Labview畢設(shè)論文 非接觸式物體尺寸光學(xué)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì).doc

2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目非接觸式物體尺寸光學(xué)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)學(xué) 院 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí) 測(cè)控技術(shù)與儀器103班 學(xué) 號(hào) 110034084 學(xué)生姓名 卓永俊 指導(dǎo)教師 李曙光 完成日期 2014年5月24日 浙 江 科 技 學(xué) 院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(2014屆)題 目非接觸式物體尺寸光學(xué)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)學(xué) 院 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí) 測(cè)控技術(shù)與儀器103班 學(xué) 號(hào) 110034084 學(xué)生姓名 卓永俊 指導(dǎo)教師 李曙光 完成日期 2014年5月24日 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人 卓永俊 學(xué)號(hào) 110034084 聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文非接觸式物體尺寸光學(xué)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，與我一同工作的人員對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文作者愿意遵守浙江科技學(xué)院關(guān)于保留、使用學(xué)位論文的管理辦法及規(guī)定，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文被查閱。本人授權(quán)浙江科技學(xué)院可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)在校園網(wǎng)內(nèi)傳播，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）論文作者簽名： 卓永俊 導(dǎo)師簽名： 李曙光簽字日期：2014 年 5月 24日 簽字日期：2014年 5月 24日浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要尺寸測(cè)量屬于檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)技術(shù)的高低決定了生產(chǎn)精度、進(jìn)度、可靠性等一系列生產(chǎn)指標(biāo)，是影響產(chǎn)品生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，檢測(cè)技術(shù)的高低是整個(gè)工業(yè)技術(shù)水平的重要評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。目前世界上尺寸檢測(cè)已日益趨于自動(dòng)化，集成一體化，然而國(guó)內(nèi)尺寸檢測(cè)水平還普遍偏低，根本不能滿足國(guó)內(nèi)工業(yè)快速發(fā)展對(duì)高水平尺寸檢測(cè)的要求?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)高精度高自動(dòng)化集成化的尺寸檢測(cè)主要靠進(jìn)口，有鑒于此開(kāi)發(fā)出虛擬式物體尺寸檢測(cè)儀以適應(yīng)國(guó)內(nèi)尺寸檢測(cè)領(lǐng)域的需求。而基于labview圖像處理技術(shù)的物體尺寸的檢測(cè)是非常實(shí)用的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，它是基于虛擬儀器的測(cè)量技術(shù)，克服了接觸式測(cè)量的弊端。圖像檢測(cè)技術(shù)采用的是圖形化處理算法，以獲取目標(biāo)物體的圖像信息。本設(shè)計(jì)采用的圖像處理技術(shù)主要包括：灰度變換、閾值處理、圖像去噪、邊緣檢測(cè)等。圖像檢測(cè)技術(shù)在物體尺寸檢測(cè)方面的應(yīng)用使尺寸測(cè)量能快速準(zhǔn)確的進(jìn)行，且成本低，能靈活的加入工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中。關(guān)鍵詞：Labview；圖像處理；邊緣檢測(cè)；尺寸檢測(cè)；虛擬儀器IABSTRACTThe size detection belongs to the detection technology， level of the detection technology decides detection precision， speed， reliable and so on， a series of industrial production target， that is the key aspect which affects the product production efficiency， and that is the very important link in the product life cycle. the level of detection technology is an important technical level throughout the industry assessment standards. The world has increasingly become automatic size detection， integrated integration， but also domestic size detection level is generally low， can not meet the rapid development of the domestic industry requirement for a high level of dimensional inspection. China is now highly automated integrated precision dimensional inspection mainly rely on imports， a virtual view of the development of type object size to fit the needs of the domestic detector to detect the size of the field. The image processing technology based on labview object size detection is very useful as a nondestructive testing technique， which is based on virtual instrument measurement technology， The drawbacks of contact measurement are overcomed. Image detection technology is used graphical processing algorithms to obtain the image information of the target object. This design uses image processing techniques include: gray-scale transformation， the threshold processing， image de-noising， edge detection. Image detection technology in object size detection allows accurate size measurement can be fast， and low cost， flexibility of adding industrial production process.Keyword: labview；image processing；edge detection；size detection；Virtual InstrumentII目錄摘要IABSTRACTII1緒論11.1 選題的背景與意義11.1.1 背景11.1.2 意義21.2 基于圖像處理的物體尺寸檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展21.2.1 圖像測(cè)量技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)21.2.