机器视觉运动控制一体机应用例程（三） 基于BLOB分析的多圆定位.docx

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1、机器视觉运动控制一体机应用例程（三） 基于BLOB分析的多圆定位 我们在VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门（三）的推文中，讲述了基于形状匹配的视觉定位功能，而BLOB斑点分析也可以实现定位功能。 本期课程我们将在BLOB斑点分析定位的基础上进行检测圆形，输出圆心的坐标数据。 一检测原理 （一）BLOB斑点定位 BLOB斑点分析功能可以输出BLOB区域的重心位置XY，BLOB斑点区域还可以拟合成特定形状如外接矩形，输出矩形的角度，从而实现定位的功能。 （二）BLOB分析的圆形检测+示意图 圆形测量器不具有定位功能，因此当检测目标在视野的位置是随机时，我们需要配合定位功能将测量器跟随目标移

2、动。本节程序示例将检测到的BLOB重心XY数据作为圆形测量器的中心XY值，即可实现位置跟随功能。 二软件演示 （一）检测要求 使用ZDevelop软件的ZBASIC编程语言编写程序，用于检测以下路径中图片的圆环零件的圆心位置XY以及半径。 使用到的视觉功能：BLOB斑点分析+检测圆形+九点标定。 （二）实例演示 1.打开ZDevelop软件：新建项目新建HMI文件新建main.bas文件，用于编写界面响应函数新建global_variable.bas文件用于定义全局变量并开启HMI自动运行任务新建detectParam.bas文件，用于初始化测量参数新建camera.bas文件用于实现相机采集

3、功能文件添加到项目。 2.设计HMI界面。 3.在global_variable.bas文件中添加全局变量。 全局变量大部分使用数组结构注：basic编程中很多函数会以TABLE（系统的数据结构）做为参数table 说明 table 说明0 自动二值化阈值 1112 鼠标操作时获取的坐标2 亮区域的面积 2024 图像信息4 暗区域的面积 6 连通区域的数量 4042 小圆斑点的面积和位置X,Y数据 8198 标定图像坐标xy 4648 小圆圆心X,Y和半径 131148 标定世界坐标xy39提取mark点成功标志 5657 圆点矩阵行列数4950 圆上的点坐标主任务状态0 - 未初始化1 -

4、 停止2 - 运行中3 - 正在停止GLOBAL DIM main_task_statemain_task_state = 1 采集开关0 - 停止采集1 - 请求采集GLOBAL DIM grab_switchgrab_switch = 0 相机个数GLOBAL cam_numcam_num = 0 相机种类,zmotion;mvision;basler;mindvision;huarayGLOBAL DIM CAMERA_TYPE(16)CAMERA_TYPE = mvision 定义主任务id - 10GLOBAL DIM main_task_idmain_task_id = 10 定义

5、连续采集任务id - 9GLOBAL DIM grab_task_idgrab_task_id = 9 定义全局图像变量GLOBAL ZVOBJECT grabImg 采集图像GLOBAL ZVOBJECT binImg 二值化图像GLOBAL ZVOBJECT disImg 显示图像 定义常用颜色变量GLOBAL C_RED, C_GREEN, C_BLUE, C_YELLOWC_RED = RGB(255, 0, 0)C_GREEN = RGB( 0,255, 0)C_BLUE = RGB( 0, 0,255)C_YELLOW= RGB(255,255, 0) 检测参数：阈值模式（自动阈值

6、或手动阈值）、低阈值、高阈值、最小面积、最大面积GLOBAL DIM d_detect_param(5) d开头表示数据结构 开/闭运算参数GLOBal DIM d_deal_value(2) 检测消耗时间GLOBal DIM d_detect_time 小圆的位置x/y结果GLOBal DIM d_circle_rst(18) 显示打印的字符GLOBAL ShowString(64) *定义坐标标定相关变量*是否标定GLOBAL DIM is_ca_success 定义标定成功标志，0-标定未成功，1-标定成功GLOBAL DIM d_calib_successd_calib_success

