NI Vision for LabVIEW 基础.doc

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1、NI Vision for LabVIEW 基础(目录)目录NI VISION 简介 .4NI Vision 控件模板 .4NI Vision 函数模板 .4 如何创建 NI Vision 应用 .8 准备测量图像.10 建立图像系统.10 校准图像系统.11 创建图像.11 采集或读取图像 .15 显示图像.16 加入校准信息.19 分析图像.19 改善图像.20 进行灰度和彩色测量 .25 定义关注区.25 测量灰度统计数据 .32进行颗粒分析.38创建二值图像.38 改善二值图像.39 进行颗粒测量.41 完成机器视觉任务 .42 检测物体定位.43 设置搜索区域.47 查找测量点.48

2、 将像素坐标转换成现实坐标 .66 进行测量.66 辨别被测部件.69 检查图像的缺陷 .73 显示结果.74 校准图像.77 透视和非线性畸变校准 .78Simple Calibration .86Save Calibration Information .88Attach Calibration Information .89 在 LabVIEW 实时模块中使用 NI Vision .90Overview.90Software Installation .91Image Display.92Determinism in Real-Time Applications .95Image Fil

3、es.100Deployment.101Troubleshooting .101NI Vision for LabVIEW 基础(一)：NI Vision 简介NI Vision 控件模板Vision 控件模板位于 LabVIEW 控件模板的最顶层，由一下元素组成：IMAQ Image.ctl该控件是一个类型定义，用于声明图象类型的数据。在 VI 的前面板 中使用该控件代表图象类型数据。例如，使用该控件作为一个子程序的输入或输出，使调用 成成可以将一幅图像传送给子程序。图像显示(Image Display)该控件用于在 LabVIEW 中直接显示图像。也可以利用该控 件创建关注区域 (ROIs

4、)。 图像显示控件提供标准和 3D 版两种外观。IMAQ 视觉控件(IMAQ Vision controls)这里的控件用于将 NI Vision 的程序控件直 接加入入用户自己的程序中获得相应的功能。机器视觉控件(Machine Vision controls)这里的控件用于将 NI Vision 的机器视觉控件 直接加入到用户自己的程序中以获得相应的功能。NI Vision 函数模板NI Vision for LabVIEW 由三个主要的函数模板组成：常用视觉程序（Vision Utilities）, 图像处理（Image Processing）, 和机器视觉（Machine Vision

5、）。 本节介绍这些模板以及它们的 子模板。常用视觉程序(Vision Utilities)常用视觉函数用于在 NI Vision 中处理和显示图像。Image Management管理图像程序组。利用这些程序可以建立和释放图像，设置和读 取图像的属性例如尺寸和偏移量，复制图象。也可以使用一些高级的 Vis 来定义图像的边框 区域以及访问图像数据的指针。Files一组使用不同格式读、写图像文件，并从文件中获得所包含的图像的信息的程 序模块。External Display用于在外部窗口显示图像的程序模块组。使用这些程序模块可以完 成以下任务：读取和设置窗口属性，如尺寸、位置、缩放系数 为图像窗口

6、设置调色板建立及使用图像浏览器 在图像窗口上为选中的关注区域建立和使用不同的交互式绘图工具。 检测画图事件获得图像窗口上有关关注区域的信息。Region of Interest管理关注区域的程序组。使用这些程序可以通过编程来定义关注 区，以及定义关注区和图像掩码和关注区之间的相互转换。Image Manipulation修改图像颗粒内容的程序模块组。利用这些程序模块可以实现 图像的重新采样、提取部分图像，以及图像的旋转、平移、打包。该子模板还包括了图像与 剪贴板之间相互拷贝的程序模块。Pixel Manipulation读取和修改图像中单独像素的程序模块组。利用这些程序模块可 以读取和设置图像

7、中的像素，或者图像中的一行或一列；向图像中的地像素填充特定的值； 实现图像和 2 维 LabView 矩阵之间的相互转换。Overlay一组不改变图像的像素值的情况将图形覆盖在在图像显示环境上的程序模 块。利用这些程序模块可以使检测程序将检测结果覆盖在被检测图像上。Calibration空间校准图像的程序模块组，用于排除相机景深和镜头畸变，以获得精 确的真实的测量结果。利用这些程序建立简单的校准，或者让 NI Vision 从网格图像中自动Color Utilities访问彩色图像数据的程序模块组。利用这些程序可以从图像中提取调色板，用新的数据替换彩色图像的调色板，在彩色图像与 2D 矩阵之间

