基于LabVIEW的圖像處理實(shí)現(xiàn)實(shí)用教案

1、周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院6.1 圖像處理(t xin ch l)概述1.圖像與數(shù)字圖像2. 圖像是對(duì)客觀對(duì)象的一種相似性、生動(dòng)性的描述或?qū)懻妗?3. 數(shù)字圖像，即將連續(xù)的模擬圖像經(jīng)過離散化處理后變成計(jì)算機(jī)能夠辨識(shí)的點(diǎn)陣圖像。嚴(yán)格的數(shù)字圖像是一個(gè)經(jīng)過等距離矩形網(wǎng)格采樣，對(duì)幅度進(jìn)行等間隔量化的二維函數(shù)(hnsh)，因此，數(shù)字圖像實(shí)際上就是被量化的二維采樣數(shù)組。 第1頁/共24頁第一頁，共25頁。周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院2. 數(shù)字圖像處理 數(shù)字圖像處理是為了實(shí)現(xiàn)某種目的而對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行( jnxng)的操作，主要完成以下工作。（1）從圖像到圖像的處理。這類處理是將一幅

2、效果不好的圖像進(jìn)行( jnxng)處理，獲得效果好的圖像。例如在環(huán)境惡劣、雨雪天氣、光照條件不佳等情況下，造成的畫面的能見度很低，一些細(xì)節(jié)特征看不見時(shí)，為了提高畫面的清晰度，采用適當(dāng)?shù)膱D像處理方法，消除或減弱大霧層對(duì)圖像的影響，而得到一幅較清晰的圖像。（2）從圖像到特征、符號(hào)等的處理，隸屬于圖像分析的范疇。通常是為了分割、識(shí)別和跟蹤所做的處理。 第2頁/共24頁第二頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院3. 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)和目的 數(shù)字圖像處理就是把在空間上離散的、在幅度上量化分層的數(shù)字圖像，經(jīng)過一些特定數(shù)理模式的加工處理，以達(dá)到有利于人眼視覺或某種

3、接收系統(tǒng)所需要的圖像的過程(guchng)。具有處理精度高，再現(xiàn)性好、處理效果具有可控性、可以隨時(shí)修改處理方法的特點(diǎn)。將一幅圖像進(jìn)行處理之后要達(dá)到一定的目的，通常情況下，圖像處理主要是為了實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)方面的目的。（1）針對(duì)客觀對(duì)象的處理，主要是提高圖像的觀賞效果，達(dá)到自然逼真的目的。（2）針對(duì)后續(xù)應(yīng)用的操作，主要是從獲取的圖像中提取出感興趣目標(biāo)的特征或者是圖像所包含的特殊的信息。（3）針對(duì)圖像數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，采用數(shù)學(xué)手段對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、編碼和壓縮，便于圖像的處理、傳輸和存儲(chǔ)。第3頁/共24頁第三頁，共25頁。周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院4. 數(shù)字圖像處理的主要(zhyo)內(nèi)容

4、根據(jù)主要(zhyo)的處理目標(biāo)數(shù)字圖像處理大致可以分為圖像數(shù)字化、圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像的幾何變換、圖像復(fù)原和重建、編碼分析等內(nèi)容。LabVIEW 2011提供視覺處理模塊提供了多種圖像處理的方法。NI公司的圖像采集軟件能夠從不同相機(jī)上采集圖像，也能夠從標(biāo)準(zhǔn)端口的IEEE 1394和千兆位以太網(wǎng)視覺相機(jī)采集圖像。 同時(shí)LabVIEW也提供了強(qiáng)大的圖像處理函數(shù)庫(kù)，包括圖像去噪、增強(qiáng)、邊緣檢測(cè)、顆粒分析等函數(shù)。第4頁/共24頁第四頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院6.2 IMAQ模塊(m kui) NI公司的IMAQ(Image Acquisitio

