10.2.4 圖像採集
要處理圖像，必須先要獲取一張圖像。獲取圖像是通過調用Vision中的IMAQ USB函數來實現的。它的最大優勢在於可以自動識別USB攝像頭，並讀取數據。選擇"函數"|"Vision and Motion"|"IMAQ USB"命令，打開IMAQ USB函數下拉列表，如圖10-46所示。
在進行圖像採集時，先要用IMAQ Create函數創建一個圖像任務，此函數的接線如圖10-47所示。
圖10-46 圖像採集函數 圖10-47 IMAQ Create函數圖標
這裡通過此函數對圖像的名稱和類型大小等進行定義，否則後面的工作沒有辦法進行。然後再通過一個USB啟動函數來調用USB攝像頭設備。此函數是NI公司自己研發專門讀取USB設備的函數，其內部通過調用ImaqDirectShowDll.dll文件來實現。
打開USB設備後，就要從此設備上獲取數據，所以用了一個IMAQ USB Grab Acquire函數來實現。整個圖像採集程序框圖如圖10-48所示。
10.2.5 圖像處理過程
此處的圖像處理包括對圖像進行採樣，找出與採樣點相同的圖像。為了找出各種角度放置的採樣點，在查找的同時對圖像進行了360°的翻轉，這樣可以找出圖像上所有相同點。
1．整體設計
在本實例設計中，對一張圖片先設置好要查找的內容，然後開始自動查找，最後對找出的內容進行標記和顯示。
由於軟件的運行比較複雜，數據的採集又是實時的，要求處理速度比較快，所以要對其進行整體設計，合理安排控件的調用和執行順序。本程序中採用了一個大循環，保持程序的持續運行。在內部再調用一個順序結構來控制程序的執行順序，這樣可以保證程序按編程者的思路進行。具體的工作流程圖如圖10-49所示。
圖10-48 圖像採集 圖10-49 整個程序流程圖
2．設置查找像素
讀取了圖像數據後，還要設置查找的像素。這裡通過一個光標選擇函數來實現。先用函數IMAQ Setup Learn Pattern 2來設置需要記錄的各項，然後再用IMAQ Extract函數進行光標設置。這樣就記錄了此光標區域的圖像數據。它的程序框圖如圖10-50所示。
圖10-50 設置查找像素
這裡用一個條件結構來控制是否進入記錄像素的程序。也就是當選擇了要記錄的像素後，才進入此分支程序。在這一分支程序中，又利用了一個順序結構，這樣提高了程序運行的效率。它的程序如圖10-51所示。
圖10-51 復位記錄按鈕
3．開始查找
當設置完以上要查找的像素後，就可以在需要的圖片中查找此像素。為了查找有用的像素，在選擇了"開始查找"後，要先讀取上面標記的像素，再進行查找。此處程序的設計中，也是先運行一個條件結構，再運行順序結構，按順序執行程序。讀取光標選擇像素的程序如圖10-52所示。
圖10-52 讀取選擇的像素
當讀取像素後，利用順序結構在第二幀的圖像中繼續查找。在這一幀中放置了一個循環，並限制循環次數為4。此時先用一個IMAQ Rotate對圖像進行翻轉，每次翻轉90°。這樣就可以在循環4次時翻轉一週，對圖像上各個角度的像素進行查找。再把圖像送到IMAQ Match Pattern 2函數，對其進行查找。通過此函數直接輸出找到的像素信息的數組。為了對找到的信息進行處理，又用一個For循環對此數據和簇進行拆分。這裡的For循環次數直接由數組大小來控制。把數組拆開後再找到像素的中心位置，並按設置好的字體和格式顯示出來。對字體的設置，前面板如圖10-53所示。
從圖10-52中可以看出，其中包括字體名稱、字體大小、下畫線、加粗等標記方式。標記字體程序如圖10-54所示。
圖10-53 標記字體設置 圖10-54 標記字體程序
可以看到，最複雜的設置是對標記內容的組合與寫入。這裡先由Draw Pattern Matches Position函數讀取各個記錄點的座標值，然後用一個字符串組合函數把標記和座標值組合成一個標記字符串。最後由IMAQ Draw Text函數把組合好的標記信息直接寫入圖像界面中。整個標記程序如圖10-55所示。
圖10-55 完整標記程序