8、转换，读取和设置彩 色图像的像素值，将像素值从一个彩色颗粒转换到另外一个彩色颗粒。Vision RT为 LabVIEW 实时模块使用 NIVision 提供的函数组。利用这些程序模块可 以在实时系统中将图像显示到视频输出中；控制发送到网络上的图像的压缩设置，以及实时 系统中处理程序的时间区段。图像处理(Image Processing)NI Vision 中的分析、滤波和图像处理函数。Processing处理灰度和二值图像的程序模块。利用这些函数可以使用不同的阈值将灰 度图像转换成二值图像。也可以利用这些程序使用预定义或自定义的查找表变换图像，进行 分界变换，修改图像的对比度，图像反向。Fil

9、ters滤波器，用于增强图像中的信息。利用这些程序可以实现虚像平滑、去除噪 声、高光或强化图像中的边沿。可以利用预定义的卷积内核，也可以使用自定义的卷积内核。Morphology形态学组，进行图像形态学运算的程序模块。其中一部分程序完成基本 的形态学运算，如灰度和二值图像上的膨胀和腐蚀。另一部分程序用于改进二值图像的质量， 微粒补孔、去除边框颗粒、去除小颗粒、基于颗粒的形状特征去除不希望的颗粒。该子模板 中的其它组用于分割接触颗粒、查找颗粒轮廓、检测圆形颗粒。 Analysis分子组，用于分析灰度和二值图像内容的程序模块。这些程序用于计算灰度图象 的直方图和灰度统计信息，提取图像中任意维度上的

10、像素信息和统计信息，以及检测和测量 二值图像中的颗粒。Color Processing彩色处理组，分析和处理彩色图像的程序分组。这些程序用于计算及阈值。其中的一部分使用彩色匹配处理比较不同图像或不同区域的彩色信息。Operators图像基本算数和逻辑运算程序模块组。其中一部分用于图像与图像或常数 的加、减、乘、除。该子模板的另一部分进行逻辑运算-如 AND/NAND, OR/NOR, XOR/XNOR以及图像之间或常数的像素比较。另外，这个子模板中的一个程序允许利用掩码操作选择 图像中的一个区域。Frequency Domain图像频域分析处理程序模块组。使用这些程序可以使用二维快速付利 叶变

11、换（FFT）将图像从空域转换到频域，以及利用反 FFT 将频域变换到空域。这些程序模 块还可以提取复数图像的幅度，相位，实部和虚部。另外，这些程序模块还可以将复数图像 变换成复数二维矩阵，或相反。该子模板中的程序模块也可以进行一些基本复数图像间以及 复数图像与常数间的算术运算-如加、减、乘、除 运算。最后，其中的一些程序模块可以进 行频域的滤波。机器视觉(Machine Vision)机器视觉函数是一些高级程序模块，用于简化常用的机器视觉任务。Select Region of Interest选择关注区程序模块组，用于选择关注区、在图像窗口上画 特殊的关注区，以及使用非常少的编程返回关注区信息

12、。Coordinate System坐标系统分组，用于发现与图像中物体相关的坐标系统。利用这 些程序模块发现坐标系统，即可以用于边沿检测也可以用于模式匹配。还可以利用这个坐标 系统从其他机器视觉程序中进行测量。Count and Measure Objects计数和测量物体组，该程序模块可以通过阈值将图像分割成孤 立的对象，然后查找并测量这些对象的特性。该程序模块还可以在测量时忽略未知的对象。Measure Intensities测量强度程序模块组，用于测量一个点上的像素密度或者一个线Measure Distances测量距离程序组，两条纵向边沿之间的最小和最大水平距离，或者两条横向边沿之间的

13、最大和最小垂直距离。Locate Edges边沿查找程序组，查找垂直、水平、和圆形边沿。Find PatternsA VI that learns and searches for a pattern in an image.Searching and Matching搜索和匹配程序组。用于在灰度和彩色图像中建立和搜索模 式。该子模板包括一个可以在二值图像中搜索制定形状对象的程序。Caliper卡尺，一组用于在图像的不同断面查找边沿的程序模块。使用这些程序可以 沿着一条线、矩形区域（耙子）中的一组平行线、圆形区域（同心耙）中的一组平行同心线， 或者圆形区域（轮子）中的一组辐射线查找边沿。还可以