5、n System) Vision軟件是LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)外掛的機(jī)器視覺(shju)和圖像處理開發(fā)工具包。IMAQ Vision軟件中包括一整套MMX優(yōu)化函數(shù)，提供了大量的圖像預(yù)處理、圖像分割、圖像理解函數(shù)庫(kù)和開發(fā)工具，可用于完成圖像的灰度、彩色以及二值圖像的顯示、圖像處理（包括統(tǒng)計(jì)、小波分析、濾波、和幾何變換等）以及形狀匹配、斑點(diǎn)分析、計(jì)算和測(cè)量等。 第5頁/共24頁第五頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院6.2.1 Vision控件選板第6頁/共24頁第六頁，共25頁。周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院第7頁/共24頁第七頁，共2

6、5頁。周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院6.2.2 視覺(shju)與運(yùn)動(dòng)函數(shù)選板第8頁/共24頁第八頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院1.NI-IMAQ子函數(shù)選板2. 該選板是實(shí)現(xiàn)圖像采集(cij)功能，主要是通過NI 的系列圖像采集(cij)板卡來獲得圖像，函數(shù)節(jié)點(diǎn)包括任務(wù)的建立、設(shè)備的初始化以及硬件參數(shù)的設(shè)定等函數(shù)節(jié)點(diǎn)。第9頁/共24頁第九頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院2. Vision Utilities子函數(shù)選板 該選板是視覺應(yīng)用模塊，主要用來對(duì)圖像進(jìn)行一些初步的整體操作。該子函數(shù)選

7、板包括建立和清除圖像任務(wù)、獲取圖像的各類信息、圖像的類型轉(zhuǎn)換、圖像文件以及圖像附加信息的讀寫操作（圖像文件可以(ky)是BMP、JPEG、PNG或TIFF）、完成ROI和Mask之間的轉(zhuǎn)化、圖像的放大和縮小，平移以及旋轉(zhuǎn)、對(duì)圖像像素直接進(jìn)行操作、圖像覆蓋、彩色圖像中色彩的提取等函數(shù)節(jié)點(diǎn)。第10頁/共24頁第十頁，共25頁。周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院3. Image Processing子函數(shù)選板 該選板是圖像處理(t xin ch l)模塊，主要是對(duì)灰度和彩色圖像的處理。第11頁/共24頁第十一頁，共25頁。周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院（1）處理模塊（Processi

8、ng），完成像素值的處理。包括像素值的查表轉(zhuǎn)換，灰度圖像和彩色圖像閥值的設(shè)定。（2）濾波器模塊（Filters），對(duì)圖像進(jìn)行濾波等處理。包括各類算子的構(gòu)造和使用，以達(dá)到對(duì)圖像平滑，去處噪聲，邊緣銳化等處理。（3）圖像的形態(tài)處理模塊（Morphology），一般是對(duì)灰度圖像進(jìn)行的處理。包括圖像的填補(bǔ)，距離的測(cè)量，圖像的細(xì)化，圖形的分離等模塊。（4）圖像的分析模塊（Analysis），一般是針對(duì)二值圖像或灰度圖像進(jìn)行。包括圖像中灰度值的分析，圖形質(zhì)心的計(jì)算，圖像中直線灰度值和ROI 輪廓線的分析。（5）彩色處理模塊（Color Processing），一般是針對(duì)彩色圖像中的顏色進(jìn)行處理。包括圖像中

9、彩色像素的取代，色彩的閥值和分析，圖像中色彩的學(xué)習(xí)和匹配。（6）圖像操作模塊（Operators）。包括圖像的加減乘除運(yùn)算，以及邏輯運(yùn)算。其運(yùn)算的元素(yun s)是圖像中像素點(diǎn)的像素值。（7）圖像的頻域分析模塊（Frequency Domain），包括FFT 變換和FFT 反變換等操作。第12頁/共24頁第十二頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院4. Machine Vision子函數(shù)選板 該選板是機(jī)器視覺應(yīng)用模塊，主要包括一些在工程中常用的模塊，如坐標(biāo)系的確定，圖像的匹配和邊緣的檢測(cè)等。該模塊中絕大多數(shù)都是一個(gè)完成特定功能的子程序，由本節(jié)前面介紹