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3 課題研究的主要內(nèi)容42系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案52.1 圖像處理及其數(shù)學(xué)分析52.2 圖像測(cè)量系統(tǒng)62.2.1 數(shù)字圖像的采集82.2.2邊緣檢測(cè)處理及主要IMAQ功能模塊102.3 測(cè)量系統(tǒng)方案的實(shí)現(xiàn)192.3.1 物體尺寸檢測(cè)實(shí)例192.3.2 物體尺寸測(cè)量的實(shí)現(xiàn)212.3.3 系統(tǒng)測(cè)距實(shí)際操作292.4 系統(tǒng)評(píng)價(jià)313結(jié)論333.1 課題的主要工作成果333.2 課題的不足與展望33致謝34參考文獻(xiàn)：35III1 緒論1.1 選題的背景與意義1.1.1 背景傳統(tǒng)的測(cè)量方法開(kāi)始于接觸式測(cè)量，這種測(cè)量方法檢測(cè)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且會(huì)使測(cè)量?jī)x器的檢測(cè)頭發(fā)生磨損，從而造成儀器的測(cè)量精度下降。毋庸置疑，科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步還沒(méi)達(dá)到一個(gè)高度。因此，在現(xiàn)代很多材料生產(chǎn)中，不論是軋制過(guò)程中還是最終產(chǎn)品的調(diào)整中，為獲得較高的板材命中率和最佳的軋制過(guò)程及剪切效果，物體尺寸測(cè)量系統(tǒng)已成為生產(chǎn)線上不可缺少的設(shè)備之一。第一臺(tái)接觸式速續(xù)測(cè)厚儀大約出現(xiàn)在1930年。操作者用這臺(tái)側(cè)厚儀器去側(cè)量銅材的厚度時(shí)，必須把它推向待側(cè)的鋼帶，用機(jī)械的方法來(lái)測(cè)量距帶材邊沿幾寸范圍內(nèi)的金屬材料的厚度。這種測(cè)量方法使用極其不便，而且測(cè)量精度也很低。在我們看來(lái)，一般的物體尺寸的測(cè)量，無(wú)非長(zhǎng)、寬、高（厚），三個(gè)方面，而厚度測(cè)量是生產(chǎn)中最常見(jiàn)的測(cè)量?jī)?nèi)容之一，常用量具是游標(biāo)卡尺或千分尺，這些量具在使用時(shí)都必須和工件接觸，雖然接觸壓力不大，但對(duì)一些特殊工件，在測(cè)量時(shí)不允許量具和工件接觸，否則會(huì)在工件表面上留下壓印或劃痕，甚至有些測(cè)量環(huán)境環(huán)境下很難或無(wú)法進(jìn)行接觸式測(cè)量，那么，這就需要有一種新的方法來(lái)代替接觸式測(cè)量.隨著科技大發(fā)展和生產(chǎn)力的要求，非接觸式的測(cè)量方法出現(xiàn)了。第一臺(tái)成功的非接觸式自動(dòng)測(cè)厚儀應(yīng)用了X射線吸收技術(shù)。從此，非接觸式測(cè)量方法開(kāi)始了迅猛發(fā)展，其強(qiáng)大的功能和優(yōu)點(diǎn)無(wú)法使傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量望其項(xiàng)背，也為人類社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)文明的進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)。激光測(cè)厚儀是近年來(lái)開(kāi)發(fā)出的高科技實(shí)用型設(shè)備，是用于熱軋生產(chǎn)線上時(shí)在線式連續(xù)測(cè)量成材厚度的非接觸式測(cè)量設(shè)備。它有效地改善了工作環(huán)境，具有測(cè)量準(zhǔn)確、精度高、實(shí)用性好、安全可靠、無(wú)輻射、非接觸式測(cè)量等人工測(cè)量及其它測(cè)量方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，并為軋制鋼材厚度控制提供了準(zhǔn)確的信息，從而提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度度。激光測(cè)厚儀使用兩年多以來(lái)，具不完全統(tǒng)計(jì)，因板厚誤差造成的廢品率下降了50%以上，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益上億元，廣泛地受到人們的肯定與贊賞。我們有理由相信，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，激光測(cè)厚儀作為非接觸測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)重要分支將更能發(fā)揮其作用。1.1.2 意義光學(xué)檢測(cè)是光學(xué)測(cè)量是光電技術(shù)與機(jī)械測(cè)量結(jié)合的高科技。借用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)快速，準(zhǔn)確的測(cè)量。方便記錄，存儲(chǔ)，打印，查詢等等功能。在機(jī)械制造行業(yè)中，為了使機(jī)加工的產(chǎn)品能達(dá)到設(shè)計(jì)精度和質(zhì)量要求，除了傳統(tǒng)的物理計(jì)量與檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方法，可以運(yùn)用高性能計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、光學(xué)、光學(xué)成像、聲學(xué)與機(jī)器動(dòng)作多種混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)的邏輯計(jì)量與檢測(cè)，我們習(xí)慣將這些復(fù)雜的計(jì)量與檢測(cè)技術(shù)稱之為非接觸計(jì)量與檢測(cè)技術(shù)。我公司將這些非接觸計(jì)量與檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到為客戶定制的計(jì)量與檢測(cè)工具和設(shè)備之中，在實(shí)際項(xiàng)目中取得了滿意的預(yù)期效果。我們的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式主要是光電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用，而光學(xué)測(cè)量主要應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)檢測(cè)，主要檢測(cè)產(chǎn)品的形位公差以及數(shù)值孔徑等是否合格等。