14、适用这里的程序查找图像中满足一 定条件的对边。Analytic Geometry分析几何程序组，用于对在图像中一个点集中做分析几何运算。 这些程序适用于图像中线、圆、椭圆的点集；计算一个点集代表的多边形的面积；测量点之 间的距离；计算点所代表的线之间的夹角。该子模板中的程序还可以实现诸如查找两条线的 交点以及查找两条线夹角的等分线等运算。OCR光学字符识别程序组，用于光学字符识别和图像的区域检验。 Classification分类程序组。根据形状或用户定义的特征向量对二值对象进行分类。 Instrument Readers设备读取程序组。用于快速开发需要从 7 段代码显示、计量仪表、指针、一维

15、条码、二维条码中读取信息的程序开发。Inspection检测程序组。将图像与一个标准模板对比。 快速视觉(Vision Express)Vision Express Vis 用于快速开发常用的图像采集和处理应用。Vision Acquisition视觉获取，是一个 Express VI，可以方便的配置用于获取来自模拟、 数字、相机连线、IEEE 1394 以及 GigE 版本相机的图像。说明：必须安装 NI Vision Acquisition Software 才能访问 Vision Acquisition Express VI。Vision Assistant视觉助手。利用 NI Visi

16、on Assistant 可以在 LabVIEW 环境中完成一 些常用的图像处理任务。如何创建 NI Vision 应用下面的图说明了利用 NI Vision 建立应用程序的步骤。第一个图描述设计 NI Vision 程序的一般步骤。第一个图中最后一步的第 2，3 项，在第二个图中扩充。可以使用最后一步的项目 组合来建立 NI Vision 应用。关于每个项目的详细内容，参阅图中项目相应的章节NI Vision for LabVIEW 基础(二)：准备测量图像本节介绍如何建立图像系统，采集和显示图像，分析图像，以及为进一步处理准备图像。 建立图像系统在开始获取、分析、处理图像之前，必须先建立图

17、像系统。建立图像系统的方法取决于图像 环境以及分析和处理的需要。图像系统应该产生足够高的质量以能够从图像中获取信息。搭建图像系统的完整步骤如下。根据给定的颗粒限制以及被检测物体的尺寸，确定设备类型。参考 NI Vision 概念手册中第 三章，系统设置与校准 。确保相机传感器足够大以满足对最低分辨率的要求。满足需要。确保光照能够提供被检测物体与背景之间有足够的对比度，一便从图像中获取信息。 将相机摆放在与被测物体垂直的位置。如果相机获取的物体的图像带有角度，就会产生透视误差。即便可以通过软件补偿这些误差，National Instruments 还是建议采用垂直的角度 以获得最精确的结果。选择

18、一个满足需要的图像采集设备。National Instruments 提供了许多图像获取设备，例 如模拟的彩色和单色设备以及数字设备。更多有关 NI 图像采集设备的详细信息，请访问： 。为图像采集设备配置驱动程序软件。如果拥有一台 NI 图像采集设备，可以通过 Measurement& Automation Explorer (MAX)配置 NI-IMAQ 或 NI-IMAQdx 驱动程序。 在桌面上双击 Measurement & Automation 图标打开 MAX 。详细信息参见 Measurement & Automation Explorer Help。校准图像系统建立图像系统后，

19、可以校准系统，为像素坐标指定实际的坐标，补偿图像系统中固有的角度 和非线性误差。像机与被测物体不垂直发生透视误差。非线性失真可能来自像机镜头畸变。透视误差和镜头 畸变导致出现扭曲的图像。这种失真替代了图像中的信息，但并不一定是破坏映像中的信息。头扭曲使用透视和非线性扭曲校准。创建图像使用 IMAQ Create 程序建立一个引用图像。建立图像时，要制订下列图像数据类型之一： Grayscale (U8, default)8-位无符号Grayscale (U16)16-位无符号 Grayscale (I16)16-位有符号 Grayscale (SGL)浮点Complex (CSG)64-位复数