10、的基本( jbn)模塊構(gòu)成。 第13頁/共24頁第十三頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院6.3 Vision Assistant 2011 用戶若安裝National Instruments Vision Assistant 2011，可以使用該工具對(duì)圖像進(jìn)行(jnxng)獲取，瀏覽或者處理，該工具助手提供了常用的圖像處理的算法，供用戶方便使用，在此不再贅述。 第14頁/共24頁第十四頁，共25頁。周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院6.4 圖像(t xin)讀取與保存6.4.1 圖像文件格式簡(jiǎn)介（1）BMP文件格式（2）TIFF文件格式（3）

11、JPEG文件格式（4）GIF文件格式（5）PNG文件格式 在LabVIEW中提供了IMAQ ReadFile用于打開并讀取計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的文件數(shù)據(jù)到圖像引用中。IMAQ ReadFile可以讀取以標(biāo)準(zhǔn)格式存儲(chǔ)的圖像，如BMP, TIFF, JPEG, JPEG2000, PNG, 和AIPD，或者制定的非標(biāo)準(zhǔn)格式。通常情況下，LabVIEW軟件(run jin)會(huì)自動(dòng)將像素轉(zhuǎn)換成所傳遞的圖像類型。第15頁/共24頁第十五頁，共25頁。周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院6.4.2 讀取圖像 讀取圖像是對(duì)圖像進(jìn)行處理的第一步，本節(jié)將介紹在LabVIEW中將一幅(y f)圖像從指定的位置讀出，并

12、顯示在LabVIEW的前面板窗口中。第16頁/共24頁第十六頁，共25頁。周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院6.4.3 保存圖像(t xin) 保存圖像(t xin)是也是對(duì)圖像(t xin)進(jìn)行處理的重要一步，本節(jié)將通過實(shí)例來介紹如何保存圖像(t xin)。第17頁/共24頁第十七頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院6.5 基于LabVIEW的圖像增強(qiáng)設(shè)計(jì)(shj)實(shí)現(xiàn) 6.5.1 灰度變換 灰度變換是圖像增強(qiáng)的一種手段，用于改善圖像顯示效果，屬于空域處理方法，它可以使圖像動(dòng)態(tài)范圍加大，使圖像對(duì)比度擴(kuò)展，圖像更加清晰，特征更加明顯?；叶茸儞Q實(shí)

13、質(zhì)就是( jish)按一定的數(shù)學(xué)規(guī)則修改圖像每一個(gè)像素的灰度，從而突出圖像中“感興趣”的區(qū)域?；叶茸儞Q可分為線性變換和非線性變換。 第18頁/共24頁第十八頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院第19頁/共24頁第十九頁，共25頁。周鵬 安徽工程大學(xué)(dxu)電氣工程學(xué)院6.5.2 中值濾波 在前面第5章的相關(guān)內(nèi)容中已經(jīng)講述過中值濾波器的知識(shí)。中值濾波是一種常用的去除噪聲的非線性平滑濾波處理方法，中值濾波器的輸出像素是由鄰域像素的中間值決定的。中值濾波器產(chǎn)生的模數(shù)較少，更適合于消除圖像的孤立噪聲點(diǎn)。綜上所述，中值濾波是一種既能滿足圖像平滑要求，又可去除

14、圖像中噪聲，并保持(boch)圖像邊緣輪廓清晰的方法。二維中值濾波的窗口形狀可以有多種，如線狀、方形、十字形、圓形、菱形等。不同形狀的窗口產(chǎn)生不同的濾波效果，使用中必須根據(jù)圖像的內(nèi)容和不同的要求加以選擇。第20頁/共24頁第二十頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院第21頁/共24頁第二十一頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院6.5.3 銳化濾波 銳化濾波器能減弱或消除傅里葉空間的低頻分量，但不影響高頻分量。因?yàn)榈皖l分量對(duì)應(yīng)圖像(t xin)中灰度值緩慢變化的區(qū)域，因而與圖像(t xin)的整體特性，如整體對(duì)比度和平均灰度有關(guān)，高通濾波器將這些分量率去可使圖像(t xin)銳化增強(qiáng)被模糊的細(xì)節(jié)。第22頁/共24頁第二十二頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院第23頁/共24頁第二十三頁，共25頁。周鵬 安徽工程(gngchng)大學(xué)電氣工程(gngchng)學(xué)院謝謝您的觀看