光學(xué)檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用的行業(yè)領(lǐng)域有：金屬制品加工業(yè)、模具、塑膠、五金、齒輪、手機(jī)等行業(yè)的檢測(cè)，以及工業(yè)界的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、模具設(shè)計(jì)、手扳制作、原版雕刻、RP快速成型、電路檢測(cè)等領(lǐng)域。主要儀器表現(xiàn)為：二次元、工具顯微鏡、光學(xué)影像測(cè)量?jī)x、光學(xué)影像投影儀、三次元、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、三維激光抄數(shù)機(jī)等。目前非接觸式測(cè)試已從人工目測(cè)發(fā)展到自動(dòng)光學(xué)檢查（Automatic Optics Inspector，簡(jiǎn)稱AOI）、自動(dòng)射線檢測(cè)（Automatic X-ray inspector，簡(jiǎn)稱AXI）等。1.2 基于圖像處理的物體尺寸檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展人類所獲得的信息中有80%是來(lái)自于眼睛。圖像作為一種重要的信息表達(dá)方式和信息存儲(chǔ)形式，有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。圖像處理技術(shù)是一門應(yīng)社會(huì)需求而產(chǎn)生并予以實(shí)現(xiàn)而利用的技術(shù)，目前已在許多行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。圖像處理技術(shù)是與支持這一技術(shù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密相連、相互促進(jìn)的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其數(shù)據(jù)傳輸速度、CPU處理器速度、存儲(chǔ)容量的快速提升都擴(kuò)展了以圖像為信息載體的圖像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍?；谟?jì)算機(jī)的圖像檢測(cè)技術(shù)不僅有非接觸式測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)它具有很好的數(shù)據(jù)處理能力，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)中。1.2.1 圖像測(cè)量技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)圖像檢測(cè)技術(shù)具有速度快、精度高、成本低、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種非接觸式的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。數(shù)字圖像檢測(cè)技術(shù)使用掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、錄像機(jī)等圖像采集設(shè)備以獲得包括目標(biāo)物體的位置、運(yùn)動(dòng)、幾何參數(shù)、表觀物理參數(shù)(如色彩和紋理)等數(shù)據(jù)信息，再將獲得的有關(guān)圖像的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)圖像處理技術(shù)，以獲得有用的目標(biāo)物體的數(shù)據(jù)信息。不同于以膠片為存儲(chǔ)介質(zhì)的攝影技術(shù)，需要專業(yè)的測(cè)量人員及測(cè)量設(shè)備人工進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量效率低、精度有限，不利于圖像測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用。雖然以激光測(cè)量為代表的無(wú)損測(cè)量技術(shù)有極高的精度，但是其成本高。相對(duì)而言，將所采集的被測(cè)目標(biāo)的圖像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息之后，圖像的信息可以使用矩陣來(lái)表示，這樣就可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)被測(cè)目標(biāo)物體的圖形信息進(jìn)行分析處理，那么對(duì)圖像的處理就轉(zhuǎn)化為矩陣的數(shù)字運(yùn)算，而這在計(jì)算機(jī)上能有效高速的完成。基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字圖像處理技術(shù)不僅成本低，而且其速度指標(biāo)和精度指標(biāo)能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。圖像數(shù)據(jù)采集及處理的速度和精度是圖像測(cè)量的兩項(xiàng)重要性能指標(biāo)，如果沒(méi)有可靠的精度和可用的速度，那么圖像處理技術(shù)的使用價(jià)值將很低，更不用說(shuō)廣泛應(yīng)用。只有提高了測(cè)量的速度與精度，才能可能被廣泛應(yīng)用。為了獲得更快的圖像處理速度或者更高的檢測(cè)精度，國(guó)內(nèi)外大批的學(xué)者還在不斷地探索研究，目前已取得了很多不錯(cuò)的成果。但是，由于圖像采集環(huán)境的影響，使得采集的圖像信息帶有或多或少的干擾信號(hào)，極大地影響了圖像測(cè)量的準(zhǔn)確度，而目前尚沒(méi)有通用的最優(yōu)算法可以去除無(wú)用的干擾信息，需要根據(jù)實(shí)際問(wèn)題針對(duì)性地選擇最優(yōu)的算法系統(tǒng)，這使得基于計(jì)算機(jī)的圖像檢測(cè)系統(tǒng)的通用性不足。1.2.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀當(dāng)今世界，檢測(cè)技術(shù)已作為衡量一國(guó)工業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。尺寸檢測(cè)屬于檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)子類，測(cè)試技術(shù)的整體發(fā)展必然帶動(dòng)尺寸檢測(cè)技術(shù)的提高，而檢測(cè)技術(shù)是一門綜合性極強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)，縱橫多學(xué)科的內(nèi)容，尤其是隨著當(dāng)代計(jì)算機(jī)，通訊，材料等各門學(xué)科的高速發(fā)展以及各相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展壯大，測(cè)試技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展和提高，測(cè)試儀器作為測(cè)試行業(yè)發(fā)展不可或缺的工具，在測(cè)試行業(yè)的發(fā)展中起到了巨大的作用。中國(guó)”十一五”期間，由于國(guó)家不斷增加基礎(chǔ)建設(shè)的投入力度，在旺盛市場(chǎng)需求的帶動(dòng)下，對(duì)儀器需求不斷增加，同時(shí)檢測(cè)儀器市場(chǎng)也正在快速發(fā)展。