Labview經(jīng)驗機器視覺系列-Vision基礎(chǔ)知識下集

1、Labview經(jīng)驗機器視覺系列Vision基礎(chǔ)知識下集第1章節(jié)（下）rolexcellinireplica在上回我們逐一介紹與機器視覺相關(guān)的專有名詞與周邊光學設(shè)備，在本回要開始來說明如何使用LabVIEW來截取相機的影像，并正確的顯示在人機介面上；另外也針對NIVision所提供的影像校正模式進行說明，以及如何利用軟體方式來設(shè)定相機的屬性與觸發(fā)取像模式。audemarspiguetroyaloakoffshorechronoautoreplica1.2軟體截取與顯像1.2.1NIMAX影像裝置確認在前面一小節(jié)介紹了架設(shè)整個影像系統(tǒng)所需要的硬體相關(guān)設(shè)備，現(xiàn)在要來說明如何在NIMAX找到已安裝的相

2、機，并且從相機中取得影像。當我們打開NIMAX,在MySystem-DevicesandInterfaces-NI-IMAQdxDevicesJ下，可找尋已安裝成功的相機，點選相機后,按下右邊畫面的上方Grab鍵可進行連續(xù)取像，另外紅色框選處可以找到一些關(guān)于相機的規(guī)格與內(nèi)部參數(shù)設(shè)定，畫面下方有顯示影像的基本參數(shù)，包括目前影像大小、縮放比例與像素的顏色值，另外下方的tab表單處可以找到一些關(guān)于相機的規(guī)格與內(nèi)部參數(shù)設(shè)定。replicamiumiutotebags圖1.26-在NIMAX下進行取像作業(yè)A&0Lti.*JCTPWPT1*丄Nerwp4E和知紳2冬應CM-Jtrt-1Shf*7.rU.H

3、7!1CAnMrJta1.2.2IMAQ影像截取模式現(xiàn)在要來練習如何使用LabVIEW來取得相機的影像。如果您過去曾經(jīng)使用LabVIEW來開發(fā)NI相關(guān)產(chǎn)品，如DAQ設(shè)備等，不難發(fā)現(xiàn)LabVIEW在相關(guān)套件中都會提供兩種開發(fā)模式：1.高階元件(HL)；2.低階元件(LL)，同樣地在IMAQ套件裡也存在這兩種開發(fā)模式。高低階模式并不是將元件區(qū)分為高低等級，所謂的高階元件主要是將資源開啟、擷取、關(guān)閉全包裝成一個ExpressVI，可以幫助使用者快速地完成取像相關(guān)的程式設(shè)定，就能直接將影像輸出到LabVIEW上；而低階取像元件將功能切割為數(shù)個VI，需由使用者自行設(shè)定元件才能完成取像動作，好處在于能夠讓

4、使用者更有彈性的唿叫參數(shù)設(shè)定，而另一個優(yōu)點在于，與高階元件相比，少了反覆建立與關(guān)閉資源的動作，可以有效降低系統(tǒng)資源浪費。高階（HL）取像元件使用步驟安裝完LabVIEW的IMAQ套件后，可在BlockDiagram（簡稱BD）下，按下右鍵跳出FunctionTemplate后依序往下搜尋FunctionTemplate-VisionandMotion-VisionExpress-VisionAcquisition（圖1.27），將VisionAcquisition元件拉到BD上，會自動啟動設(shè)定畫面。加1眄盤U4-,W*vef&rmCc*mpfliri?gn崗FileI/O*3FunctiamP

5、rogBEjEingiSinjcturetAppticCionGraphics&Report&en.Synchroniza.VisionandMotion圖1.27-VisionAcquisition元件位置設(shè)定的取像來源(SelectAcquisitionSource)左側(cè)AcquisitionSourcesforLocalhost可以檢視目前安裝在電腦上所有相機名稱，選擇位于NI-IMAQdxDevices的相機camO：Balsler，為本次取像用的相機，接著可以按下右方連續(xù)取像按鍵，測試相機是否有正常被Initialize并取到像；右下角有提供一些關(guān)于相機的基礎(chǔ)數(shù)值(參考圖1.2.2)

6、。匸&NVisionAcquExpressWTSI1OD-Btos*越糊沈桁1躺8嗣e碉紐科佩3.密穂早璨攜iSkHtAcq-urfllMM&mjpphftAriQMilMViTyp#|At4l繆ban如rmc|wuLongfiMYvgs|SjUpc!-CanWiI.fliiA-HWE-1nn：V4-rvwvW?ESinUfiMAzqfecn.曰嚴犧轉(zhuǎn)占瑚kt沖Jj口伽“回AVIAI02.建is取矗地后曲feriMahnfi沁；hteKtdA圖1.28-設(shè)定的取像來源設(shè)定擷取影像操作方式(SelectAcquisitionType)共分成4種類型：取單張影像(SingleAcquisition