當第二幀執行完後，進入第三幀的圖像大小設置。因為在前面查找的過程中，為了查找得更加精確，對圖像進行了像素的放大，這裡為了顯示的方便，就需要對圖像進行還原，這樣才可以看得清楚。此處用了IMAQ Extract 函數，對顯示的圖像進行放大和縮小，但是沒有改變真正的圖像。它的程序框圖如圖10-56所示。
圖10-56 圖像還原
4．程序前面板
當所有後面板程序編寫完後，就要進行前面板控件佈局。由於此程序中涉及的控件不多，所以很好設置整體佈局。程序界面如圖10-57所示。其中，"標籤類型"是為了給標籤進行不同的編號，在當前座標前面加的一個前綴，這樣更好區分不同的像素點。"最大數目"是查找出目標的最大限制。如果設置為40，則最多隻能找出40個目標。當大於此值時，則將多出來的其他目標量忽略。
下面對查找時要放大的倍數進行設置，這裡只是對二維的數據放大，所以在界面上設置兩個值，一個是X，另一個是Y。前面板佈局如圖10-58所示。
圖10-57 控制項設置 圖10-58 放大設置
為了對系統的工作進行控制，需要設置4個按鈕。它們分別如下：
— 開始採集：用於啟動採集，完成整個任務的第一個動作，採集一張圖片。
— 記錄標記：用於對光標選擇的區域進行記錄，以識別設置像素。
— 開始查找：啟動整個系統，對採集到的圖片進行查找，找出相同像素並進行標記。
— 停止工作：系統停止工作。
界面佈局如圖10-59所示。
接下來對查找後的圖像進行顯示，這是非常關鍵的一個步驟。這裡還對查找到的總個數進行了統計，這樣可以讓人對查找結果一目瞭然，完整的前面板界面如圖10-60所示。
圖10-59 按鈕設置 圖10-60 完整界面
10.2.6 程序調試
程序編寫完成後，要對系統進行軟硬件的聯機調試。這裡把NI公司的USB攝像頭和計算機連接，並在計算機上安裝此軟件工具包。具體操作如下：
（1）運行本程序，在攝像頭下放置好一塊電路板，並對其設置好焦距和亮度。單擊"開始採集"按鈕，對其進行採集，並顯示實時採集到的圖像，如圖10-61所示。
（2）當採集完一次後，在界面上可以看到清晰的採集結果。此時我們用光標在需要進行識別的地方畫出一個區域。此時光標變為綠色，表示用光標選中了要記錄的像素。然後單擊"學習標記"按鈕，此光標消失，表示已經記錄（學習）完成，如圖10-62所示。
從圖上可以看出，這裡選中的是電路板上字母C，讓程序學習記錄，並找出界面上所有的字母C。
圖10-61 圖像採集
圖10-62 設置學習區域
（3）記錄學習完成後，就可以查找相同像素的點了。單擊"開始查找"按鈕後，程序開始在此圖上查找記錄的像素點，並以此像素點為標準，進行比對，找出相同的點。查找的過程中標出了各個點的座標和編號。這裡把標籤類型設置為"A"，以Shift Invariant的方式查找，精度設置為700，最大數目設置為40。這樣就可找出所有相同的元素。程序運行時如圖10-63所示。
圖10-63 查找結果
從圖中可以看出，查找過程中，程序找出了所有字母C，並標註了它們的座標和標籤。此處的標籤有些不是端正的，主要是由於在對圖片進行翻轉查找時，按相應的角度找到後直接就標記了。如標籤A43（70，471）表示的意義如下：字母A是對程序進行查找前設置的標籤類型。4表示此圖片翻轉到第4次找到的，即第4個角度。3表示是此角度下的第3個點。（70，471）表示當前查找到像素的中心座標，即此目標的
X=70，Y=471，座標的值是從圖像開始的左上角界面算起的。同時可以看到界面的下面顯示了圖片的屬性，如圖片大小、位數等。最後還可以看到一個"已查找到總個數"本框，此處顯示的是8個目標。這和圖上標註的一樣，也和實際完全相符。（4）完成查找後，單擊"停止工作"按鈕中斷此程序的運行。系統退出圖像採集和處理環節。
10.2.7 實例總結
本例講解了LabVIEW中圖像處理方面的具體應用，主要對如何利用Vision工具包採集圖像進行了詳細的講解。同時採集到圖像後進行了各類複雜的運算，其中編程的思路也是筆者的經驗展示，讀者需要用心體會，掌握設置不同事件的合理運行順序。
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