歐美日等國(guó)家都把”發(fā)展一流的科學(xué)儀器支撐一流的科研工作”作為國(guó)家戰(zhàn)略確保在世界科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位，日本于2002年制定了高精度科學(xué)儀器振興計(jì)劃，在島津公司的田中耕一因?yàn)樵趦x器方面的杰出貢獻(xiàn)獲得2002年諾貝爾獎(jiǎng)后，日本文部科學(xué)省決定，從2004年起斥巨資（100億日元）開(kāi)發(fā)世界頂尖的分析計(jì)算測(cè)量?jī)x器，以催生更多諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的科研成果。由此可見(jiàn)，未來(lái)的科學(xué)競(jìng)爭(zhēng)中測(cè)試測(cè)量技術(shù)必然扮演著一個(gè)相當(dāng)重要的角色。然而國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要還是以人工為主，利用簡(jiǎn)單粗糙的設(shè)備進(jìn)行零件尺寸與形位公差的測(cè)量。不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易產(chǎn)生人為誤差，導(dǎo)致檢測(cè)的不精確性，傳統(tǒng)的檢測(cè)主要是事后檢測(cè)，這樣即使檢測(cè)出問(wèn)題，廢次品已經(jīng)產(chǎn)生，造成了損失，大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)快速精確的檢測(cè)儀器的迫切需求，主要還是依靠進(jìn)口國(guó)外成品檢測(cè)儀，不僅價(jià)格昂貴而且可移植性不高，可再生性不強(qiáng)，本著科學(xué)技術(shù)知識(shí)自主創(chuàng)新的原則，國(guó)內(nèi)虛擬儀器領(lǐng)域資深科學(xué)家秦樹(shù)人教授提供了測(cè)試儀器領(lǐng)域廣闊發(fā)展創(chuàng)造空間，國(guó)內(nèi)的高性能高精度高效率的測(cè)試技術(shù)已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步，但較發(fā)達(dá)國(guó)家還存在不可避免的差距，許多測(cè)試技術(shù)還只是在實(shí)驗(yàn)階段，有待于發(fā)展到更適用，甚至通用。1.3 課題研究的主要內(nèi)容本課題是一些物體的非接觸式尺寸測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要對(duì)象也是一些較為簡(jiǎn)單規(guī)則的尺寸測(cè)量。大致目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬儀器化的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，使其能自動(dòng)的檢測(cè)出物體的尺寸(長(zhǎng)、寬或者物體的高度)，并盡可能的提高系統(tǒng)的測(cè)量精度。主要可分為兩個(gè)方面的研究:一是圖像采集模型的建立；另一方面是對(duì)系統(tǒng)所采集圖象進(jìn)行處理，找出尺寸測(cè)量的有效方法。具體可分為理論部分(包括程序編制)和實(shí)驗(yàn)操作兩部分。理論部分:1、 分析和研究立體視覺(jué)的基本原理及常用的算法；2、 研究分析圖像采集的各種方法，并從中選出合適的方案；3、 研究視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)中需要使用的各種圖象處理方法；4、 建立虛擬儀器化視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的模型，進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)；5、 熟悉和掌握LabVIEW(Lboratory Virtual Instrument Engineering workbench)開(kāi)發(fā)平臺(tái)和IMAQ Vision軟件包，并使用其進(jìn)行系統(tǒng)軟件的編制，包括各種圖像處理方法的實(shí)現(xiàn)以及整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的操作界面。實(shí)驗(yàn)操作部分：1、了解分析研究課題，構(gòu)建具體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方案；2、編寫程序框圖，完成圖像采集（或圖像輸入）、圖像預(yù)處理（邊緣檢測(cè)處理）、圖像邊緣的尺寸檢測(cè)（橫向以及縱向的檢測(cè)，即長(zhǎng)、寬）；3、用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量方體的幾何尺寸(這里指方體的長(zhǎng)，寬，高)；4、計(jì)算測(cè)量誤差，分析影響測(cè)量精度的原因并提出改進(jìn)方法。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1 圖像處理及其數(shù)學(xué)分析圖像處理(image processing)，用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析，以達(dá)到所需結(jié)果的技術(shù)。又稱影像處理。基本內(nèi)容圖像處理一般指數(shù)字圖像處理。數(shù)字圖像是指用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、掃描儀等設(shè)備經(jīng)過(guò)采樣和數(shù)字化得到的一個(gè)大的二維數(shù)組，該數(shù)組的元素稱為像素，其值為一整數(shù)，稱為灰度值。圖像處理技術(shù)的主要內(nèi)容包括圖像壓縮，增強(qiáng)和復(fù)原，匹配、描述和識(shí)別3個(gè)部分。常見(jiàn)的處理有圖像數(shù)字化、圖像編碼、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割和圖像分析等。圖像處理一般指數(shù)字圖像處理。數(shù)字化圖像被視為MN個(gè)元素的矩陣。數(shù)字化的圖像（像素）的每個(gè)元素具有對(duì)應(yīng)于所捕獲的場(chǎng)景中的點(diǎn)的亮度值。其分辨率在強(qiáng)度為8比特的圖像，可以取的值從0到255，在黑白影響的圖像的情況下，它可以采取0和1的值。在一般情況下，一個(gè)圖像被表示在一個(gè)二維矩陣。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的設(shè)備獲取具有深度為8位時(shí)，典型范圍的灰度級(jí)的一個(gè)圖像是從0到255，使得圖像的矩陣元素由表示0 .255的圖像。在這一點(diǎn)上是很方便的說(shuō)，即使將圖像在RGB格式獲得的，它被頻繁變換的灰度矩陣和用于從RGB類型實(shí)現(xiàn)變換為灰度電平格拉斯曼（Wyszecki與斯蒂爾斯，1982）采用：在該示例示于圖2-1展示了如何使用IMAQ工具箱收購(gòu)的RGB數(shù)字圖像和灰度格式。在這種情況下，有兩個(gè)重要的模塊：第一個(gè)是IMAQ創(chuàng)建塊位于視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)/遠(yuǎn)景公用事業(yè)/圖像管理，此塊創(chuàng)建一個(gè)具有指定的圖像類型（RGB，灰度，HSL等）的新形象，第二塊是IMAQ讀取圖像，位于視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)/遠(yuǎn)景實(shí)用程序/文件/ ，這個(gè)區(qū)塊的功能是打開(kāi)該塊的文件路徑前面指定的圖像文件，并把所有的信息這個(gè)由IMAQ創(chuàng)建創(chuàng)建新的圖像打開(kāi)的圖像。換句話說(shuō)，在該實(shí)例如圖2-1（a）該文件picture4.png由IMAQ讀取圖像打開(kāi)，這個(gè)信息圖像被保存在對(duì)應(yīng)于RGB （U32）圖像類型稱為imageColor一個(gè)新的形象。這是非常簡(jiǎn)單的修改系統(tǒng)的圖像類型，在圖2-1（b）的圖像類型更改為灰度（U8）和圖像被放置在imageGray 。 