LabviewLabview 经验经验 机器视觉系列机器视觉系列 VisionVision 基础知识下集基础知识下集第 1 章节（下）rolex cellini replica 在上回我们逐一介绍与机器视觉相关的专有名词与周边光学设备， 在本回要开始来说明如何使用 LabVIEW 来截取相机的影像，并正 确的显示在人机介面上另外也针对 NI Vision 所提供的影像校 正模式进行说明，以及如何利用软体方式来设定相机的属性与触 发取像模式。audemars piguet royal oak offshore chrono auto replica1.21.2 软体截取与显像软体截取与显像 1.2.1 NI MAX 影像装置确认 在前面一小节介绍了架设整个影像系统所需要的硬体相关设备， 现在要来说明如何在 NI MAX 找到已安装的相机，并且从相机中 取得影像。当我们打开 NI MAX，在My System-Devices and Interfaces-NI-IMAQdx Devices下，可找寻已安装成功的 相机，点选相机后，按下右边画面的上方Grab键可进行连续 取像，另外红色框选处可以找到一些关于相机的规格与内部参数 设定，画面下方有显示影像的基本参数，包括目前影像大小、缩 放比例与像素的颜色值，另外下方的 tab 表单处可以找到一些关 于相机的规格与内部参数设定。replica miu miu tote bags图 1.26- 在 NI MAX 下进行取像作业1.2.2 IMAQ 影像截取模式 现在要来练习如何使用 LabVIEW 来取得相机的影像。如果您过去 曾经使用 LabVIEW 来开发 NI 相关产品，如 DAQ 设备等，不难发 现 LabVIEW 在相关套件中都会提供两种开发模式：1. 高阶元件 （HL）；2. 低阶元件（LL） ，同样地在 IMAQ 套件裡也存在这 两种开发模式。高低阶模式并不是将元件区分为高低等级，所谓的高阶元件主要 是将资源开启、撷取、关闭全包装成一个 Express VI，可以帮助 使用者快速地完成取像相关的程式设定，就能直接将影像输出到 LabVIEW 上；而低阶取像元件将功能切割为数个 VI，需由使用者 自行设定元件才能完成取像动作，好处在于能够让使用者更有弹 性的唿叫参数设定，而另一个优点在于，与高阶元件相比，少了 反覆建立与关闭资源的动作，可以有效降低系统资源浪费。高阶（高阶（HLHL）取像元件使用步骤）取像元件使用步骤 安装完 LabVIEW 的 IMAQ 套件后，可在 Block Diagram（简称 BD）下，按下右键跳出 Function Template 后依序往下搜寻Function Template - Vision and Motion - Vision Express - Vision Acquisition（图 1.27），将Vision Acquisition元件拉到 BD 上，会自动启动设定画面。图 1.27- Vision Acquisition 元件位置A. 设定的取像来源（Select Acquisition Source） 左侧Acquisition Sources for Localhost可以检视目前安 装在电脑上所有相机名称，选择位于NI-IMAQdx Devices的 相机cam0： Balsler ，为本次取像用的相机，接着可以 按下右方连续取像按键，测试相机是否有正常被 Initialize 并 取到像；右下角有提供一些关于相机的基础数值（参考图 1.2.2）。图 1.28- 设定的取像来源B. 设定撷取影像操作方式（Select Acquisition Type） 共分成 4 种类型：取单张影像（Single Acquisition with processing）连续取像（Continuous Acquisition with inline process）一次取固定张数影像，边取像边做处理（Finite Acquisition with inline processing）一次取固定张数影像，当所有影像取得完毕后再做处理（Finite Acquisition with post processing）图 1.29- 设定撷取影像操作方式 这个项目我们先选择连续取像模式，继续往下设定。C. 设定取像参数Configure Acquisition Settings 可依据环境因素来调整相机的参数达到最佳化，如增益值 （Gain）、Gamma、取像模式等，设定过程可以同时按下右上方 的Test键来观察设定结果，这边我们暂时不做任何需要设定， 直接往下一步。图 1.30- 设定取像参数D. 设定是否将影像储存到硬碟（Configure Image Logging Settings） 若将Enable Image Logging勾选，表示将撷取到的影像储存 到下方指定的资料夹位置，并可设定储存的影像格式，值得注意 的是，若开启此功能可能因为硬碟存取速度的关係，使得最大取 像速度降低。图 1.31- 设定是否将影像储存到硬碟E. 设定影像参数输入与输出Select Controls/Indicators 可依据应用，开放影像参数供外部控制元件（Control）设定， 让该取像用的 Express VI 获得输入与输出的功能，在此我们勾 选显示元件（Indicator）中的Image Number与Frame Rate，最后按下Finish键完成设定。