虛擬儀器在數字圖像視覺系統中的應用

呂國皎，唐 婷

(成都電子機械高等專科學校 a.通信工程系;b.電氣與電子工程系，成都 610071)

虛擬儀器在數字圖像視覺系統中的應用

呂國皎a，唐 婷b

(成都電子機械高等?？茖W校 a.通信工程系;b.電氣與電子工程系，成都 610071)

傳統計算機視覺系統一般由軟硬件系統設計等步驟完成，其中硬件設計、驅動開發以及VB進行應用程序的編寫會花費大量的時間。利用虛擬儀器的視覺與運動系統可以方便地進行計算機視覺系統的設計，并快速進行數字圖像處理，大大縮短設備儀器開發時間。

虛擬儀器;數字圖像處理;計算機視覺

計算機視覺系統在工業生產的機器設備中有著廣泛的應用，無論是集成電路組裝中對元器件的定位與識別，還是包裝廠中對于包裝完整性的檢測，都需要利用計算機視覺來對元件進行檢測。傳統的計算機視覺系統一般由軟硬件系統設計等步驟完成，其中硬件設計、驅動開發以及VB、C語言等應用程序的編寫將花費大量的時間。利用虛擬儀器的視覺與運動系統可以方便地進行計算機視覺系統的設計，并快速進行數字圖像處理，大大縮短設備儀器開發時間?；赬86平臺的虛擬儀器測控系統是一種最為方便且經濟的測控系統設計方案。

1 虛擬儀器及視覺與運動模塊

虛擬儀器技術是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。它代表著從傳統硬件為主的測試系統到以軟件為中心的測試系統的根本性轉變。

視覺與運動模塊為虛擬儀器的付費升級模塊，其內部集成了大量的圖像采集硬件驅動軟件以及數字圖像處理的模塊化函數，可以方便地進行圖像信號的空域及頻域處理。

1.1 基于虛擬儀器的視覺系統

基于虛擬儀器的視覺系統［1］利用NI公司專用的圖像采集設備可以完成圖像信號的采集，其硬件的驅動程序在視覺模塊中已經包含，避免了專門開發硬件驅動的弊端。并且利用重新編輯后的ImaqDirectShowDll文件對攝像頭部分的動態數據鏈進行替代，可以將硬件范圍擴展到所有通用的攝像器件。

采集到的圖像數據在圖像模塊中將被重新定義為有效的圖像文件，其數據可以在軟件內部被引用。利用視覺與運動模塊中定義的大量庫函數可以輕松地完成數字圖像的各種處理與變換。由于虛擬儀器同時兼容計算機語言編程，故也可以單獨為某一功能實現算法的編寫，如基于自定義加權模板算子的空域濾波。

1.2 研究現狀

虛擬儀器在國內已經普及，虛擬儀器的視覺與運動模塊已經可以用于設計一些計算機視覺系統，如三軸影像測量儀、田間多光譜視覺系統等，其模塊化圖形化的設計流程可以把開發時間壓縮到最短。以一個圖像采集及識別系統為例，以傳統的設備開發流程其軟硬件以驅動的開發周期至少為1個月，而利用虛擬儀器進行設計，其系統的主體部分可以在1h內完成，且系統穩定為開發過程節約了大量的時間和財力。

2 虛擬儀器在視覺系統中的應用

虛擬儀器內置的庫函數覆蓋廣泛，現今常用的數字圖像處理方法在其函數庫中都可以找到，如圖像采集的控制、圖像文件處理、圖像的增強、直方圖處理、頻域變換等等，如圖1所示。因此，利用這些函數可以方便地搭建出預先設計好的功能。

圖1 視覺與運動函數模塊

其中Ni-imag和Ni-imagdx函數庫中主要是圖像采集控制的函數，如圖像的采集開始于結束控制等等。Vision Utilities庫中主要是圖像的文件處理，比如圖像的定義，圖像文件的讀取、存貯以及屬性轉換等。Image Processing為數字圖像處理模塊，主要完成數字圖像的空域以及頻域處理。Machine Vision模塊主要為內置的一些機器功能。

本文以一個圖像采集及識別系統為例介紹如何利用虛擬儀器進行視覺系統的設計。

2.1 視覺系統的硬件部分

利用虛擬儀器進行圖像的采集及識別系統設計［2］，其主體在于軟件的設計，故硬件方面只需要一臺計算機以及相應的數據采集卡和圖像攝像頭即可，直接利用USB攝像頭也可以完成圖像數據的采集。其硬件平臺相對于其他測試系統而言結構簡單、易于實現。

