基于LabVIEW機(jī)器視覺(jué)的基礎(chǔ)探究

馮思宇 赫連東宇 王培毅 趙澤宇

摘 要：由于本文針對(duì)電子類相關(guān)專業(yè)在學(xué)習(xí)基于LabVIEW機(jī)器視覺(jué)的過(guò)程中最基礎(chǔ)的圖像采集問(wèn)題提供非常快速的開(kāi)發(fā)方案與技巧，使之在LabVIEW機(jī)器視覺(jué)基礎(chǔ)階段學(xué)習(xí)少走彎路，為基礎(chǔ)階段的開(kāi)發(fā)者解決實(shí)際問(wèn)題，在以后學(xué)習(xí)LabVIEW高級(jí)圖像采集與處理中有一個(gè)良好的基礎(chǔ)，大大提升學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；機(jī)器視覺(jué)；圖像采集

1 前言

雖然機(jī)器視覺(jué)理論與應(yīng)用在國(guó)外發(fā)展比較成熟，然而大部分系統(tǒng)都是基于Halcon、Visionpro、Opencv等軟件的機(jī)器視覺(jué)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)基于LabVIEW的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)研究仍然處于發(fā)展階段。目前，LabVIEW軟件在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)十分普及，例如在美國(guó)已經(jīng)將此軟件作為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門必修課程。LabVIEW在國(guó)內(nèi)的發(fā)展處于逐漸上升期，其圖形化編程語(yǔ)言使編程過(guò)程變得簡(jiǎn)單直觀且易于掌握，LabVIEW虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用使實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建和操作界面的設(shè)置變得非常簡(jiǎn)單，它可以十分有效地提高工程師的工作效率，縮短科研項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)時(shí)間，于是本文選擇了基于LabVIEW的圖像化編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。

2 軟件安裝基礎(chǔ)工作

在電腦上安裝LabVIEW以后，電腦中是沒(méi)有機(jī)器視覺(jué)開(kāi)發(fā)所需要驅(qū)動(dòng)程序與工具庫(kù)的，需要單獨(dú)安裝。第一，視覺(jué)開(kāi)發(fā)工具包（Vision Development Module）通常被稱為VDM，它包括一個(gè)視覺(jué)助手應(yīng)用軟件（Vision Assistant）和一個(gè)圖像處理VI庫(kù)（NI Vision）。第二，用于自動(dòng)檢測(cè)的視覺(jué)生成器（Vision Builder for Automated Inspection），通常被稱為VBAI，該程序是一個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)行的程序。編程和操作界面與Vision Assistant相似，但是不可以把程序轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)abVIEW，只能在其環(huán)境下運(yùn)行。VBAI程序可以在遠(yuǎn)程目標(biāo)設(shè)備如CVS上運(yùn)行。第三，視覺(jué)獲取軟件（Vision Acquisition Software），通常被稱為VAS，用于捕獲圖像的一系列驅(qū)動(dòng)程序。一般的視覺(jué)開(kāi)發(fā)需要安裝VDM與VAS，利用VAS驅(qū)動(dòng)和VDM的圖像處理VI庫(kù)實(shí)現(xiàn)圖像采集與處理。安裝后在圖像與運(yùn)動(dòng)的函數(shù)選板中顯示。

3 圖像采集

由于成本考慮，在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)期間沒(méi)有必要購(gòu)買專業(yè)的圖像采集設(shè)備，驅(qū)動(dòng)相機(jī)采集圖像只能利用筆記本電腦上的簡(jiǎn)易攝像頭進(jìn)行代替，簡(jiǎn)易攝像頭與專業(yè)攝像頭在編程思想的上差別比較小，只是使用的LabVIEW的驅(qū)動(dòng)模塊上有些差別。

使用IMAQdx Open Camera VI打開(kāi)相機(jī)，查詢相機(jī)的功能，加載相機(jī)配置文件，并創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)特的參考相機(jī)。使用IMAQdx Session控件指定要打開(kāi)的相機(jī)的名稱并該名稱為相機(jī)引用。IMAQdx Configure Grab VI配置相機(jī)并啟動(dòng)抓取采集圖像。IMAQ Create VI為圖像創(chuàng)建臨時(shí)內(nèi)存位置。IMAQdx Grab2 VI獲取最新幀圖像。

4 圖像二值化

在圖像的處理中，最簡(jiǎn)單的就是圖像二值化處理，以閥值為界將圖像上像素點(diǎn)的灰度值置為0或255，也就是將圖像上的像素點(diǎn)變成純黑或者純白的像素點(diǎn)。

式中T為指定的閥值，g（x，y）為閥值化后點(diǎn)（x，y）處的像素的灰度值，f（x，y）為閥值化前在點(diǎn)（x，y）處的像素的灰度值，此式是階躍函數(shù)，給出閥值T即可將圖像閥值化為黑白的二值圖。

將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)組，使用二值化子VI將數(shù)組與二值化閾值進(jìn)行比較，從而得到純黑與純白的圖像數(shù)組，再將數(shù)組轉(zhuǎn)換為圖像，從而完成了灰度圖像的二值化，二值化程序如圖1所示。

5 使用軟件自帶例子

LabVIEW自帶的范例寫的很好，開(kāi)發(fā)者可以利用軟件自帶范例為參照學(xué)習(xí)，還可以根據(jù)范例來(lái)改進(jìn)成自己需要的程序。在LabVIEW界面菜單欄點(diǎn)擊“幫助”，在下拉菜單選擇“查找范例”，找到“工具包和模塊”→ “視覺(jué)”，然后根據(jù)自己需要打開(kāi)相應(yīng)視覺(jué)范例程序進(jìn)行學(xué)習(xí)。

在搜索界面可以直接搜索英文來(lái)查找視覺(jué)范例，例如搜索“Grab”，找到“Grab.VI”并打開(kāi)，可以看到此例子的前面板，在“Camera Name”中選擇好電腦的攝像頭并運(yùn)行，“Image”界面就能顯示電腦攝像頭所采集的圖像。打開(kāi)程序框圖，可以對(duì)程序框圖內(nèi)的程序進(jìn)行研究，也可以對(duì)程序框圖內(nèi)的程序進(jìn)行擴(kuò)展或者修改。此案例就是本文第三部分圖像采集所用的經(jīng)典案例。同樣，搜索打開(kāi)其他的官方案例進(jìn)行學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

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