7、withprocessing)連續(xù)取像(ContinuousAcquisitionwithinlineprocess)一次取固定張數(shù)影像，邊取像邊做處理(FiniteAcquisitionwithinlineprocessing)一次取固定張數(shù)影像，當所有影像取得完畢后再做處理(FiniteAcquisitionwithpostprocessing)NJ口FJIVrstnAcqu-sittori!tipreHIoContnuouAcquu-rtionwithimiineprocHnngi|2.連戟取擺usedmajriB3HSJSS5Ifyoutonatwanttei阿s5rnages,sdK

8、tAiCM1EvSryardJptafyCheNumber岀加旳eg昂btfftc.Yw*w?er(nestingWmustbeiess岀animrEfl*KXliSiBnntiraetDaviMjFRSiingmsgwFiniteAcquvjtMDCK5iigtmetbnger1hmarvrageacqustonUne.樂一玄咼固龍旅毎煖.所自總?cè)迓毘永镌俟炭袄韲肋澈魀*”ing1,膠3(峯蚩憧_hiiKqirtttrti5u5Kffl-M?liHlfl45TK*taOeW0Wstruclmaferequred.Acqtir*InragfiSquireMeFinit*ArqiirutHnv

9、nHiilrlm*prar*c*GhngjIfid!iMnber0X6,補1WnRtna*eisacqured,itwtbeariaUeSixnaepn)cessng.TiecsjafUM曲wanttoMioyorprooe酩vwm畑tsbeterr阮鯊鼻便麗灼dwie,農(nóng)一寂取閔宦張窮慷-道取至惟迢做感琨圖1.29-設(shè)定擷取影像操作方式這個項目我們先選擇連續(xù)取像模式，繼續(xù)往下設(shè)定。設(shè)定取像參數(shù)ConfigureAcquisitionSettings可依據(jù)環(huán)境因素來調(diào)整相機的參數(shù)達到最佳化，如增益值（Gain）、Gamma、取像模式等，設(shè)定過程可以同時按下右上方的Test鍵來觀察設(shè)定結(jié)果，這邊

10、我們暫時不做任何需要設(shè)定，直接往下一步。圖1.30-設(shè)定取像參數(shù)設(shè)定是否將影像儲存到硬碟(ConfigureImageLoggingSettings)若將EnableImageLogging勾選，表示將擷取到的影像儲存到下方指定的資料夾位置，并可設(shè)定儲存的影像格式，值得注意的是，若開啟此功能可能因為硬碟存取速度的關(guān)係，使得最大取像速度降低。圖1.31-設(shè)定是否將影像儲存到硬碟設(shè)定影像參數(shù)輸入與輸出SelectControls/Indicators可依據(jù)應用，開放影像參數(shù)供外部控制元件(Control)設(shè)定，讓該取像用的ExpressVI獲得輸入與輸出的功能，在此我們勾選顯示元件(Indicat

11、or)中的ImageNumber與FrameRate，最后按下Finish鍵完成設(shè)定。圖1.32-設(shè)定影像參數(shù)輸入與輸出Stop(F)FrameRateInnageOutStoppedVisionAcquisitionStop(FJ圖1.33-HL取像元件自動產(chǎn)生的程式碼ao3dImageOut,658:AL.-X圖1.39-LowLevel取像元件程式碼步驟說明：指定開啟相機名稱，從IMAQSession中選擇對應的相機名稱設(shè)定相機取像模式為連續(xù)，ImageBuffer設(shè)為3開始取像任何由外部取得的影像，都需透過IMAQ建立一組記憶體空間來儲存，由于取像來源是彩色相機，每一張彩色(RGB)影

12、像需要3*8bit的空間來儲存，所以ImageType要選擇RGBU32進入While迴圈后，會不斷將影像覆蓋到記憶體區(qū)內(nèi)，此時將影像接到DisplayImage即可在人機介面觀察到影像，直到按下Stop或Error產(chǎn)生時才會跳出迴圈停止取像解除相機設(shè)定結(jié)束指定名稱的相機作業(yè)清空儲存影像的記憶體空間最后再轉(zhuǎn)換畫面到FP,啟動程式后就會開始連續(xù)取像，直到有人按下人機上的Stop鍵，停止取像。使用上述兩種開發(fā)模式都可以成功將相機的影像擷取到LabVIEW,有了這些影像來源(ImageSource)后，就可以再繼續(xù)往下做影像后處理(ImageProcess)與機器視覺(MachineVision)的

13、應用了。1.2.3影像軟體校正確認影像系統(tǒng)能正常取像后，首先要做的是對整個影像系統(tǒng)做校正，為何還要多此一舉呢？主要塬因有兩點：真實世界描述物體的單位可能是吋(inch)或公厘(mm)，但在影像系統(tǒng)裡，描述影像的是像素(pixel)，這兩者之間必須存在一單位轉(zhuǎn)換公式，影像才有辦法轉(zhuǎn)換成真實比例，對于尺寸量測或視覺對位類型的應用特別重要。前面章節(jié)曾提到視覺系統(tǒng)可能因為鏡頭的失真(Distortion)，或者因為相機投射方向與檢測物表面非完全垂直，這兩種情況都會造成影像變形，需透過影像校正來修正這些變形量。在NIVISION(IMAQ)有提供以下幾種校正模型，主要目的在于單位轉(zhuǎn)換與修正變形量：Fla

