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動和函數，既能夠從數千種連接到 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系統或筆記本計算機上標準端口的IEEE1394和千兆位以太網視覺相機采集圖像。

本實例主要完成通過 USB 攝像頭采集圖像，并經過一些運算對圖像進行數據分析。在實例中用采集到的圖片作樣本，讓系統認識一個像素，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，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。

一、Vision圖像工具安裝

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的控件和函數。

在實驗中，我們會用到工具前面板的Vision選項列表的三個圖像顯示控件IMAQ Image.ctl、Image Display、Image Display（Classic）進行圖像分析、處理及顯示設置；也會用到后面板“視覺與運動”函數選板，包括常用的視覺圖像采集函數組NI-IMAQ、應用函數組Vision Utilities。具體控件與函數使用方法，可自行參考百度索引或者Vision視覺助手相關的書籍手冊。

二、圖像采集

要處理圖像，必須先要獲取一張圖像。獲取圖像是通過調用 Vision 中的 IMAQ USB 函數來實現的。它的最大優勢在于可以自動識別 USB 攝像頭，并讀取數據。

選擇“函數”|“Vision and Motion”|“IMAQ USB”命令，打開IMAQ USB函數下拉列表，如圖1所示。

在進行圖像采集時，先要用IMAQ Create函數創建一個圖像任務，此函數的接線如圖2所示。

圖1 圖像采集函數

圖2 IMAQ Create函數圖標

這里通過此函數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 啟動函數來調用 USB 攝像頭設備。此函數是 NI 公司自己研發專門讀取 USB 設備的函數，其內部通過調用ImaqDirectShowDll.dll文件來實現。

打開USB設備后，就要從此設備上獲取數據，所以用了一個IMAQ USB Grab Acquire函數來實現。整個圖像采集程序框圖如圖3所示。

圖3 圖像采集

三、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，這樣可以找出圖像上所有相同點。

1.整體設計

在本實例設計中，對一張圖片先設置好要查找的內容，然后開始自動查找，最后對找出的內容進行標記和顯示。

由于軟件的運行比較復雜，數據的采集又是實時的，要求處理速度比較快，所以要對其進行整體設計，合理安排控件的調用和執行順序。本程序中采用了一個大循環，保持程序的持續運行。在內部再調用一個順序結構來控制程序的執行順序 ，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4所示。

圖4 整個程序流程圖

2.設置查找像素

讀取了圖像數據后，還要設置查找的像素。這里通過一個光標選擇函數來實現。

先用函數IMAQ Setup Learn Pattern 2來設置需要記錄的各項，然后再用IMAQ Extract函數進行光標設置。這樣就記錄了此光標區域的圖像數據。它的程序框圖如圖5所示。

圖5 設置查找像素

這里用一個條件結構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構，這樣提高了程序運行的效率。它的程序如圖6所示。

圖6 復位記錄按鈕

3.開始查找

當設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。

此處程序的設計中，也是先運行一個條件結構，再運行順序結構，按順序執行程序。讀取光標選擇像素的程序如圖7所示。

圖7 讀取選擇的像素

當讀取像素后，利用順序結構在第二幀的圖像中繼續查找。在這一幀中放置了一個循環，并限制循環次數為4。此時先用一個IMAQ Rotate對圖像進行翻轉，每次翻轉90°。這樣就可以在循環4次時翻轉一周，對圖像上各個角度的像素進行查找。再把圖像送到IMAQ Match Pattern 2函數，對其進行查找。通過此函數直接輸出找到的像素信息的數組。為了對找到的信息進行處理，又用一個For循環對此數據和簇進行拆分。這里的For循環次數直接由數組大小來控制。把數組拆開后再找到像素的中心位置，并按設置好的字體和格式顯示出來。對字體的設置，前面板如圖8所示。

圖8 標記字體設置

從圖7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9所示。

圖9 標記字體程序

可以看到，最復雜的設置是對標記內容的組合與寫入。這里先由Draw Pattern Matches Position函數讀取各個記錄點的坐標值，然后用一個字符串組合函數把標記和坐標值組合成一個標記字符串。最后由IMAQ Draw Text函數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所示。

圖10 完整標記程序

當第二幀執行完后，進入第三幀的圖像大小設置。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IMAQ Extract函數，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11所示。

圖11 圖像還原

4.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，所以很好設置整體布局。程序界面如圖12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，這樣更好區分不同的像素點。“最大數目”是查找出目標的最大限制。如果設置為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進行設置，這里只是對二維的數據放大，所以在界面上設置兩個值，一個是X，另一個是Y。前面板布局如圖13所示。

圖12 控制項設置

圖13 放大設置

為了對系統的工作進行控制，需要設置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域進行記錄，以識別設置像素。

— 開始查找：啟動整個系統，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：系統停止工作。

界面布局如圖14所示。

圖14 按鈕設置

接下來對查找后的圖像進行顯示，這是非常關鍵的一個步驟。這里還對查找到的總個數進行了統計，這樣可以讓人對查找結果一目了然，完整的前面板界面如圖15所示。

圖15完整界面

5.程序調試

程序編寫完成后，要對系統進行軟硬件的聯機調試。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16所示。

（2）當采集完一次后，在界面上可以看到清晰的采集結果。此時我們用光標在需要進行識別的地方畫出一個區域。此時光標變為綠色，表示用光標選中了要記錄的像素。然后單擊“學習標記”按鈕，此光標消失，表示已經記錄（學習）完成，如圖17所示。

從圖上可以看出，這里選中的是電路板上字母C，讓程序學習記錄，并找出界面上所有的字母C。

圖16 圖像采集

圖17 設置學習區域

（3）記錄學習完成后，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錄的像素點，并以此像素點為標準，進行比對，找出相同的點。查找的過程中標出了各個點的坐標和編號。這里把標簽類型設置為“A”，以Shift Invariant的方式查找，精度設置為700，最大數目設置為40。這樣就可找出所有相同的元素。程序運行時如圖18所示。

圖18 查找結果

從圖中可以看出，查找過程中，程序找出了所有字母 C，并標注了它們的坐標和標簽。此處的標簽有些不是端正的，主要是由于在對圖片進行翻轉查找時，按相應的角度找到后直接就標記了。如標簽 A43（70，471）表示的意義如下：字母 A是對程序進行查找前設置的標簽類型。4表示此圖片翻轉到第4次找到的，即第4個角度。3表示是此角度下的第3個點。（70，471）表示當前查找到像素的中心坐標，即此目標的 X=70，Y=471，坐標的值是從圖像開始的左上角界面算起的。

同時可以看到界面的下面顯示了圖片的屬性，如圖片大小、位數等。最后還可以看到一個“已查找到總個數”本框，此處顯示的是8個目標。這和圖上標注的一樣，也和實際完全相符。

（4）完成查找后，單擊“停止工作”按鈕中斷此程序的運行。系統退出圖像采集和處理環節。

四、實例總結

本例講解了LabVIEW中圖像處理方面的具體應用，主要對如何利用Vision工具包采集圖像進行了詳細的講解。同時采集到圖像后進行了各類復雜的運算，其中編程的思路也是筆者的經驗展示，讀者需要用心體會，掌握設置不同事件的合理運行順序。

想要領取完整的LabVIEW視覺圖像識別與處理學習文檔，聯系文章文末的助教老師微信領取。

責任編輯：xj

原文標題：純干貨分享！手把手教你工業圖像視覺識別與處理

文章出處：【微信公眾號：電子發燒友網】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。