7、 = 0 定义标定系数即矩阵转换系数GLOBAL ZVOBJECT ca_param 定义标定参数数组，依次为：标定类型、对比度、极性、最小面积、最大面积、世界坐标点间距GLOBAL DIM d_ca_param(6) d开头表示数据结构 定义是否使用标定功能GLOBAL DIM d_use_calibd_use_calib=0 定义标定误差，依次为最小误差、最大误差、平均误差GLOBAL DIM ca_min_err,ca_max_err,ca_avg_errca_min_err = 0ca_max_err = 0ca_avg_err = 0 *定义读取本地文件功能相关变量*注意，该功能只在

8、使用仿真器时有效定义是否使用本地图片标志GLOBAL DIM d_use_imgfile 定义本地图片索引GLOBAL DIM d_index 定义读取图片的路径GLOBAL DIM File_Name(100) *结束定义读取本地文件功能相关变量* 运行HMI文件RUN Hmi.hmi,14.关联HMI界面控件变量。 5.在detectParam.bas文件中初始化测量参数。 end GLOBAL SUB init_detect_param() 初始化测量参数 d_deal_value(0)=1 初始化开/闭运算参数 d_deal_value(1)=1 初始化检测参数：阈值模式（自动阈值 =

9、 1 或 手动阈值 = 0）、低阈值、高阈值、极性（黑或白）、最大、最小、反向（即结果取反，成功变成失败、失败变成成功） d_detect_param(0) = 0 手动阈值 d_detect_param(1) = 140 低阈值 d_detect_param(2) = 255高阈值 d_detect_param(3) = 11000 最小面积即像素个数 d_detect_param(4) = 12000 最大面积 d_use_imgfile = 1 默认使用本地图片 d_index = 0 TABLE(6)=0 将小圆数量初始化为0 for i=0 to 17 d_circle_rst(i)

10、=0 next 初始化坐标标定相关的变量 d_ca_param(0) = 0 标定类型 d_ca_param(1) = 120 对比度 d_ca_param(2) = 0 极性 d_ca_param(3) = 80 最小面积 d_ca_param(4) = 20000 最大面积 d_ca_param(5) = 9 世界坐标点间距 ca_min_err = 0 最小误差 ca_max_err = 0 最大误差 ca_avg_err = 0 平均误差 for i=0 to 17 初始化圆点矩阵像素坐标 TABLE(81+i)=0 next for i=0 to 17 初始化圆点矩阵世界坐标 TAB

11、LE(131+i)=0 next TABLE(39)=0 提取mark点状态默认为失败 END SUB6.在main.bas文件中添加界面初始化函数，并在hmi系统设置中关联初始化函数名。 end 注：凡是要使用Region有关的算子在系统初始化时都要调用ZV_RESETCLIPSIZE(width, height)这个算子设置下图像尺寸，以满足相机分辨率，因为默认的是640*480尺寸 HMI界面初始化函数GLOBAL SUB hmi_init() grab_switch = 0 停止采集 main_task_state = 1 主任务停止运行 ZV_RESETCLIPSIZE(1280,

12、960) 依据图像分辨率设置区域的裁剪尺寸，此处图像分辨率为1280x960 ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(10, 7), HMI_CONTROLSIZEY(10, 7) 设置锁存的大小 init_detect_param() 初始化测量参数 ZV_SETSYSDBL(CamGetTimeout, 1000) 设置采集超时 ZV_SETSYSINT(LineWidth,6) ZV_LATCHCLEAR(0) 清空锁存通道0 END SUB 7.在camera.bas文件中添加HMI运行界面中采集相关按钮响应的函数并关联动作函数。 图片 相机操作相关按钮