14、tObjectsCurvedObjectsMicroplanes(Grid)Correctsdistortionforaworkingplanethat唱notflatbasedononeormorecalibrationgridimages*圖1.40-NIVISON提供的校正模型PointDistanceCalibration:在影像變形量輕微且忽略不計下，利用真實世界兩點距離與像素之間做單位轉(zhuǎn)換PointCoordinatesCalibration:已知真實世界點位置座標與影像中的像素座標做對應，用來修正非垂直透視投影所產(chǎn)生的變形DistortionModel(Grid):利用相機拍攝一

15、張格點校正片的影像，可同時修正鏡頭失真與非垂直透視投影所造成的失真CameraModel(Grid):利用多張格點影像進行相機模型校正，包括焦距、影中心點與影像失真，一般常用于機械手臂定位應用Microplanes(Grid):修正在非平整的工作表面所造成的影像失真1.3相機的屬性與觸發(fā)模式設(shè)定1.3.1相機屬性說明了解如何透過LabVIEW來取得影像后，另外可針對相機的部分屬性進行參數(shù)的微調(diào)，一些常用的參數(shù)有：AnalogControlsGainAuto：可設(shè)定自動或手動增益Gain（Raw）:設(shè)定增益值，會直接影響黑跟白的對比，調(diào)高Gain值，不僅會強化影像的對比強度，同時也會將雜訊的放大

16、ImageFormatControlsImageFormatControls：若使用的是彩色相機，可將影像設(shè)為灰階（Mono）或彩色格式（Color）;若使用的是黑白相機，則只能設(shè)定灰階影像輸出AcquisitionControlsTriggerMode：開啟或關(guān)閉觸發(fā)功能TriggerSource:可選擇軟體觸發(fā)（Software）或者硬體觸發(fā)（Line）GenerateSoftwareTrigger：當觸發(fā)模式設(shè)定為Software時，執(zhí)行相機后，每按一下取一張影像ExposureAuto：開啟/關(guān)閉自動曝光，一般都設(shè)定為關(guān)閉ExposureMode：可設(shè)定固定曝光時間（Timed）模式，

17、或者是脈衝寬度（TriggerWidth）模式，由觸發(fā)訊號的脈衝持續(xù)時間的來決定曝光時間ExposureTime：設(shè)定固定曝光時間，曝光時間越長，畫面亮度會有所提升，曝光時間如果拉得太長會產(chǎn)生過曝，如果遇到晃動也容易產(chǎn)生殘影1.3.2觸發(fā)模式說明硬體觸發(fā)（Line）：一般工業(yè)相機都會提供數(shù)組硬體觸發(fā)訊號（Line），可以接收來自外部IO卡的訊號，當相機收到觸發(fā)后，立即擷取一張影像，常使用在高速影像擷取或LineScan的應用。以LineScan為例，利用運動裝置逐行對待測物進行線掃描，每一條影像間距需相同，否則會產(chǎn)生影像變形。利用運動裝置的編碼器與相機的硬體觸發(fā)做結(jié)合，設(shè)定編碼器的光學尺每移動

18、固定距離就發(fā)送一組訊號，當運動裝置移動一段距離，相機會立即收到一組觸發(fā)訊號，接著完成取像動作，這樣做法可確保取到的影像間距都相同。Y-AxisExternalTriggerMotionEncoderSignalObservedLine丘LineScanCamera圖1.41-LineScan的示意圖軟體觸發(fā)(Software)：在無硬體觸發(fā)情況下，還是可以利用軟體方式模擬觸發(fā)訊號，例如可在人機介面上設(shè)立一顆Boolean按鍵，若按鍵的機械模式為LatchwhenRelease，當按鍵按下后放開，正緣觸發(fā)(PositiveEdge)成立，立即透過軟體方式告訴相機擷取一張影像，這種觸發(fā)方式適用于大部分視覺應用。除了在NIMAX下的NITMAQdxeCameraAttributes可做參數(shù)設(shè)定外；若使用HL開發(fā)方式，可在ExpressVIeVisionAcquisi七怡門的廠ConfigureAcquisitionSettings選項中做設(shè)定；而使用LL元件開發(fā)，需先利用NI-IMAQdxeEnumerateAttributes來讀取目前使用相機所有可以設(shè)定的參數(shù)名稱(AttributeName)，再將參數(shù)名稱輸入到PropertyNode的ActiveAttribute功能，并且指定對應的資料格式來完成參數(shù)寫入。圖1.42-NIMAX下的屬性設(shè)定圖