a) b)圖2-1.RGB和灰度圖像采集圖2-2.鄰域的一個(gè)像素圖像清晰度的另一個(gè)重要特性是像素的鄰域，可歸入中（圖2-2）中所述3個(gè)組，如果該鄰域是在四個(gè)相鄰像素被命名為通話-4-鄰域，一個(gè)由符合不限對(duì)角線像素為D-鄰域和8個(gè)周邊像素為8鄰域，最后一個(gè)包4-和像素的D-附近。2.2 圖像測(cè)量系統(tǒng)這里我們以HVDevice視頻控件為例，以資料顯示為例：所編制的LabVIEW 程序如圖2-3 所示，添加了HVDevice 控件的ActiveX 容器通過(guò)自動(dòng)化打開(kāi)(Atuomation Open)，調(diào)用了五種方法分別得到了系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)、分辨率、快門速度、相機(jī)增益和黑電平值的取值范圍，此范圍是硬件(DH-HV2002UC-T 攝像機(jī))的規(guī)定范圍。圖2-3 是在LabVIEW 中后面板的程序截圖，其流程是按照控件說(shuō)明書進(jìn)行的，首先得到設(shè)備號(hào)，然后分別讀出該設(shè)備視頻模式、快門速度、增益調(diào)節(jié)、以及黑電平值的最大和最小值。然后調(diào)用MaximizeAOI方法使攝像機(jī)的視頻輸出達(dá)到當(dāng)前分辨率大小，隨后調(diào)用GrabContinuous方法啟動(dòng)圖像采集后，當(dāng)每幀圖像數(shù)據(jù)采集完畢后控件自動(dòng)激活事件。在該事件響應(yīng)函數(shù)中進(jìn)入while 循環(huán)中，調(diào)用Draw 方法在控件中進(jìn)行繪圖顯示，流程圖中顯示的大小為600600 的圖像區(qū)域，最后進(jìn)入LabVIEW 中的事件結(jié)構(gòu)(Event Structure)，在此結(jié)構(gòu)中調(diào)用相應(yīng)的控件屬性對(duì)其賦值。需要注意的是在賦值的同時(shí)需要對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行取消抓取動(dòng)作，然后進(jìn)行賦值，最后再次啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行圖像的處理測(cè)量等。圖2-3攝像機(jī)控件調(diào)用流程圖（摘）在程序編制的時(shí)候應(yīng)該注意一下幾點(diǎn)：1) 調(diào)用LabVIEW 中的事件結(jié)構(gòu)(Event Structure)時(shí)，需要注意當(dāng)沒(méi)有任何事件發(fā)生時(shí)，就會(huì)處于睡眠狀態(tài)，直到有一個(gè)或多個(gè)預(yù)先設(shè)定的事件發(fā)生時(shí)，事件結(jié)構(gòu)才會(huì)自帶蘇醒，并根據(jù)發(fā)生的事件執(zhí)行用戶預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作。本文將事件結(jié)構(gòu)和DRAW 方法放在一個(gè)While 循環(huán)里面，將會(huì)出現(xiàn)不能連續(xù)在控件中畫圖的錯(cuò)誤，解決方法主要是在事件結(jié)構(gòu)上加上超時(shí)循環(huán)等待的時(shí)間，然后根據(jù)需要設(shè)置的時(shí)間間隔，如果事件結(jié)構(gòu)在一次循環(huán)中的時(shí)間間隔內(nèi)無(wú)動(dòng)作，則While 循環(huán)進(jìn)入下一次循環(huán)。2) 在對(duì)設(shè)備控件賦值時(shí)，需要先停止設(shè)備賦值后再啟動(dòng)設(shè)備。3) 對(duì)控件自動(dòng)化打開(kāi)后，需要關(guān)閉引用，對(duì)控件的事件注冊(cè)后需要對(duì)事件進(jìn)行取消事件注冊(cè)，如圖3-3所示。4) 編程時(shí)必需遵守控件的使用思想嚴(yán)格按照設(shè)備的操作流程進(jìn)行編程，否則容易引起設(shè)備無(wú)法關(guān)閉，程序非法退出或計(jì)算機(jī)死機(jī)。2.2.1 數(shù)字圖像的采集從使用的NI視覺(jué)采集Express中的攝像頭采集視頻。該地塊位于視覺(jué)/快速視覺(jué)的工具箱，它是配置在相機(jī)的所有特點(diǎn)的最簡(jiǎn)單方法。這個(gè)區(qū)塊里面有四個(gè)部分：第一個(gè)對(duì)應(yīng)于”選擇采集源”，它會(huì)顯示所有連接在電腦的攝像頭的選項(xiàng)。下一個(gè)選項(xiàng)是所謂的”選擇采集類型”，這決定了模式顯示圖像，并有四種模式：與處理，連續(xù)采集與在線處理有限采集與在線處理和有限采集與處理后的單次采集。第三部分對(duì)應(yīng)于”配置采集設(shè)置”表示的大小，亮度，對(duì)比度，伽瑪值，飽和度等的圖像，最后在最后一個(gè)選項(xiàng)，可以選擇控件和指示器來(lái)控制最后的不同參數(shù)過(guò)程中的部分。在該示例圖2-4中它被選定的連續(xù)采集與在線處理，直到用戶按下停止按鈕此選項(xiàng)將顯示獲取的圖像在連續(xù)模式。圖2-4視頻采集使用IMAQ視覺(jué)快速采集而本方案采取的是基于LabVIEW平臺(tái)機(jī)器視覺(jué)的圖像采集系統(tǒng)模塊對(duì)要測(cè)量的物體進(jìn)行圖像采集，本方案可選擇兩種調(diào)用方式如下所示：選擇調(diào)用攝像頭或視頻設(shè)備控件，可用電腦自帶內(nèi)置攝像頭也可外插一個(gè)CCD攝像頭進(jìn)行圖像采集信息；修改圖像采集路徑，設(shè)置為可手動(dòng)選擇輸入圖片和默認(rèn)路徑的圖片交替，來(lái)完成圖像的采集工作。其中第一種調(diào)用方法的數(shù)字圖像采集的基于機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行處理的圖2-5 基于機(jī)器視覺(jué)模塊采集圖像的程序框圖上圖中采用的是條件結(jié)構(gòu)Case Structure（包括一個(gè)或多個(gè)子程序框圖、分支、結(jié)構(gòu)執(zhí)行時(shí)，僅有一個(gè)子程序框圖或分支執(zhí)行。連線至選擇器接線端的值可以是布爾、字符串、整數(shù)、枚舉類型或錯(cuò)誤簇，用于確定要執(zhí)行的分支。右鍵單擊結(jié)構(gòu)邊框，可添加或刪除分支。通過(guò)標(biāo)簽工具可輸入條件選擇器標(biāo)簽的值，并配置每個(gè)分支處理的值。），即要判定選擇測(cè)量圖像為默認(rèn)路徑下時(shí)滿足該條件結(jié)構(gòu)才能進(jìn)行圖像的采集，反之就不會(huì)得出想要的結(jié)果或出現(xiàn)錯(cuò)誤輸出。如上圖所示框圖中的ActiveX容器控件是由在VI前面板上導(dǎo)入的關(guān)聯(lián)機(jī)器視覺(jué)設(shè)備控件模塊。LabVIEW的調(diào)用節(jié)點(diǎn)可訪問(wèn)XML方法、.NET方法和ActiveX方法。其中我們就用調(diào)用節(jié)點(diǎn)來(lái)訪問(wèn)ActiveX方法，而調(diào)用節(jié)點(diǎn)則是引用與調(diào)用方法或?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作的對(duì)象關(guān)聯(lián)的引用句柄。這里是采用vbVidCap._ezVidCap類調(diào)用方式進(jìn)行，選擇類選定ActiveX類，其中選擇方法要選擇SaveDIB的返回值方法。默認(rèn)路徑圖像采集路徑為，設(shè)置采集圖像為電腦桌面上的bmp格式的圖片，圖像的默認(rèn)路徑通過(guò)多態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)路徑至字符串轉(zhuǎn)換 (函數(shù))使路徑轉(zhuǎn)換為字符串，以操作平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)格式描述路徑。