LabVIEW技术大作业.doc

LabVIEW技术大作业题目：基于LabVIEW的图像处理系统设计学院：信息与通信工程学院专业：通信工程班级：084班学号：2008026407姓名：霍瑶基于LabVIEW的图像处理系统设计一、虚拟仪器与LabVIEW技术介绍1.1虚拟仪器的概念虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能，虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器1实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器1的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国 NI 公司的 LabVIEW。 1.2虚拟仪器的特点虚拟仪器可由用户自行定义功能模块，大大扩展了其灵活性。虚拟仪器的开发维护费用更低，系统组建时间更短。只需通过增加软件模块或者通用硬件模块来增添新的测量功能，缩短了系统的更新时间，而且有利于系统的扩展。虚拟仪器通过软件技术可实现丰富、快捷、方便的用户界面，通过多种数据显示方式能够提供更为全面丰富的信息，用户使用时一目了然。随着计算机运算速度的日益提高，虚拟仪器处理数据的过程越来越快，而数字信号处理理论的成熟发展也使得数据处理过程更为可信、精确。虚拟仪器在普通PC机上就可实现，可方便的与网络外设及多种仪器连接，现在流行的DAQ(数据采集)卡、GPIB(通用接口总线)卡、VXI(系统控制接口卡)、PLC（可编程逻辑控制器）等都可以插入计算机插槽。软件方面，可以方便地与C、Matlab等接口式调用，可与数据库连接，以及方便地支持网络传送数据。1.3虚拟仪器在各领域中的应用由于虚拟仪器技术的强有力支持，科学家和工程师们可以方便地建立适合自己需要的测控系统，再也不必将自己封闭在固定传统仪器的狭窄天地中。在电子测量、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等诸多领域中都有极为广泛的应用。在电子和通信工程中，虚拟仪器可用于电子测量和信号分析；在自动化检测领域内，虚拟仪器可用于数据采集和控制；在航天航空学科里，虚拟仪器可用于监测和分析火箭或卫星传递来的复杂数据，已被美国航天航空局（NASA）用于火星探险；在基础学科的研究中，虚拟仪器可用于设计实验系统，例如用于生化领域中监测薄膜分子的相互作用，以及医学领域中研究嗅觉和视觉。1.4LabVIEW技术简介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。 LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在 LabVIEW中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。LabVIEW编程语言最主要的两个特点是图形化编程和数据流驱动：图形化编程，LabVIEW则是使用图形化程序设计语言G语言，用框图代替了传统的程序代码，编程的过程即是使用图形符号表达程序行为的过程，源代码不是文本而是框图。一个VI有三个主要部分组成：框图、前面板和图标连接器。数据流驱动，本质上讲它是一种带有图形控制流结构的数据流模式，程序中的每一个函数节点只有在获得它的全部输入数据后才能够被执行。既然LabVIEW程序是数据流驱动的，数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能够被执行；而目标的输出只有当它的功能完全时才是有效的。于是LabVIEW中被连接的函数节点之间的数据流控制着程序的执行次序，而不像文本程序那样受到行顺序执行的约束。我们可以通过相互连接函数节点简洁高效地开发应用程序，还可以有多个数据通道同步运行，即所谓的多线程。LabVIEW有很多优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。LABVIEW最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的LabVIEW自然而然地首先拓展至控制领域。LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块-LabVIEWDSC。除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。使用LabVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。此外，LabVIEW包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。在设计机电设备之前，可以现在计算机上用LabVIEW搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。在高等教育领域，有时如果使用LabVIEW进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。二、图像二值化和取反的原理图像处理一般指数字图像处理。数字图像是指用数字摄像机、扫描仪等设备经过采样和数字化得到的一个大的二维数组，该数组的元素称为像素，其值为一整数，称为灰度值。图像处理技术的主要内容包括图像压缩，增强和复原，匹配、描述和识别3个部分。 常见的处理有图像数字化、图像编码、图像增强、图像复原、图像分割和图像分析等。图像处理一般指数字图像处理。虽然某些处理也可以用光学方法或模拟技术实现,但它们远不及数字图像处理那样灵活和方便,因而数字图像处理成为图像处理的主要方面。而图像处理的前提是将图像进行二值化处理。2.1图像二值化的原理图像的二值化处理就是讲图像上的点的灰度置为0或255，也就是讲整个图像呈现出明显的黑白效果。即将256个亮度等级的灰度图像通过适当的阀值选取而获得仍然可以反映图像整体和局部特征的二值化图像。在数字图像处理中，二值图像占有非常重要的地位，特别是在实用的图像处理中，以二值图像处理实现而构成的系统是很多的，要进行二值图像的处理与分析，首先要把灰度图像二值化，得到二值化图像，这样子有利于再对图像做进一步处理时，图像的集合性质只与像素值为0或255的点的位置有关，不再涉及像素的多级值，使处理变得简单，而且数据的处理和压缩量小。为了得到理想的二值图像，一般采用封闭、连通的边界定义不交叠的区域。所有灰度大于或等于阀值的像素被判定为属于特定物体，其灰度值为255表示，否则这些像素点被排除在物体区域以外，灰度值为0，表示背景或者例外的物体区域。2.2图像取反的原理将图像按像素按位进行求反，取得类似照相底片效果。求反处理的图像与原始图“黑白颠倒”，可以看清原始图中灰黑区域的情况。求反的图像一般用于数字图像的初步处理。三、系统组成部分介绍3.1开始部分图1 为图像处理的开始部分。从开始文件对话框节点开始，首先选择路径，将选择好的BMP 文件送至“read bmp file”节点，这时BMP 图像已经被转化为数据。通路1 利用“unbundled”节点将转化来的簇分解开，内容为image type、image depth、image、mask、colors、rectangle。进一步将rectangle分解开，显示原始图像的上、下、左、右四边的数值，由于上、左两边已经确定，所以只要取下、右两边的数值， 将数值分别送至两循环的循环数N处；通路2 是利用“unflatten pixmap”节点将输出的图形矢量转化为24-bit 的数据，送入循环；通路3通过“draw flattened pixmap”节点显示原始图像。图一3.2处理部分先设计内部的“case structure”循环结构，图2为默认的二值化处理过程，首先将送来的8-bit 数据与二值化阈值127 进行比较， 然后判断true/false，分别取255/0，送“Formula Node”，内置公式为：y=65536*x+255*x+x，其中x 为输入数据，y 为输出数据。图二3.3结果显示部分将处理过后的数据y送入“Flatten pixmap”节点，转化为图像数据，通过“Draw Flattened pixmap”节点显示，如图三所示。图三其中一条支路接将处理后的数据送入“Flatten pixmap”节点的“24-bit pixmap”引脚，显示的结果为二值化处理结果。令一条支路接将处理后的数据送入“Flatten pixmap”节点的“8-bit pixmap”引脚，显示的结果为取反处理结果。 3.4存储部分如图四所示图四存储的是所处理图像“24-bit pixmap”的最大值，即最大的像素值。3.5前面板处理之后的效果如