基于labview的图像测量分析系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于labview的图像测量分析系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

恶性环境内识别工件及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。 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及交通监控、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。 LabVIEW 机器视觉的现状及发展趋势 随着科学技术及工业自动化的发展，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（论文）说明书 6 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，以及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，其对系统成本和项目开发时 间的 控制作用会更加不可忽视，利用 LabVIEW 开发及其视觉系统将被更多项目开发人员选择。 国内外研究现状及技术难题 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，处理内容丰富，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内容。 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内容：几何处理（ Geometrical Processing）、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及信息科学、计算机科学、数学、物理学以及生物学等学科，因此数理及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、人工智能以及工业检测等许多领域，并促使这些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 256 256 低分辨率黑白图像，要求约 64kbit 的数据量；对高分辨率彩色 512 512 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500kbit～ 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 第一章 绪论 7 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 ，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，经常有很多像素有相同或接近的灰度。 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 以上，而相邻两帧之间的相关性比帧内相关性一般说还要大些。 因此，图像处理中信息压缩的潜力很大。 （ 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、人的情绪爱好以及知识状况影响很大，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。 （论文）说明书 8 第二章 虚拟仪器技术 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 )局部总线以及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)和企业内部的视觉系统开发组联合完成的。 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、内存、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。 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，而目前国内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、自动闭值处理、各种形态学算法、滤波器以及 FIT 等 .其中包含大量当前证明成功的理论算法，第二章 虚拟仪器技术 9 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 .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 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内的数据流动的方向。 [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 (PCI （论文）说明书 10 eXtensions for 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, ，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 中完成各种关于图像处理、视觉运行的控制。 [8] 虚拟仪器视觉软件模块 IMAQ Vision IMAQ Vision 是 LabVIEW 内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。 [9] HI 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、彩色以及二值图象的显示、处理 (统计、滤波和几何变化 )、形状匹配、斑点分析。