連線板可顯示該多態(tài)函數(shù)的默認(rèn)數(shù)據(jù)類型。把圖像路徑轉(zhuǎn)換為字符串的形式，然后與所調(diào)用類別方式進(jìn)行關(guān)聯(lián)執(zhí)行程序。關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換執(zhí)行結(jié)構(gòu)如下選項(xiàng)卡調(diào)至邊緣坐標(biāo)預(yù)處理選項(xiàng)頁(yè)面如下：圖2-6 條件結(jié)構(gòu)條件選項(xiàng)（預(yù)處理邊緣檢測(cè)處理）如圖2-7 a）所示進(jìn)行邊緣坐標(biāo)預(yù)處理的框圖中加入了一個(gè)判斷的條件程序若為真（T）時(shí)，即選擇了默認(rèn)路徑的圖片，則圖像以默認(rèn)路徑采集輸入進(jìn)行處理。圖3-7 a）默認(rèn)路徑圖片輸入 b）手動(dòng)選擇圖片輸入如圖3-7 b）所示若為假（F）時(shí)，即選擇了手動(dòng)進(jìn)行圖片的輸入再處理。2.2.2 邊緣檢測(cè)處理及主要IMAQ功能模塊為確保圖像采集以及圖像處理過(guò)程的干擾項(xiàng)盡可能地削減，我們這里就把確定按鈕的觸發(fā)方式改為釋放時(shí)觸發(fā)的方式，即釋放按鈕時(shí)改變狀態(tài)。LabVIEW讀取控件值后返回原狀態(tài)。邊緣檢測(cè)處理確認(rèn)按鈕，根據(jù)其觸發(fā)方式的不同可以定性的判斷其工作方式就是當(dāng)點(diǎn)擊按鈕時(shí)邊緣檢測(cè)的程序就運(yùn)行一次進(jìn)行圖像邊緣的處理，然后通過(guò)前面板上圖像顯示窗口顯示出來(lái)（Image Display）圖像采集之后要輸入測(cè)量預(yù)處理事件程序進(jìn)行邊緣檢測(cè)的處理圖2-8 圖像測(cè)量預(yù)處理邊緣檢測(cè)圖像預(yù)處理主要包括噪聲的濾除、邊緣信息的增強(qiáng)、對(duì)比度的改善等等，其主要目的在于：改善圖像的視覺(jué)效果，提高圖像的清晰度；將圖像轉(zhuǎn)換成一種更適合分析處理的形式。預(yù)處理的精確為后續(xù)處理提高可信度高的輸入資料。能否正確地提取被檢測(cè)物體的特征參數(shù)；能否盡可能少的受到圖像中噪聲的影響而導(dǎo)致結(jié)果的準(zhǔn)確性下降，這些都在很大程度上取決于對(duì)原始圖像的預(yù)處理措施是否有效、是否符合實(shí)際情況。預(yù)處理的好壞直接影響匹配結(jié)果的精度。邊緣是圖像的重要特征之一，它包含了原始圖像中的絕大部分有用的信息，往往僅憑粗略的輪廓線就能夠識(shí)別出一個(gè)物體。因此，圖像的邊緣輪廓特征提取在機(jī)器視覺(jué)中具有重要的意義。以下是對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中所用到的IMAQ圖像采集處理系統(tǒng)各函數(shù)控件的作用功能及其框圖程序的詳細(xì)講解及分析： IMAQ Create VI（IMAQ的VI創(chuàng)建）其框圖程序：圖2-9 a）IMAQ Create VI程序框圖框圖中調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)可直接調(diào)用DLL庫(kù)或共享庫(kù)。該調(diào)用函數(shù)為可擴(kuò)展函數(shù)，可顯示已連線的輸入端和輸出端的數(shù)據(jù)類型。其中調(diào)用節(jié)點(diǎn)類型為NI Vision.*:LV-Create.該模塊主要實(shí)現(xiàn)功能：創(chuàng)建用于圖像的臨時(shí)存儲(chǔ)位置。使用IMAQ創(chuàng)建與IMAQ的Dispose VI結(jié)合使用，創(chuàng)建或處理在LabVIEW的NI視覺(jué)圖像。IMAQ ReadFile VI（IMAQ的ReadFile函數(shù)VI）其程序框圖：圖2-9 b）IMAQ ReadFile VI程序框圖框圖中調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)類型與IMAQ創(chuàng)建VI函數(shù)控件相同，類型為NI Vision.*:LV-ReadFile.該模塊可進(jìn)行圖像文件的讀取。此文件格式可以是標(biāo)準(zhǔn)的格式（BMP，TIFF，JPEG，JPEG2000，PNG和AIPD）或用戶已知的非標(biāo)準(zhǔn)的格式。在任何情況下，讀出的像素被自動(dòng)轉(zhuǎn)換成以圖片傳遞的圖像類型。 IMAQ Threshold VI（IMAQ的閾值VI）其程序框圖表示：圖2-9 c）IMAQ Threshold VI程序框圖框圖中調(diào)用函數(shù)節(jié)點(diǎn)同為調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)同樣可調(diào)用DLL庫(kù)或者共享庫(kù)，調(diào)用類型為NI Vision.*:LV-Threshold.向某個(gè)圖像施加一個(gè)閾值，判斷是否替換下限值和上限值之間存在于此范圍內(nèi)的像素的值。默認(rèn)狀態(tài)為真（T）時(shí)，替換這些象素值，并在狀態(tài)為假（F）時(shí)保持原始值。 IMAQ GetKernel VI（IMAQ獲取卷積核VI）程序框圖表示： 圖2-9 d）IMAQ GetKernel VI程序框圖框圖中主函數(shù)控件同樣為調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)，調(diào)用類型為NI Vision.*:LV_GetKernel.主要實(shí)現(xiàn)功能：讀取一個(gè)預(yù)定義的內(nèi)核。該代碼由三個(gè)獨(dú)立的單元：核心系列，卷積核大小和卷積核的數(shù)量。如果是你已經(jīng)知道的代碼，你可以直接在卷積核代碼中輸入代碼。 IMAQ Convolute VI（IMAQ的回旋VI）控件框圖程序表示：圖2-9 e) IMAQ Convolute VI程序框圖框圖中主函數(shù)控件的調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)類型為NI Vision.*:LV_ Convolute2.控件主功能：過(guò)濾圖像采用線性濾波器。計(jì)算是根據(jù)圖像類型和內(nèi)核的內(nèi)容在與整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)點(diǎn)之間執(zhí)行的。IMAQEdge Detection VI（IMAQ邊緣檢測(cè)VI）其控件框圖程序可表示為：圖2-9 f) IMAQEdge Detection VI程序框圖其調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)類型為NI Vision.*:LV_Edge Detection邊緣檢測(cè)的函數(shù)節(jié)點(diǎn)。控件模塊的主要功能：提取輪廓線（邊緣檢測(cè)）在灰度值。連接到輸入圖像Dst的任何圖像都必須與連接到圖片的Src具有相同的圖像類型。連接到輸入影像掩膜的圖像類型必須是一個(gè)8-比特位圖像。所連接的源圖像必須已經(jīng)創(chuàng)建具有能夠支撐該處理矩陣大小的邊框。例如，一個(gè)33矩陣中有最小的邊框尺寸為1。目標(biāo)圖像的邊框大小并不重要。IMAQ WriteFile VI（IMAQ寫入文件VI）程序框圖表示：圖2-9 g）IMAQ WriteFile VI程序框圖其調(diào)用函數(shù)節(jié)點(diǎn)類型為：NI Vision.*:LV-WriteFile控件模塊功能作用：圖像寫入到所選的格式的文件中。預(yù)處理包含主要處理過(guò)程：1、去噪在Labview中，我們可以采用”IMAQ NthOrder VI”來(lái)實(shí)現(xiàn)中值濾波，其圖標(biāo)如下：Size&Order#端子包含了X Size、Y Size和Order #，默認(rèn)值分別為3、3、4。