20、 RGB (U32)32-位 RGBHSL (U32)32-位 HSL RGB (U64)64-位 RGB如果需要可以多次执行 IMAQ Create 建立多个图像，但所创建的每个图像都需要唯一的名称。 通过分析预期的应用程序确定所需的图像个数。依据是程序的不同的处理阶段及是否需要为 每个处理阶段后保持原始图像。说明 如果打算在图像上使用滤波或颗粒分析程序，必须保证图像有合适的边沿尺寸。默认 的边沿尺寸为三个像素。寸。然而，此时没有为图像像素分配内存。NI Vision 程序在图像尺寸修改时自动分配一定量的内存。例如，采集和重取样程序改变图像尺寸所以它们会为图像像素分配适当的内存。 IMAQ

21、Create 的输出是一个图像结构的引用。 可将该引用作为输入提供给所有 NI Vison 函 数的子程序。开发期间，可能需要在运行时验证图像的内容。使用 LabVIEW 图像探针可以在运行期间察看 图像的内容。要建立探针，右击图像连接线，选择 Probe 即可。许多属于 NI Vision 库的程序都需要一个或多个图像引用。所需的图像引用的数量取决图像 处理函数和希望使用图像的类型。分析图象的 NI Vision 模块不修改只需要一个图像引用输入的内容。处理图像内容的模块可 能要求一个引用作为源图像和一个目标图像，或者模块有一个可选的目标图像。如果不能提 供源图像，模块会修改源图像。在应用程

22、序的最后，利用 IMAQ Dispose 模块释放所创建的图像。 输入输出合并根据模块完成的功能类型的不同，输入输出可能会产生不同的合并。可以利用这种灵活性决 定要处理那个图像以及在哪里保存结果图像。如果没有膜表图像连线，那么使用源图像并传 递给目的输出。下面的图描述了 NI Vision 中一些模块的接线板。图象分析例子包括颗粒分析和直方图计算。图像遮罩下面的连线板介绍了图像遮罩。Image Mask 输入端表明处理和分析是依赖与另外一个图像的内容：Image Mask。仅当 ImageMask 中对应的像素不为空时 Image 中的像素才被处理。如果一个 Image Mask 的像素是 0

23、, 对 应的 Image 像素不会被改变。说明 除了 IMAQ 定量模块之外，所有的 NI Vision 程序的图像遮罩都必须是 8-bit 的图像， IMAQ 定量模块支持 8-bit 和 16-bit 的图像遮罩。如果要对整幅图像进行处理或分析，就不要连接 Image Mask 输入端。 将同一个图象既连接 到 Image 的输入也连接到 Image Mask 的输入，与将 Image Mask 的输入端开放不连的效果 是一样的，除非是 Image 必须是一个 8-bit 的图像情况下。图像填充 下面的连线板用于完成图像填充的程序。这类操作的例子包括读取文件，从 NI 图像采集设备采集图像

24、，或者将一个二维矩阵转换成图像。这类模块可能修改图像的尺寸。 图像处理下面的连线板用于处理图像的模块。这种连接器是 NI Vision 中最常见的。Image Src 输入端接收要处理的图像。Image Dst 输入端可以接收另一个图像或者是源图象，取决于使用的目标。如果两个不同的图像连接到两 个输入端，那么源 Image Src 图像不被修改。如下图所示，如果 Image Dst 和 Image Src 输入端接收同一个图像，或者 Image Dst 不连接，处理过的图像被放到源图像，而原图像数据丢失。Image Dst 输入端是接收处理结果的图像。根据模块功能的不同，即可能与源图像相同，也

25、可能不同。各个模块的介绍都包括可以连接到 Image 输入端的图像类型。连接到 Image Dst的图像根据源图像调整大小。算术与逻辑运算下面的连线板用于在两个图像间进行算术或逻辑运算的模块。目标图像需要两个源图像存在。可以在两个图像 A 和 B 之间完成一个运算，然后把结果存放到另一个图像或者是 Image Dst 中，或者存放到两个源图像之一 A 或 B 中。在后一种情 况下，可以认为源数据在处理发生之后就没用了。 下面的合并在这种接线板中是可能的。左面的接线板中，三个图像都不同。Image Src A 和 Image Src B 在处理后原封不动，运算的结果存放到 Image Dst 中