图 1.32- 设定影像参数输入与输出图 1.33- HL 取像元件自动产生的程式码图 1.34- HL 取像元件自动产生的人机介面低阶（低阶（LLLL）取像元件使用步骤）取像元件使用步骤 操作之前我们先来了解NI-IMAQ与NI-IMAQdx两者的差异； NI-IMAQ一般只能用于 NI 的影像撷取卡或相机，而NI- IMAQdx是可驱动第叁方的相机，如 Basler 的 USB3.0 相机，凡 是通过影像传输介面协定联盟（如 GigE、Camera Link 或 USB3.0）认证的相机，都可使用NI-IMAQdx来驱动。使用低阶取像元件来驱动第叁方相机时，需同时使用到NI- IMAQdx与NI-IMAQ影像模组；主要是利用IMAQdx来撷 取相机的影像，然后再利用IMAQ创立的影像空间来储存影像， IMAQ同时还提供影像处理工具及机器视觉工具，可依据使用 者需求来做应用开发。 利用 LL 元件来完成连续取像的功能，操作流程图如下：图 1.35- 使用 IMAQdx 与 IMAQ 取像流程图先在 Front Panel 建立一个IMAQdx Session与Image Display，物件分别位于Control Template - Modern - I/O - IMAQdx Session与Controls Template - Vision - Image Display，最后再放置一个 Boolean，名称 设为Stop。图 1.36- Image Display 物件放置区域跳到 Block Diagram，分别在Function Template - Vision and Motion - NI-IMAQdx - Low-Level与Function Template - Vision and Motion - Vision Utilities - Image Management找到以下几个功能 VI：图 1.37- IMAQ Create 与 Dispose 物件图 1.38- IMAQdx 的设定取像物件将这几个功能 VI 依照操作流程步骤完成，程式码如下：图 1.39- Low Level 取像元件程式码步骤说明： 1. 指定开启相机名称，从IMAQ Session中选择对应的相机 名称 2. 设定相机取像模式为连续，Image Buffer 设为3 3. 开始取像 4. 任何由外部取得的影像，都需透过 IMAQ 建立一组记忆体空间 来储存，由于取像来源是彩色相机，每一张彩色（RGB）影像需 要 3*8bit 的空间来储存，所以Image Type要选择RGB U32 5. 进入 While 迴圈后，会不断将影像覆盖到记忆体区内，此时 将影像接到 Display Image 即可在人机介面观察到影像，直到按 下Stop或 Error 产生时才会跳出迴圈 6. 停止取像 7. 解除相机设定 8. 结束指定名称的相机作业 9. 清空储存影像的记忆体空间最后再转换画面到 FP，启动程式后就会开始连续取像，直到有人 按下人机上的Stop键，停止取像。 使用上述两种开发模式都可以成功将相机的影像撷取到 LabVIEW，有了这些影像来源（Image Source）后，就可以再继 续往下做影像后处理（Image Process）与机器视觉（Machine Vision）的应用了。1.2.3 影像软体校正 确认影像系统能正常取像后，首先要做的是对整个影像系统做校 正，为何还要多此一举呢？主要塬因有两点： 1. 真实世界描述物体的单位可能是吋（inch）或公厘（mm），但在影像系统裡，描述影像的是像素（pixel），这两者之间必 须存在一单位转换公式，影像才有办法转换成真实比例，对于尺 寸量测或视觉对位类型的应用特别重要。2. 前面章节曾提到视觉系统可能因为镜头的失真 （Distortion），或者因为相机投射方向与检测物表面非完全垂 直，这两种情况都会造成影像变形，需透过影像校正来修正这些 变形量。 在 NI VISION（IMAQ）有提供以下几种校正模型，主要目的在于 单位转换与修正变形量：图 1.40- NI VISON 提供的校正模型1. Point Distance Calibration：在影像变形量轻微且忽略不 计下，利用真实世界两点距离与像素之间做单位转换 2. Point Coordinates Calibration：已知真实世界点位置座标与影像中的像素座标做对应，用来修正非垂直透视投影所产生的 变形 3. Distortion Model （Grid）：利用相机拍摄一张格点校正片 的影像，可同时修正镜头失真与非垂直透视投影所造成的失真 4. Camera Model （Grid）：利用多张格点影像进行相机模型校 正，包括焦距、影中心点与影像失真，一般常用于机械手臂定位 应用 5. Microplanes （Grid）：修正在非平整的工作表面所造成的 影像失真1.31.3 相机的属性与触发模式设定相机的属性与触发模式设定 1.3.1 相机属性说明 了解如何透过 LabVIEW 来取得影像后，另外可针对相机的部分属 性进行参数的微调，一些常用的参数有：1. Analog Controls Gain Auto：可设定自动或手动增益 Gain（Raw）：设定增益值，会直接影响黑跟白的对比，调高 Gain 值，不仅会强化影像的对比强度，同时也会将杂讯的放大2. Image Format Controls Image Format Controls：若使用的是彩色相机，可将影像设 为灰阶（Mono）或彩色格式（Color）若使用的是黑白相机， 则只能设定灰阶影像输出3. Acquisition Controls Trigger Mode：开启或关闭触发功能 Trigger Source：可选择软体触发（Software）或者硬体触发 （Line） Generate Software Trigger：当触发模式设定为 Software 时， 执行相机后，每按一下取一张