而且默認(rèn)值對(duì)應(yīng)于33的中值濾波器。這是因?yàn)楫?dāng)我們?yōu)V波器尺寸f(f=X=Y)和Order#(N)滿足條件公式：N=(f-1)/2時(shí)，該濾波器就等效于一個(gè)中值濾波器。這里，f=3，所以根據(jù)公式有N等于4，也就是默認(rèn)情況下，該VI實(shí)現(xiàn)的就是一個(gè)中值濾波器的功能。通過(guò)查閱資料及實(shí)驗(yàn)了解到采用此VI進(jìn)行去噪處理得到的效果顯然沒(méi)有采用卷積的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)去噪的效果好。故采用上文介紹的”IMAQ Convolute VI”來(lái)去噪處理。對(duì)于這個(gè)VI而言，最重要的是如何選擇一個(gè)卷積核，也就是上文介紹”IMAQ GetKernel VI”中的”Kernel”，這里我們也就選用它來(lái)生成卷積核。該VI控件的KemelFamily輸入端決定了卷積核的類型，有四種類型可供選擇:Gradient，Laplacian，Smoothing，Gaussian。前兩種是屬于高通濾波器的卷積核，后兩種是屬于低通濾波器的卷積核。這里我們選擇Gaussian，并將Kemelsize設(shè)定為3，KemelNumber設(shè)定為0。設(shè)置模塊為2、銳化邊緣信息邊緣信息的銳化方法與去噪時(shí)采用的方法類似，不同的在于要選擇一個(gè)高通濾波器的卷積核，也就是說(shuō)我們只能在Gradient和Laplacian之間選擇一個(gè)。Gradient強(qiáng)調(diào)的是沿著一個(gè)指定方向上的像素灰度變化，而對(duì)其他方向上的灰度變化則不是很敏感，不符合我們的要求。因此我們選擇Laplacian算子。其他的均與去噪時(shí)的相一致。3、圖像分割我們采用二值化的方法進(jìn)行圖像分割。由于本設(shè)計(jì)中的被測(cè)物體是一個(gè)三維的物體，但目前本設(shè)計(jì)僅限于測(cè)量出目標(biāo)物體正面的長(zhǎng)、寬。這樣，我們方便對(duì)物體和背景進(jìn)行簡(jiǎn)單的二值化，使背景的灰度成一個(gè)值，而物體的灰度也成一個(gè)值。為了保留物體的兩個(gè)尺寸，必須使物體的正面圖像用一個(gè)灰度值表示，也就是說(shuō)整幅圖像共有兩個(gè)灰度值。首先我們利用”IMAQ Threshold VI”獲取物體兩個(gè)側(cè)面的灰度值(背景為白色，故灰度值為255)。本設(shè)計(jì)采用給定其灰度值一個(gè)閾值（閾值范圍：128255），每組分別包含灰度的上限值、下限值，這樣就可以實(shí)現(xiàn)了圖像的二值化分割。4、角點(diǎn)提取本設(shè)計(jì)中采用基于邊緣的角點(diǎn)提取算法提取圖像的角點(diǎn)首先是要提取其邊緣。在IMAQ Vision工具包里可用以下兩個(gè)可實(shí)現(xiàn)邊緣的提取的VIIMAQ CannyEdgeDetection VI和IMAQ EdgeDetection VI。其中前者用于提取邊緣的是Canny算子，后者包含了6種算子：Differentiation，Gradient，Prewitt，Roberts，Sigma以及Sobel。利用Canny算子檢測(cè)出來(lái)的邊緣很明顯邊緣線也比較細(xì)，檢測(cè)效果也是最好的。但我們是要求取角點(diǎn)的，而利用Canny算子檢測(cè)出來(lái)的邊緣線是呈一段一段的變化，中間有斷斷續(xù)續(xù)的而不是整段連續(xù)變化的。而本設(shè)計(jì)采用的是Roberts算子，Roberts邊緣算子是一個(gè)2x2的模板。它是一種最簡(jiǎn)單的算子，是一種利用局部差分算子尋找邊緣的算子，它采用的是對(duì)角線方向相鄰兩象素之差近似梯度幅值檢測(cè)邊緣。檢測(cè)垂直邊緣的效果要好于斜向邊緣，從圖像處理的實(shí)際效果來(lái)看，邊緣定位較準(zhǔn)。然而這個(gè)算子對(duì)噪聲比較敏感，故它無(wú)法抑制噪聲的影響。在NI-IMAQ I/O設(shè)備的數(shù)字I/ O功能中包括13個(gè)隔離輸入，兩路TTL輸入，10個(gè)TTL輸出，和四個(gè)隔離輸出。使用讀/寫控制來(lái)配置脈沖發(fā)生器，觸發(fā)器，正交編碼器計(jì)數(shù)，變化檢測(cè)器，以及NI-IMAQ I/O設(shè)備的看門狗定時(shí)器。5、檢測(cè)圖像的顯示存儲(chǔ)獲取邊緣圖像之后可將其通過(guò)前面板的圖像顯示控件顯示出來(lái)，并可將其以bmp的格式寫入到默認(rèn)路徑的文件。6、主程序框圖完成通過(guò)上述各模塊的介紹以及其對(duì)應(yīng)連接，并設(shè)定其閾值范圍，各枚舉類型的設(shè)定，以及判斷條件的選擇等。連線各模塊圖可得：圖2-10圖像邊緣處理程序模塊連接圖2.3 測(cè)量系統(tǒng)方案的實(shí)現(xiàn)2.3.1 物體尺寸檢測(cè)實(shí)例作為對(duì)機(jī)器視覺(jué)尺寸檢測(cè)系統(tǒng)研究的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，我們選擇了某型號(hào)軸承的外徑作為研究對(duì)象（在本文的具體實(shí)例說(shuō)明中都是采用該對(duì)象），對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)d=aN/可知，a為CCD光敏元的尺寸（為14m14m），N為被測(cè)件經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后在CCD光敏區(qū)所遮擋的光敏元的數(shù)目（可以通過(guò)對(duì)所采集的圖象作逐行掃描，測(cè)量工件圖象的待測(cè)部位的尺寸，即象素點(diǎn)數(shù)目），為光學(xué)成像系統(tǒng)的放大率，顯然，工件圖象的尺寸（以像素點(diǎn)數(shù)量表示）與工件的實(shí)際尺寸（以厘米或毫米表示）之間具有一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，即兩者之間的測(cè)量比為常數(shù)，由攝像物鏡的放大比和CCD器件的放大比所決定，此即為。利用一尺寸已知的標(biāo)準(zhǔn)工件作為測(cè)量對(duì)象，對(duì)CCD測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量比作精確標(biāo)定。測(cè)量尺寸未知的工件時(shí)，只需測(cè)定其圖像的邊長(zhǎng)或直徑所包含的像素點(diǎn)數(shù)量，除以，即可獲得工件的實(shí)際邊長(zhǎng)或直徑。所以標(biāo)定過(guò)程為：首先采用一已知直徑D0=10mm的圓形工件作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量比=D1/D0進(jìn)行標(biāo)定，其中D1即為該標(biāo)準(zhǔn)件的計(jì)算機(jī)圖像的直徑，以像素點(diǎn)的數(shù)量表示。采集標(biāo)準(zhǔn)樣品圖像并作二值化處理后，計(jì)算機(jī)自上而下對(duì)整幅圖像進(jìn)行逐行掃描，掃描線與標(biāo)準(zhǔn)樣品圖像的輪廓產(chǎn)生兩個(gè)截點(diǎn)，這兩個(gè)截點(diǎn)之間距離的最大值，即為標(biāo)準(zhǔn)樣品圖像的直徑D1，測(cè)得D1像素點(diǎn)，由此計(jì)算出（像素點(diǎn)/mm）。以標(biāo)定后的系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)某型號(hào)軸承的外徑，通過(guò)圖像采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)的獲取傳送帶上的軸承圖像，圖象處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的預(yù)處理和邊緣輪廓的提取，然后通過(guò)對(duì)圖像輪廓的掃描，計(jì)算出軸承外徑的像素點(diǎn)，除以上述標(biāo)定所得的，即可以求出軸承外徑。