圖2 圖像的頻域濾波

2.2 視覺系統的軟件部分

采集到的數據首先需要對其進行圖像的創建和定義，需要用到IMAQ Create函數，當數據被讀取以后就可以對圖像進行操作。

2.2.1 完成圖像的噪聲處理

采集到的圖像不可避免會引入一些噪聲，這些噪聲的存在會使得圖像的識別存在誤差，故應當去除某些噪聲還原真實圖像［3］。在實際的圖像采集過程中由于光源的不確定性也可能導致圖像的顏色發生偏差，如紅光照射下的圖像會偏紅，故在此過程中也可以考慮將圖像轉變為灰度圖像進行處理，在此可以調用IMAQ cast image函數進行處理。

圖像的噪聲抑制處理可以分為空域濾波和頻域濾波2類，其中K近鄰的邊界保持類濾波為空域內比較常用的濾波方式，頻域濾波則可以用FFT(快速傅里葉變換)進行處理。圖2為利用FFT變換進行濾波。

2.2.2 圖像的分析與識別

對于圖像的采集與識別可以按照不同的應用范圍對其進行算法的設計，若需要對某一電路板的焊接質量進行評判［4］，就可以用某一元件的標準焊接圖像作為參考，在采集到的圖像中進行查找，若查找到的匹配數目越多，則可以證明焊接質量相對較好。同樣對于實際的機器設備也可以用識別模塊來達到電路板mark點的識別與定位［5］。在此步驟中需要應用到Find patterns函數，如圖3所示。

圖3 圖像的分析與識別

圖4 采集到的電路板圖像及其識別

2.2.3 結果的輸出與分析

在完成了圖像數據的分析和處理之后，最后的結果可以用圖像顯示控件進行輸出，并且根據其過程中的分析數據對軟件的設計功能進行評判［6］。虛擬儀器可以提供強大的數學分析能力，使得用戶可以方便地對這些測試參數進行處理，在測控系統中，這些測試參數可以作為一些反饋指標實現系統的閉環控制。如圖4為采用USB攝像頭進行電路板圖像采集的實例。

3 結束語

利用虛擬儀器的視覺與運動模塊可以方便地進行各種計算機視覺程序的開發，大大縮短設備的開發時間，減少設計測試成本。本文介紹了該模塊的功能，以及利用該模塊實現了一種電路板質量檢測的方法，并詳細敘述了該方法的圖像處理方式與流程。通過實際的測試，此方法可以完成預期的設計功能。隨著虛擬儀器技術的發展，利用虛擬儀器視覺技術開發儀器設備將會越來越普及。

［1］李培江，李淑清，高華，等.基于LabVIEW的網絡機器視覺檢測系統［J］.傳感器與微系統，2007(8):26-28.

［2］齊龍，馬旭，周海波.基于虛擬儀器技術的田間多光譜視覺系統設計［J］.農業機械學報，2009(1):157-161.

［3］潘開林，李逆，丘偉陽，等.基于虛擬儀器的PCBA多通道視覺檢測系統［J］.測試技術學報，2009(6):530-534.

［4］胡仲波.基于虛擬儀器技術的PCB視覺檢測系統［D］.南京:南京理工大學，2006.

［5］王付軍.基于圖像處理的電子元件焊接質量檢測［D］.保定:河北大學，2010.

［6］高湘玲.PCB數字圖像檢測與識別研究［D］.成都:西南交通大學，2002.

Application of Virtual Instrument in Digital Image Vision Systems

LV Guojiaoa，TANG Tingb
(a.Communication Engineering Department;b.Electrical and Electronic Engineering Department，Chengdu Electromechanical College，Chengdu 610071，China)

In industrial machinery and equipment，the computer vision system has an irreplaceable position.Traditional computer vision systems are generally designed with software and hardware systems，where hardware design，driver development，and VB for the preparation of the application are very timeconsuming process.Use of vision and movement of virtual instrument system can facilitate the computer vision systems design，speed up digital image processing，and therefore greatly reduce the equipment and instrument development time.

Virtual Instrument;Digital Image Processing;Computer Vision.

TP391.9

A

1008-5440(2011)03-0023-03

2011-03-18

呂國皎(1985-)，男(漢族)，四川成都人，助教，碩士，研究方向:光學工程。

唐婷(1979-)，女(漢族)，四川成都人，講師，碩士，研究方向:自動化技術。