26、。中间的连线板中，Image Src A 也接到了 Image Dst, 所以接收到了运算的结果。在这种运 算中，Image Src A 的原数据被覆盖。右边的接线板中，Image Src B 接收运算的结果，其原数据被覆盖。许多两个图像之间的运算要求具有相同的类型和大小。然而，算术运算可以在两个不同类型 的图像间进行。采集或读取图像创建了图像引用之后,可以通过三种途径将图像采集到图像系统中。通过图像 采集系统中的相机采集图像，从计算机中存储的文件装载图像，或者将存放在二维矩阵中的数据转换为图像。采集图像、从文件装载图像或从二维矩阵 转换图像的程序模块自动地为图像数据分配适当的内存空间。利用

27、National Instruments 图像采集设备可以采用以下方法之一采集图像：1.使用 IMAQ Snap（块照） 程序采集单幅图像。调用该程序时，将初始化 图像采集设备，并采集下一个视频帧。该模块用于单一的采集程序，主要是编程方便。2. 2.通过抓拍连续采集图像。抓拍功能实现了在一个缓冲区上连续循环采集。抓 拍功能用于采集高速图像。IMAQ Grab Setup 用于启动采集，IMAQ Grab Acquire 用于返回当前图像的一个拷贝，IMAQ Stop 用于停止采集。3. 3.IMAQ Sequence 用于采集固定数量的图像。IMAQ Sequence 一张接一张的采 集图像直

28、到达到要求的数量。 如果只采集某些特定的图像，可以为 IMAQ Sequence 提供一张表，描述在采集到每帧后跳过的帧数。说明 在完成图像采集后，必须使用 IMAQ Close 或者 IMAQdx Close Camera 释放分配给图 像采集设备的资源。IMAQ ReadFile 用于打开并读取计算机中存储的文件数据到图像引用中。 可以读取以标准 格式存储的图像，如 BMP, TIFF, JPEG, JPEG2000, PNG, 和 AIPD，或则制定的非标准格式。 通常，软件会自动将像素转换成所传递的图像类型。IMAQ Read Image and Vision Info 用于打开图像文

29、件所包含的附加信息， 如校准信息， 用于模式匹配的模板信息，或者蒙板信息。有关模式匹配模板和蒙板的内容，参见完成机器 视觉任务 。及校准单位，而不用实际读取全部图像数据。IMAQ AVI Open 和 IMAQ AVI Read Frame 用于打开和读取存放在计算机中的 AVI 文件，并 传送到图像引用中。NI Vision 自动将像素转换成所传递的图像类型。说明 完成 AVI 读操作后，必须使用 IMAQ AVI Close 释放分配给 AVI 文件的资源。IMAQ ArrayToImage 用于将二维矩阵转换成图像。也可以是用 IMAQ ImageToArray 将图像 转换成 LabV

30、IEW 的二维矩阵。显示图像LabVIEW 中有两种显示图像的方法。可以利用外部现实函数模版中的外部显示程序模块在外 部窗口中显示图像，也可以 Vision 控件模板中的 Image Display 控件将图像直接显示在前 面板上。外部窗口显示在外部窗口显示图像示，使用 IMAQ WindDraw 。最多可以在 16 个外部窗口中显示图像。IMAQ WindSetup 用于配置每个外部窗口的外观。例如，可以决定窗口是否需要滚动条，是否可变 化大小，或者是否有标题栏。也可以使用 IMAQ WindMove 将尾部图像窗口定位在监视器的 一个特定位置。说明 外部图像窗口不属 LabVIEW 面板。

31、他们直接由 NI Vision 管理。先定义的调色板 。例如，如果要显示二值图像（一种含有特殊像素值得图像，内容像素值为 1，背景的像素值为 0），可以使用预先定义的二值模版。关于调色板的内容，参见 NI 视觉概念手册。说明 在程序的最后，必须使用 IMAQ WindClose 关闭所有打开的外部窗口。 图像显示控件Image Display 控件用于在 LabVIEW 前面板中显示图像。如下图所示。在前面板上点右键并选择 Vision ，可以找到 Image Display 控件。1 显示区域3 关注区工具选项板2 图像信息显示器4 滚动条要想显示图像，在后面板中将 NI Vision 模块