13、 end 主界面按下扫描相机按钮时响应的函数GLOBAL SUB cam_scan_all() if(d_use_imgfile=1)then ?请先按下使用本地图片按钮关闭该功能 return endif ZV_SETSYSINT(LogLevel, 7)设置控制器信息 ZV_SETSYSSTR(DataDir,) CAM_SCAN(CAMERA_TYPE) 扫描相机，CAMERA_TYPE=mvision cam_num = CAM_COUNT() 获取扫描到的相机数量 if (0 = cam_num) then 如果相机数量=0，打印提示信息 ? 未找到相机 return 退出子函数，不

14、往下执行 endif ?cam_num = cam_num 如果扫描到相机，打印相机数量 CAM_SEL(0) 选择扫描到的第一个相机进行操作 CAM_SETEXPOSURE(5000) 设置相机曝光时间为5000us CAM_SETMODE(0) 设置软件触发模式 CAM_START(0) 开启相机END SUB 主界面按下单次采集按钮执行的函数GLOBAL SUB btn_grab() 如果d_use_imgfile=1时使用读取本地图片功能，该功能只在使用仿真器时有效，使用控制器时请将此部分代码注释掉 if (d_use_imgfile=1) then if(d_index=3) the

15、n d_index=0 endif File_Name=圆定位+TOSTR(d_index,1,0)+.bmp ./flash/圆定位/目录下的图片所在的路径名称 ZV_IMGREAD(grabImg,File_Name,0) ZV_LATCH(grabImg, 0) d_index=d_index+1 return endif 读取本地图片功能结束 if cam_num = 0 then ?请先扫描相机！ return endif CAM_SETPARAM(TriggerSoftware, 0) 发送触发指令 CAM_GET(grabImg, 0) 获取一帧图像存放到grabImg变量中 Z

16、V_LATCH(grabImg, 0) 将图像显示到锁存通道0中 END SUB 主界面按下连续采集按钮响应的函数GLOBAL SUB btn_cgrab() if grab_switch =1 then 如果已经处于连续执行状态，打印提示信息并退出函数 ?正在连续运行中，请勿重复操作！return endif if( d_use_imgfile =0) then if cam_num = 0 then 如果相机数量=0，打印提示信息并退出函数 ?请先扫描相机！ return endif endif grab_switch = 1 采集任务开关置1 if (1 = grab_switch) t

17、hen if (0 = PROC_STATUS(grab_task_id) then RUNTASK grab_task_id, grab_task 开启连续采集任务 endif endifEND SUB 采集任务实现函数grab_task: while(1) if (0 = grab_switch) then 如果采集任务开关=0即停止采集按钮按下时 exit while 退出循环 endif 重复执行以下操作 btn_grab() wendEND 主界面按下停止采集按钮响应的函数GLOBAL SUB btn_stopCgrab() if grab_switch =0 then 如果已经处于

18、停止采集状态，打印提示信息并退出函数 ?未开启连续采集！ return endif grab_switch = 0 将采集任务开关置0 END SUB8.点击“元件”“新建窗口”，新建标定界面窗口，并将VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门（六）中的标定程序的界面拷贝到新建的窗口界面。 9.在main.bas文件中添加运行界面按下【标定】按钮时的响应函数，以及标定窗口界面按下【提取mark点】按钮、【标定】按钮以及【返回】按钮时响应的函数，可参考VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门（六）中的标定程序。 点击运行界面按下标定按钮时响应的函数GLOBAL SUB btn_calib()

19、设置坐标标定窗口锁存通道0的锁存大小 ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(11, 91), HMI_CONTROLSIZEY(11, 91) if (d_use_imgfile=1) then 如果使用本地图片功能 ZV_IMGREAD(grabImg,圆定位calib.bmp,0) 加载标定图片 endif ZV_LATCHCLEAR(0) 将锁存通道0清空 ZV_LATCH(grabImg, 0) 显示采集图像显示到锁存通道0中 HMI_SHOWWINDOW(11) 弹出窗口号为11的坐标标定窗口界面 END SUB 坐标标定界面按下提取mark点按钮时

