程序框圖如圖10-48所示。10?2?5圖像處理過程此處的圖像處理包括對圖像進行采樣，找出與采樣點相同的圖像。為了找出各種角度放置的采樣點，在查找的同時對圖像進行了360°的翻轉(zhuǎn)，這樣可以找出圖像上所有相同點。?整體設(shè)計在本實例設(shè)計中，對一張圖片先設(shè)置好要查找的內(nèi)容，然后開始自動查找，最后對找出的內(nèi)容進行標記和顯示。由于軟件的運行比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)的采集又是實時的，要求處理速度比較快，所以要對其進行整體設(shè)計，合理安排控件的調(diào)用和執(zhí)行順序。本程序中采用了一個大循環(huán),保持程序的持續(xù)運行。在內(nèi)部再調(diào)用一個順序結(jié)構(gòu)來控制程序的執(zhí)行順序,這樣可以保證程序按編程者的思路進行。具體的工作流程圖如圖10-49所示。耆赴d轟6K0T?WXW}?8K01??設(shè)置査找像素讀取了圖像數(shù)據(jù)后，還要設(shè)置查找的像素。這里通過一個光標選擇函數(shù)來實現(xiàn)。先用函數(shù)IMAQSetupLearnPattern2來設(shè)置需要記錄的各項，然后再用IMAQExtract函數(shù)進行光標設(shè)置。這樣就記錄了此光標區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。它的程序框圖如圖10-50所示。圖10-50設(shè)置查找像素這里用一個條件結(jié)構(gòu)來控制是否進入記錄像素的程序。也就是當選擇了要記錄的像素后，才進入此分支程序。在這一分支程序中，又利用了一個順序結(jié)構(gòu)，這樣提高了程序運行的效率。它的程序如圖10-51所示。圖10-51復(fù)位記錄按鈕?開始查找當設(shè)置完以上要查找的像素后，就可以在需要的圖片中查找此像素。為了查找有用的像素，在選擇了“開始查找”后，要先讀取上面標記的像素，再進行查找。此處程序的設(shè)計中，也是先運行一個條件結(jié)構(gòu)，再運行順序結(jié)構(gòu)，按順序執(zhí)行程序。讀取光標選擇像素的程序如圖10-52所示。

圖10-52圖10-52讀取選擇的像素當讀取像素后，利用順序結(jié)構(gòu)在第二幀的圖像中繼續(xù)查找。在這一幀中放置了一個循環(huán)，并限制循環(huán)次數(shù)為4。此時先用一個IMAQRotate對圖像進行翻轉(zhuǎn)，每次翻轉(zhuǎn)90°。這樣就可以在循環(huán)4次時翻轉(zhuǎn)一周，對圖像上各個角度的像素進行查找。再把圖像送到IMAQMatchPattern2函數(shù)，對其進行查找。通過此函數(shù)直接輸出找到的像素信息的數(shù)組。為了對找到的信息進行處理，又用一個For循環(huán)對此數(shù)據(jù)和簇進行拆分。這里的For循環(huán)次數(shù)直接由數(shù)組大小來控制。把數(shù)組拆開后再找到像素的中心位置，并按設(shè)置好的字體和格式顯示出來。對字體的設(shè)置，前面板如圖10-53所示。從圖10-52中可以看出，其中包括字體名稱、字體大小、下畫線、加粗等標記方式。標記字體程序如圖10-54所示。圖圖10-53標記字體設(shè)置圖10-54標記字體程序可以看到，最復(fù)雜的設(shè)置是對標記內(nèi)容的組合與寫入。這里先由DrawPatternMatchesPosition函數(shù)讀取各個記錄點的坐標值，然后用一個字符串組合函數(shù)把標記和坐標值組合成一個標記字符串。最后由IMAQDrawText函數(shù)把組合好的標記信息直接寫入圖像界面中。整個標記程序如圖10-55所示。圖10-55完整標記程序當?shù)诙瑘?zhí)行完后，進入第三幀的圖像大小設(shè)置。因為在前面查找的過程中，為了查找得更加精確，對圖像進行了像素的放大，這里為了顯示的方便，就需要對圖像進行還原，這樣才可以看得清楚。此處用了IMAQExtract函數(shù)，對顯示的圖像進行放大和縮小，但是沒有改變真正的圖像。它的程序框圖如圖10-56所示。圖10-56圖像還原?程序前面板當所有后面板程序編寫完后，就要進行前面板控件布局。由于此程序中涉及的控件不多，所以很好設(shè)置整體布局。程序界面如圖10-57所示。其中，“標簽類型”是為了給標簽進行不同的編號，在當前坐標前面加的一個前綴，這樣更好區(qū)分不同的像素點?！白畲髷?shù)目”是查找出目標的最大限制。如果設(shè)置為40,則最多只能找出40個目標。當大于此值時，則將多出來的其他目標量忽略。下面對查找時要放大的倍數(shù)進行設(shè)置，這里只是對二維的數(shù)據(jù)放大，所以在界面上設(shè)置兩個值，一個是X,另一個是Y。前面板布局如圖10-58所示。圖10-57控制項設(shè)置圖10-58放大設(shè)置為了對系統(tǒng)的工作進行控制，需要設(shè)置4個按鈕。它們分別如下：—開始采集：用于啟動采集，完成整個任務(wù)的第一個動作，采集一張圖片。—記錄標記：用于對光標選擇的區(qū)域進行記錄，以識別設(shè)置像素?！_始查找：啟動整個系統(tǒng)，對采集到的圖片進行查找，找出相同像素并進行標記。—停止工作：系統(tǒng)停止工作。界面布局如圖10-59所示。接下來對查找后的圖像進行顯示，這是非常關(guān)鍵的一個步驟。這里還對查找到的總個數(shù)進行了統(tǒng)計，這樣可以讓人對查找結(jié)果一目了然，完整的前面板界面如圖10-60所示。

圖10-59按鈕設(shè)置圖10-60完整界面10?2?6程序調(diào)試程序編寫完成后，要對系統(tǒng)進行軟硬件的聯(lián)機調(diào)試。這里把NI公司的USB攝像頭和計算機連接，并在計算機上安裝此軟件工具包。具體操作如下：（1）運行本程序，在攝像頭下放置好一塊電路板，并對其設(shè)置好焦距和亮度。單擊“開始采集”按鈕，對其進行采集，并顯示實時采集到的圖像，如圖10-61所示。（2）當采集完一次后，在界面上可以看到清晰的采集結(jié)果。此時我們用光標在需要進行識別的地方畫出一個區(qū)域。此時光標變?yōu)榫G色，表示用光標選中了要記錄的像素。然后單擊“學(xué)習(xí)標記”按鈕，此光標消失，表示已經(jīng)記錄（學(xué)習(xí)）完成，如圖10-62所示。從圖上可以看出，這里選中的是電路板上字母C，讓程序?qū)W習(xí)記錄，并找出界面上所有的字母C。

圖10-62設(shè)置學(xué)習(xí)區(qū)域記錄學(xué)習(xí)完成后，就可以查找相同像素的點了。單擊“開始查找”按鈕后,程序開始在此圖上查找記