32、的图像输出连接好，如下图所示。Image Display 控件包含以下元素：显示区域显示图像。 图像信息显示器显示图像的相关信息以及当前所画的关注区的信息。关注区工具选项板包括绘制关注区工具、移动、缩放工具。与外部显示窗口不同，每个图 像显示控件都有自己的工具集。滚动条允许移动显示区中的图像。设计期间，可以重新安排控件元素的布局可以定制控件的外观，通过快捷菜单，或者选择控 件并点击 Edit?Customize Control 可以配置属性。运行期间，可以通过属性节点定制控件的许多部分。 说明 不是所有的设计期间的功能都在运行时可用。要想建立属性节点，在控件上右击鼠标并选择 Create?Pr

33、operty Node。 单击属性节点就可 以看到可以设置的属性。图像显示控件特有的属性出现在列表的尾部。下面的列表介绍部分图像显示控件可用的属性：照模式时， 如果检测图像在应用程序中后来变化了，图像显示控件仍然显示图像显示控件连接成功时所提供的图像。允许快照模式可能会降低程序的运行速度，因为控件要为图像产生拷贝。当需要每次都要显 示图像的快照是，允许该属性。 如果需要快速显示结果时，禁用该属性，例如在抓拍采集 期间。快照模式属性默认是禁止的。说明 为了使图像显示控件直接刷新图像，可以使用 Refresh Image 方法。 要创建方法， 右击控件，并选择 Create?Invoke Node

34、。 点击 Invoke Node 可以看到可用的方法。 图像 显示控件特殊的方法出现在快捷菜单的底部。调色板(Palette)决定图像显示控件使用哪个调色板显示图像。可以为控件配置预定义调 色板或自定义调色板。使用 User Palette 属性节点设置自定义调色板。 也可以在运行时 右击图像控件改变控件的调色板或图像探针。最大轮廓数(Maximum Contour Count)设置图像显示控件上用户可以绘制关注区轮廓的最 大数目。图像显示控件还包括如下方法：Get Last Event返回最后的用户事件，从图像控件上返回鼠标移动和点击的结果。该方 法与外部显示窗口中的 IMAQ WindLa

35、stEvent 作用相同。Clear ROI清除图像显示控件中的关注区。显示控件只能显示图像的最后变化。加入校准信息如果期望将当前设置的校准信息赋给每个采集的图像，使用 IMAQ Set Calibration Info 模块。 该模块接受带有校准信息的源图像和需要校准的目的图像。输出图像是带有附加了 校准信息的检测图像。详细内容参见校准图像一节。说明 由于校准信息是图像的一部分，它将被传播到图像的处理和分析中。更改图像大小的 函数，如几何变换，使校准信息作废。IMAQ Write File 2 的实例 IMAQ Write Image and Vision Info File 2 可以将图像

36、和所有附加的校准信息保存到文件中。分析图像 获得并显示图像后，基于以下原因可能需要分析一下图像的内容：1. 1.确定图像质量是否足以达到检测任务的要求2. 2. 获得检测处理期间需要使用的参数值 直方图和线框工具有助于分析图像的质量。IMAQ Histograph 和 IMAQ Histogram 模块用于分析图像的整体灰度分布。使用直方图可 以分析决定图像质量的两个重要指标，饱和度和对比度。如果在没有充分照明的环境下采集 的图像曝光不足，那么大多数像素的密度值低，表现为峰值集中在直方图左边。如果在光照 过强的环境下采集的图像曝光过度，那么大部分像素的密度值高，表现为峰值集中在直方图图像质量是否足以能将关注物体从背景中分离出来。如果图像质量满足需要，可以使用直方图确定图像中与物体对应的像素范围。 可以在处理 函数中使用这个范围，例如在颗粒分析中确定阈值范围。如果图像质量不满足要求，应该尝试改进图像条件以获得必要的图像质量。需要重新评价及 修改各项要素：照明设备与设置，镜头调节，相机工作模式，以及采集参数。如果各项设置 都达到了最大可能的条件而图像质量还是不能满足要求，可以尝试采用有下节中介绍的图像 处理技术来改善图像质量。IMAQ LineProfile 模块用于获得图像中沿着一条线的像素分布, IMAQ ROIProfile 模块用 于获得图像中沿着一个一维