20、响应的函数GLOBAL SUB btn_ca_extract() for i=0 to 17 初始化圆点矩阵像素坐标 TABLE(81+i)=0 next for i=0 to 17 初始化圆点矩阵世界坐标 TABLE(131+i)=0 next TABLE(39)=0 提取mark点状态默认为失败 ZVOBJECT inppts, ppts, wpts 根据提取像素参数提取像素坐标，存放到inppts矩阵中 ZV_CALGETSCAPTS(grabImg, inppts, d_ca_param(1), d_ca_param(2), d_ca_param(3), d_ca_param(4) 获

21、取矩阵inppts中的数据信息，存放到table(56)中 ZV_MATINFO (inppts, 56) DIM row,col row = TABLE(56) 矩阵行数赋值给row变量 col = TABLE(57) 矩阵列数赋值给col变量 if(row * col = 18) then 如果获取到9个圆点的圆心位置坐标x,y TABLE(39) = 1 窗口界面提示提取mark点成功 else TABLE(39) = 0 窗口界面提示提取mark点失败 return 返回子函数，不往下执行 endif 根据mrak点间距和像素坐标计算世界坐标，存放到wpts矩阵 ZV_CALGETPT

22、SMAP(inppts,ppts,wpts,d_ca_param(5) 获取矩阵ppts中的数据信息，存放到table(56)中 ZV_MATINFO (ppts, 56) row = TABLE(56) 矩阵行数赋值给row变量 col = TABLE(57) 矩阵列数赋值给col变量 if(row * col = 18) then如果获取到9个圆点的圆心位置坐标x,y TABLE(39) = 1 窗口界面提示提取mark点成功 else TABLE(39) = 0 窗口界面提示提取mark点失败 return 返回子函数，不往下执行 endif 像素坐标和世界坐标放入table中 DIM

23、i FOR i=0 TO row-1 ZV_MATGETROW (ppts, i, col, 81 + i*col)将像素坐标存放到table81table98中 ZV_MATGETROW (wpts, i, col, 131 + i*col)将世界坐标存放到table131table148中 NEXT 将灰度图转成RGB图像，作为结果图像 ZVOBJECT color ZV_GRAYTORGB(grabImg, color) 绘制mark点的十字架 DIM j, pixNum pixNum = 0 FOR i=0 TO 2 FOR j=0 TO 2 绘制mark标记点 ZV_MARKER(c

24、olor, TABLE(81 + 2 * pixNum), TABLE(81 + 2 * pixNum + 1), 0, 40, C_GREEN) pixNum = pixNum + 1 NEXT NEXT 用文本绘制mark点的序号，显示在图像界面中 FOR i=0 TO 8 ZV_TEXT (color, TOSTR(i,1,0), TABLE(81+2*i)-20, TABLE(81+2*i +1)-40, 80, C_RED) NEXT ZV_LATCH(color, 0)显示结果图像END SUB 坐标标定界面按下标定按钮时响应的函数GLOBAL SUB btn_ca_calib()

25、 ZV_IMGINFO(grabImg,0) 获取采集图像信息 根据像素坐标数据组和世界坐标数据组执行标定，获得标定系数ca_param ZV_CALCAM(ppts,wpts,ca_param,TABLE(0),TABLE(1),d_ca_param(0) is_ca_success=1 标定成功标志置1 ZV_CALERROR(ca_param, ppts, wpts, 0)计算标定误差，并将结果存放在起始地址为0的数组中 ca_min_err = TABLE(1) 将误差结果赋值给变量，用于在界面中实时显示误差结果 ca_max_err = TABLE(2) ca_avg_err = T

