虚拟仪器在数字图像视觉系统中的应用

吕国皎，唐 婷

(成都电子机械高等专科学校 a.通信工程系;b.电气与电子工程系，成都 610071)

虚拟仪器在数字图像视觉系统中的应用

吕国皎a，唐 婷b

(成都电子机械高等专科学校 a.通信工程系;b.电气与电子工程系，成都 610071)

传统计算机视觉系统一般由软硬件系统设计等步骤完成，其中硬件设计、驱动开发以及VB进行应用程序的编写会花费大量的时间。利用虚拟仪器的视觉与运动系统可以方便地进行计算机视觉系统的设计，并快速进行数字图像处理，大大缩短设备仪器开发时间。

虚拟仪器;数字图像处理;计算机视觉

计算机视觉系统在工业生产的机器设备中有着广泛的应用，无论是集成电路组装中对元器件的定位与识别，还是包装厂中对于包装完整性的检测，都需要利用计算机视觉来对元件进行检测。传统的计算机视觉系统一般由软硬件系统设计等步骤完成，其中硬件设计、驱动开发以及VB、C语言等应用程序的编写将花费大量的时间。利用虚拟仪器的视觉与运动系统可以方便地进行计算机视觉系统的设计，并快速进行数字图像处理，大大缩短设备仪器开发时间。基于X86平台的虚拟仪器测控系统是一种最为方便且经济的测控系统设计方案。

1 虚拟仪器及视觉与运动模块

虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。它代表着从传统硬件为主的测试系统到以软件为中心的测试系统的根本性转变。

视觉与运动模块为虚拟仪器的付费升级模块，其内部集成了大量的图像采集硬件驱动软件以及数字图像处理的模块化函数，可以方便地进行图像信号的空域及频域处理。

1.1 基于虚拟仪器的视觉系统

基于虚拟仪器的视觉系统［1］利用NI公司专用的图像采集设备可以完成图像信号的采集，其硬件的驱动程序在视觉模块中已经包含，避免了专门开发硬件驱动的弊端。并且利用重新编辑后的ImaqDirectShowDll文件对摄像头部分的动态数据链进行替代，可以将硬件范围扩展到所有通用的摄像器件。

采集到的图像数据在图像模块中将被重新定义为有效的图像文件，其数据可以在软件内部被引用。利用视觉与运动模块中定义的大量库函数可以轻松地完成数字图像的各种处理与变换。由于虚拟仪器同时兼容计算机语言编程，故也可以单独为某一功能实现算法的编写，如基于自定义加权模板算子的空域滤波。

1.2 研究现状

虚拟仪器在国内已经普及，虚拟仪器的视觉与运动模块已经可以用于设计一些计算机视觉系统，如三轴影像测量仪、田间多光谱视觉系统等，其模块化图形化的设计流程可以把开发时间压缩到最短。以一个图像采集及识别系统为例，以传统的设备开发流程其软硬件以驱动的开发周期至少为1个月，而利用虚拟仪器进行设计，其系统的主体部分可以在1h内完成，且系统稳定为开发过程节约了大量的时间和财力。

2 虚拟仪器在视觉系统中的应用

虚拟仪器内置的库函数覆盖广泛，现今常用的数字图像处理方法在其函数库中都可以找到，如图像采集的控制、图像文件处理、图像的增强、直方图处理、频域变换等等，如图1所示。因此，利用这些函数可以方便地搭建出预先设计好的功能。

图1 视觉与运动函数模块

其中Ni-imag和Ni-imagdx函数库中主要是图像采集控制的函数，如图像的采集开始于结束控制等等。Vision Utilities库中主要是图像的文件处理，比如图像的定义，图像文件的读取、存贮以及属性转换等。Image Processing为数字图像处理模块，主要完成数字图像的空域以及频域处理。Machine Vision模块主要为内置的一些机器功能。

本文以一个图像采集及识别系统为例介绍如何利用虚拟仪器进行视觉系统的设计。

2.1 视觉系统的硬件部分

利用虚拟仪器进行图像的采集及识别系统设计［2］，其主体在于软件的设计，故硬件方面只需要一台计算机以及相应的数据采集卡和图像摄像头即可，直接利用USB摄像头也可以完成图像数据的采集。其硬件平台相对于其他测试系统而言结构简单、易于实现。

图2 图像的频域滤波

2.2 视觉系统的软件部分

采集到的数据首先需要对其进行图像的创建和定义，需要用到IMAQ Create函数，当数据被读取以后就可以对图像进行操作。

2.2.1 完成图像的噪声处理

采集到的图像不可避免会引入一些噪声，这些噪声的存在会使得图像的识别存在误差，故应当去除某些噪声还原真实图像［3］。在实际的图像采集过程中由于光源的不确定性也可能导致图像的颜色发生偏差，如红光照射下的图像会偏红，故在此过程中也可以考虑将图像转变为灰度图像进行处理，在此可以调用IMAQ cast image函数进行处理。

图像的噪声抑制处理可以分为空域滤波和频域滤波2类，其中K近邻的边界保持类滤波为空域内比较常用的滤波方式，频域滤波则可以用FFT(快速傅里叶变换)进行处理。图2为利用FFT变换进行滤波。

2.2.2 图像的分析与识别

对于图像的采集与识别可以按照不同的应用范围对其进行算法的设计，若需要对某一电路板的焊接质量进行评判［4］，就可以用某一元件的标准焊接图像作为参考，在采集到的图像中进行查找，若查找到的匹配数目越多，则可以证明焊接质量相对较好。同样对于实际的机器设备也可以用识别模块来达到电路板mark点的识别与定位［5］。在此步骤中需要应用到Find patterns函数，如图3所示。

图3 图像的分析与识别

图4 采集到的电路板图像及其识别

2.2.3 结果的输出与分析

在完成了图像数据的分析和处理之后，最后的结果可以用图像显示控件进行输出，并且根据其过程中的分析数据对软件的设计功能进行评判［6］。虚拟仪器可以提供强大的数学分析能力，使得用户可以方便地对这些测试参数进行处理，在测控系统中，这些测试参数可以作为一些反馈指标实现系统的闭环控制。如图4为采用USB摄像头进行电路板图像采集的实例。

3 结束语

利用虚拟仪器的视觉与运动模块可以方便地进行各种计算机视觉程序的开发，大大缩短设备的开发时间，减少设计测试成本。本文介绍了该模块的功能，以及利用该模块实现了一种电路板质量检测的方法，并详细叙述了该方法的图像处理方式与流程。通过实际的测试，此方法可以完成预期的设计功能。随着虚拟仪器技术的发展，利用虚拟仪器视觉技术开发仪器设备将会越来越普及。

［1］李培江，李淑清，高华，等.基于LabVIEW的网络机器视觉检测系统［J］.传感器与微系统，2007(8):26-28.

［2］齐龙，马旭，周海波.基于虚拟仪器技术的田间多光谱视觉系统设计［J］.农业机械学报，2009(1):157-161.

［3］潘开林，李逆，丘伟阳，等.基于虚拟仪器的PCBA多通道视觉检测系统［J］.测试技术学报，2009(6):530-534.

［4］胡仲波.基于虚拟仪器技术的PCB视觉检测系统［D］.南京:南京理工大学，2006.

［5］王付军.基于图像处理的电子元件焊接质量检测［D］.保定:河北大学，2010.

［6］高湘玲.PCB数字图像检测与识别研究［D］.成都:西南交通大学，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

吕国皎(1985-)，男(汉族)，四川成都人，助教，硕士，研究方向:光学工程。

唐婷(1979-)，女(汉族)，四川成都人，讲师，硕士，研究方向:自动化技术。