為了提高尺寸測(cè)量的精度、減少誤差，根據(jù)上述原理，具體對(duì)一幅處理后的圖象輪廓的掃描是從不同位置測(cè)量最后取平均來(lái)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)步驟如下：從圖像上部往下掃描，找到圓的最高點(diǎn)Al（xl，yl）；求出A；點(diǎn)和圓上其它各點(diǎn)的距離（像素點(diǎn)數(shù)）；求出中的所有距離中的最大值記為dl；從Al開(kāi)始，按照順時(shí)針?lè)较蛎扛粢欢ǖ慕嵌?，依次選取點(diǎn)Ak，按照和的步驟，求出相應(yīng)的最大值dk；按照循環(huán)一周，求出d1、d2、dm，則該圓的直徑值的像素點(diǎn)數(shù)為：d=（d1+d2+d3+dm)/m圓的直徑值D=d/。利用該系統(tǒng)，采用上述方法對(duì)某物體的尺寸進(jìn)行測(cè)量即可得出想要的測(cè)量尺寸結(jié)果。2.3.2 物體尺寸測(cè)量的實(shí)現(xiàn)此測(cè)量系統(tǒng)方案是基于LabVIEW機(jī)器視覺(jué)虛擬儀器設(shè)計(jì)物體尺寸檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行圖像邊緣處理之后然后就可以對(duì)圖像進(jìn)行尺寸上面的測(cè)量了。主要分為兩個(gè)方向上面的測(cè)量：橫向距離檢測(cè)和縱向距離檢測(cè)。1）縱向尺寸檢測(cè)其主程序框圖中采用了平鋪式順序結(jié)構(gòu)（Flat Sequence）、條件結(jié)構(gòu)(Case Structure)以及While循環(huán)。其中平鋪式順序結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流不同于其它結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流。所有連線至幀的數(shù)據(jù)都可用時(shí)，平鋪式順序結(jié)構(gòu)的幀就會(huì)按照從左至右的順序執(zhí)行。每幀執(zhí)行完畢后會(huì)將數(shù)據(jù)至傳遞至下一幀。即幀的輸入可能取決于另一個(gè)幀的輸出。而While Loop循環(huán)結(jié)構(gòu)的功能作用：重復(fù)執(zhí)行內(nèi)部的子程序框圖，直到條件接線端（輸入端）接收到特定的布爾值。連線布爾值至While循環(huán)的條件接線端。右鍵單擊條件接線端，在快捷菜單中選擇真(T)時(shí)停止或真(T)時(shí)繼續(xù)。也可連線錯(cuò)誤簇至條件接線端，右鍵單擊條件接線端，在快捷菜單中選擇真(T)時(shí)停止或真(T)時(shí)繼續(xù)。While循環(huán)至少執(zhí)行一次。首先通過(guò)IMAQ Create VI（IMAQ的VI創(chuàng)建）創(chuàng)建用于圖像的臨時(shí)存儲(chǔ)位置并對(duì)其命名。創(chuàng)建或處理在LabVIEW的NI視覺(jué)圖像。然后通過(guò)IMAQ ReadFile VI（IMAQ的ReadFile函數(shù)VI）讀取默認(rèn)或手動(dòng)選擇圖像存儲(chǔ)的文件來(lái)進(jìn)行處理。讀取文件之后采集所得圖像的數(shù)據(jù)信息再通過(guò)縱向測(cè)距函數(shù)控件（IMAQ Clamp Vertical Max VI）進(jìn)行處理。之后測(cè)得縱向尺寸距離通過(guò)顯示控件進(jìn)行鏈接顯示出來(lái)。該測(cè)距模塊有一個(gè)圖像輸出接口，處理之后將其輸入到平鋪式順序結(jié)構(gòu)的下一幀進(jìn)行操作處理，下一幀中存在 While Loop 中進(jìn)行循環(huán)操作，并在其中加入一條件延時(shí)操作處理。尺寸測(cè)量處理與上一幀類似，最終得出縱向尺寸顯示在前面板上。此測(cè)量方案采用條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行事件，即點(diǎn)擊自動(dòng)檢測(cè)確定按鈕時(shí)橫向尺寸檢測(cè)程序就會(huì)運(yùn)行起來(lái)，然后邊緣處理之后的圖像就會(huì)在橫向檢測(cè)的圖像顯示框里顯示出來(lái)。在上一幀中可通過(guò)選用調(diào)用節(jié)點(diǎn)依據(jù)圖像顯示框并創(chuàng)建其調(diào)用節(jié)點(diǎn)為，在下一幀中則是調(diào)用另一種類型：通過(guò)索引數(shù)組引入N維數(shù)組，然后對(duì)其進(jìn)行數(shù)組輸出元素的捆綁最終使得多個(gè)獨(dú)立元素組合為簇輸出然后再輸入到IMAQ Clamp Vertical Max VI進(jìn)行最后的處理。主要函數(shù)控件模塊：IMAQ Clamp Vertical Max VI（IMAQ縱向最大夾距）此控件VI各接線端子：其程序框圖采用的是層疊式結(jié)構(gòu)，各程序如下：圖2-11 a) IMAQ Clamp Vertical Max VI程序框圖1圖2-11 b) IMAQ Clamp Vertical Max VI程序框圖2圖2-11 c) IMAQ Clamp Vertical Max VI程序框圖3圖2-11 d) IMAQ Clamp Vertical Max VI程序框圖4圖2-11 e) IMAQ Clamp Vertical Max VI程序框圖5主要功能作用：從向所述搜索區(qū)域中心的搜索區(qū)域的水平側(cè)測(cè)量在縱向上的距離。該VI定位沿一組平行線或耙邊緣檢索。邊緣是根據(jù)其對(duì)比度和斜率來(lái)確定。通過(guò)各控件模塊等的連接以及節(jié)點(diǎn)的調(diào)用等，可將整個(gè)測(cè)距程序匯總為如下縱向測(cè)距的程序框圖：圖2-12 縱向尺寸檢測(cè)程序框圖2）橫向尺寸檢測(cè)橫向尺寸的檢測(cè)與縱向類似，僅僅表現(xiàn)在尺寸處理函數(shù)控件上（橫向?yàn)樗椒较蚝瘮?shù)控件，縱向則為縱向垂直方向函數(shù)控件）。所以這里就不多做解釋了，只需簡(jiǎn)要介紹一下其測(cè)距函數(shù)控件就可以了。IMAQ Clamp Horizontal Max VI（IMAQ的水平即橫向最大夾距VI）其控件接線端子為：其程序框圖可表示為：其框圖分為04幾部分層疊式結(jié)構(gòu)：圖2-13 a) 橫向測(cè)距模塊程序框圖1圖2-13 b) 橫向測(cè)距模塊程序框圖2圖2-13 c) 橫向測(cè)距模塊程序框圖3圖2-13 d) 橫向測(cè)距模塊程序框圖4圖2-13 e) 橫向測(cè)距模塊程序框圖5此水平（橫向）測(cè)距函數(shù)控件主要功能：從朝向檢索區(qū)域的中心的搜索區(qū)域的垂直側(cè)面測(cè)量在水平方向上的距離。該VI定位沿一組平行線或耙邊緣檢索。邊緣是根據(jù)其對(duì)比度和斜率來(lái)確定。通過(guò)各類控件連接得其程序框圖為：圖2-14橫向尺寸檢測(cè)程序框圖2.3.3 系統(tǒng)測(cè)距實(shí)際操作這里以對(duì)默認(rèn)路徑下的圖像采集進(jìn)行處理為例（選用一個(gè)型號(hào)為小米3的手機(jī)進(jìn)行檢測(cè)）首先要在預(yù)處理界面要選擇圖像采集方式，可供選擇路徑有默認(rèn)路徑、手動(dòng)選擇路徑，前者使用圖像采集模塊調(diào)用的視頻攝像頭進(jìn)行圖像的采集，后者即手動(dòng)選用已經(jīng)采集好的圖像圖片。圖2-15 采集處理圖像選用路徑操作演示原始圖像：圖2-16 演示物體測(cè)距系統(tǒng)采集原始圖像圖像預(yù)處理選擇邊緣檢測(cè)的算法進(jìn)行處理并獲得其邊緣輪廓。圖2-17 圖像預(yù)處理邊緣檢測(cè)邊緣輪廓的提取圖像邊緣提取之后就是目標(biāo)物體尺寸的測(cè)量圖2-18 目