26、ABLE(0)END SUB 坐标标定界面按下返回按钮时响应的函数GLOBAL SUB btn_ca_param_rtn() ZV_LATCHCLEAR(0) 将锁存通道0清空 ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(10, 7), HMI_CONTROLSIZEY(10, 7) 设置锁存的大小 btn_grab() HMI_CLOSEWINDOW(11) 关闭窗口号为13的坐标标定窗口界面END SUB10.在main.bas文件中添加HMI运行界面按下测试按钮响应的函数，并关联动作函数名。 HMI界面按下测试按钮时响应的函数GLOBAL SUB btn_te

27、st() TABLE(6)=0 检测前先将结果数据清0 d_detect_time=0 for i=0 to 17 d_circle_rst(i)=0 next TICKS=0 定义变量，依次为白色像素连通区域，掩模区域，黑色像素连通区域，连通区域结果列表，小圆斑点区域，圆测量器，中间结果变量 ZVOBJECT regionWhite, regionMask, regionBlack,re_connecte,circle_connect,mr,tmp 生成全图像区域 ZV_REGENFULLIMG(grabImg,regionMask) 二值化处理 if d_detect_param(0) =

28、 0 then 如果选择手动阈值模式 根据低阈值和高阈值参数生成白色像素图像regionWhite ZV_RETHRESH(grabImg, regionMask, regionWhite, d_detect_param(1), d_detect_param(2) 对白色像素区域进行一次1*1的开运算 ZV_REOPENING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(0),d_deal_value(0) 对白色像素区域进行一次1*1的闭运算 ZV_RECLOSING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(1),d_deal_

29、value(1) else 如果选择自动阈值模式 Dim autoThresh 定义自动阈值模式下的二值化阈值 在grabImg图像中的指定区域内对图像进行自动二值化处理，输出二值化区域regionWhite ZV_REAUTOTHRESH(grabImg, regionMask, regionWhite, 0) 对白色像素区域进行一次1*1的开运算 ZV_REOPENING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(0),d_deal_value(0) 对白色像素区域进行一次1*1的闭运算 ZV_RECLOSING(regionWhite,regionWhit

30、e,d_deal_value(1),d_deal_value(1) autoThresh = TABLE(0) ? autoThresh = autoThresh 打印提示信息，当前二值化阈值 endif 计算BLOB面积 ZV_REAREA(regionWhite, 2) 计算regionWhite亮区域的面积，存放到table（2）中 if(TABLE(2)0) then 如果获取到的白色像素数量大于0 ZV_RECONNECT(regionWhite,re_connecte)计算区域的连通区域，存放到re_connecte列表中 zv_refilter(re_connecte,0,d_d

31、etect_param(3),d_detect_param(4),0)对区域列表中的区域进行过滤，保留面积在 d_detect_param(3) 到 d_detect_param(4) 的区域，面积不在此范围的区域将被过滤掉 zv_refilter(re_connecte,20,0.8,1.3,0)对区域列表中的区域进行过滤，保留最小外接矩形高宽比在0.9 到 1.1 的区域，面积不在此范围的区域将被过滤掉 ZV_RESORT(re_connecte,1,1) 对区域列表中的区域按照重心X的数据进行升序排序 ZV_LISTCOUNT(re_connecte,6)获取列表中的连通区域的数量，存放

32、到table（6）中 endif 绘制效果图 Dim width, height ZV_IMGINFO (grabImg, 20)获取grabImg的图像信息 width = TABLE(20) height = TABLE(21) ZV_GRAYTORGB(grabImg,disImg)将灰度图转换到RGB图像，用于绘制检测结果图像 ZV_REGION(disImg, regionMask, 0, ZV_COLOR(0,0,0) 在disImg中绘制黑色的regionMask区域 ZV_REGION(disImg, regionWhite, 0, ZV_COLOR(255,255,255)在

33、disImg中绘制白色的regionWhite区域 for i=0 to TABLE(6)-1循环获取小圆斑点的位置XY信息生成圆测量器，检测圆心位置 ZV_LISTGET(re_connecte,circle_connect,i) 获取列表中序号为i的元素，即依次获取列表中小圆斑点的连通区域 ZV_REAREACENTER(circle_connect,40) 计算斑点区域的面积与中心位置，将位置放入TABLE(40)中 ZV_MRGENCIRCLE(mr,TABLE(41),TABLE(42),70,50,0,360,1,10,8) 生成圆测量区域 设置测量参数，包括滤波尺寸、边缘阈值、边

34、缘极性和边缘位置 ZV_MRSETADV(mr,5, 50, 1,0) TABLE( 46, 0, 0, 0)初始化结果数组 测量圆，并将结果赋值给起始地址为46的数组 ZV_MRCIRCLE(mr, grabImg, tmp, 46) ZV_CIRCLE(disImg,TABLE(46),TABLE(47),TABLE(48),zv_color(0,255,0)绘制小圆结果 ShowString=TOSTR(i,1,0) 将BLOB的数量转换成字符串变量 ZV_TEXT(disImg,ShowString,TABLE(46),TABLE(47),55,ZV_COLOR(0,0,255) 显示

35、结果文本 ZV_MARKER(disImg,TABLE(46),TABLE(47),0,50,zv_color(0,255,0) 在图像img中绘制十字 if is_ca_success=1 AND d_use_calib=1 then ZV_CALTRANSW(ca_param, TABLE(46)+TABLE(48),TABLE(47),49) 圆心加半径的坐标 ZV_CALTRANSW(ca_param, TABLE(46),TABLE(47),46) 使用标定系数将图像坐标转换成世界坐标 d_circle_rst(i*3+0)=TABLE(46)将测量圆的结果赋值给圆心变量，显示到界面

36、中 d_circle_rst(i*3+1)=TABLE(47) d_circle_rst(i*3+2)=ZV_DISTPP(TABLE(46),TABLE(47),TABLE(49),TABLE(50) else d_circle_rst(i*3+0)=TABLE(46)将测量圆的结果赋值给圆心变量，显示到界面中 d_circle_rst(i*3+1)=TABLE(47) d_circle_rst(i*3+2)=TABLE(48)endifnextZV_LATCH(disImg, 0)在锁存通道0中显示结果图像d_detect_time=ABS(TICKS)计算检测消耗时间 END SUB 1

37、1.在main.bas文件中添加HMI运行界面按下运行按钮响应的函数，并关联动作函数名。 HMI界面按下运行按钮时响应的函数GLOBAL SUB btn_run() if(2 = main_task_state) then 如果主任务处于运行状态，打印提示信息并退出函数?已经开启连续运行任务，请勿重复操作！ return endif if (1 = main_task_state) then 如果主任务处于停止状态 if (0 = PROC_STATUS(main_task_id) then 如果任务未开启 main_task_state = 2 主任务状态设置为2，表示正在执行连续任务 RU

38、NTASK main_task_id, main_task 开启主任务 endif endif END SUB 主任务实现函数main_task: while(1) if (3 = main_task_state) then 如果主任务状态处于3即按下停止按钮时 main_task_state = 1 将主任务状态置为1 exit while 退出循环 endif 重复执行采集和检测函数 btn_grab() btn_test() wendEND 12.在main.bas文件中添加HMI运行界面按下停止按钮响应的函数，并关联动作函数名。 HMI界面按下停止按钮时响应的函数GLOBAL SUB btn_stop() if (2 = main_task_state) then 如果主任务状态处于3即正在连续执行任务时 main_task_state = 3 将主任务状态置为3，退出循环 endifEND SUB 仿真演示效果4 本次，正运动技术机器视觉运动控制一体机应用例程（三） BLOB分析的多圆定位，就分享到这里。 更多精彩内容请关注“正运动小助手”公众号，需要相关开发环境与例程代码，请咨询正运动技术销售工程师：400-089-8936。 本文由正运动技术原创，欢迎大家转载，共同学习，一起提高中国智能制造水平。文章版权归正运动技术所有，如有转载请注明文章来源。