第6章 基于LabVIEW图像处理实现

1、周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院第第6章章 基于基于LabVIEW的数字图像处理实现的数字图像处理实现本章内容本章内容 6.1 图像处理概述图像处理概述 6.2 IMAQ模块模块 6.3 Vision Assistant 2011 6.4 图像读取与保存图像读取与保存 6.5 基于基于LabVIEW的图像增强设计实现的图像增强设计实现周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院6.1 图像处理概述图像处理概述图像与数字图像图像与数字图像 图像是对客观对象的一种相似性、生动性的描述或图像是对客观对象的一种相似性、生动性的描述或写真。写真。 数字图像，即将连

2、续的模拟图像经过离散化处理后数字图像，即将连续的模拟图像经过离散化处理后变成计算机能够辨识的点阵图像。严格的数字图像是一个经变成计算机能够辨识的点阵图像。严格的数字图像是一个经过等距离矩形网格采样，对幅度进行等间隔量化的二维函数，过等距离矩形网格采样，对幅度进行等间隔量化的二维函数，因此，数字图像实际上就是被量化的二维采样数组。因此，数字图像实际上就是被量化的二维采样数组。 周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院2. 数字图像处理数字图像处理 数字图像处理是为了实现某种目的而对图像数据进行的数字图像处理是为了实现某种目的而对图像数据进行的操作，主要完成以下工作。操作，主要完

3、成以下工作。（1）从图像到图像的处理。这类处理是将一幅效果不好的图像）从图像到图像的处理。这类处理是将一幅效果不好的图像进行处理，获得效果好的图像。例如在环境恶劣、雨雪天气、进行处理，获得效果好的图像。例如在环境恶劣、雨雪天气、光照条件不佳等情况下，造成的画面的能见度很低，一些细光照条件不佳等情况下，造成的画面的能见度很低，一些细节特征看不见时，为了提高画面的清晰度，采用适当的图像节特征看不见时，为了提高画面的清晰度，采用适当的图像处理方法，消除或减弱大雾层对图像的影响，而得到一幅较处理方法，消除或减弱大雾层对图像的影响，而得到一幅较清晰的图像。清晰的图像。（2）从图像到特征、符号等的处理，隶

4、属于图像分析的范畴。）从图像到特征、符号等的处理，隶属于图像分析的范畴。通常是为了分割、识别和跟踪所做的处理。通常是为了分割、识别和跟踪所做的处理。 周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院3. 数字图像处理的特点和目的数字图像处理的特点和目的 数字图像处理就是把在空间上离散的、在幅度上量化分数字图像处理就是把在空间上离散的、在幅度上量化分层的数字图像，经过一些特定数理模式的加工处理，以达到层的数字图像，经过一些特定数理模式的加工处理，以达到有利于人眼视觉或某种接收系统所需要的图像的过程。具有有利于人眼视觉或某种接收系统所需要的图像的过程。具有处理精度高，再现性好、处理效果具

5、有可控性、可以随时修处理精度高，再现性好、处理效果具有可控性、可以随时修改处理方法的特点。将一幅图像进行处理之后要达到一定的改处理方法的特点。将一幅图像进行处理之后要达到一定的目的，通常情况下，图像处理主要是为了实现以下三个方面目的，通常情况下，图像处理主要是为了实现以下三个方面的目的。的目的。（1）针对客观对象的处理，主要是提高图像的观赏效果，达到）针对客观对象的处理，主要是提高图像的观赏效果，达到自然逼真的目的。自然逼真的目的。（2）针对后续应用的操作，主要是从获取的图像中提取出感兴）针对后续应用的操作，主要是从获取的图像中提取出感兴趣目标的特征或者是图像所包含的特殊的信息。趣目标的特征或

6、者是图像所包含的特殊的信息。（3）针对图像数据量大的特点，采用数学手段对图像数据进行）针对图像数据量大的特点，采用数学手段对图像数据进行变换、编码和压缩，便于图像的处理、传输和存储。变换、编码和压缩，便于图像的处理、传输和存储。周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院4. 数字图像处理的主要内容数字图像处理的主要内容 根据主要的处理目标数字图像处理大致可以分为图像数根据主要的处理目标数字图像处理大致可以分为图像数字化、图像变换、图像增强、图像的几何变换、图像复原和字化、图像变换、图像增强、图像的几何变换、图像复原和重建、编码分析等内容。重建、编码分析等内容。LabVIEW 2

7、011提供视觉处理模块提提供视觉处理模块提供了多种图像处理的方法。供了多种图像处理的方法。NI公司的图像采集软件能够从不公司的图像采集软件能够从不同相机上采集图像，也能够从标准端口的同相机上采集图像，也能够从标准端口的IEEE 1394和千兆位和千兆位以太网视觉相机采集图像。以太网视觉相机采集图像。 同时同时LabVIEW也提供了强大的也提供了强大的图像处理函数库，包括图像去噪、增强、边缘检测、颗粒分图像处理函数库，包括图像去噪、增强、边缘检测、颗粒分析等函数。析等函数。周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院6.2 IMAQ模块模块 NI公司的公司的IMAQ(Image A

8、cquisition System) Vision软件是软件是LabVIEW虚拟仪器开发平台外挂的机器视觉和图像处理开发虚拟仪器开发平台外挂的机器视觉和图像处理开发工具包。工具包。IMAQ Vision软件中包括一整套软件中包括一整套MMX优化函数，提优化函数，提供了大量的图像预处理、图像分割、图像理解函数库和开发供了大量的图像预处理、图像分割、图像理解函数库和开发工具，可用于完成图像的灰度、彩色以及二值图像的显示、工具，可用于完成图像的灰度、彩色以及二值图像的显示、图像处理（包括统计、小波分析、滤波、和几何变换等）以图像处理（包括统计、小波分析、滤波、和几何变换等）以及形状匹配、斑点分析、计

9、算和测量等。及形状匹配、斑点分析、计算和测量等。 周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院6.2.1 Vision控件选板控件选板周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院6.2.2 视觉与运动函数选板视觉与运动函数选板周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院NI-IMAQ子函数选板子函数选板 该选板是实现图像采集功能，主要是通过该选板是实现图像采集功能，主要是通过NI 的系的系列图像采集板卡来获得图像，函数节点包括任务的建立、设列图像采集板卡来获得图像，函数节点包括任务的建立、设备的

10、初始化以及硬件参数的设定等函数节点备的初始化以及硬件参数的设定等函数节点。周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院2. Vision Utilities子函数选板子函数选板 该选板是视觉应用模块，主要用来对图像进行一些初步该选板是视觉应用模块，主要用来对图像进行一些初步的整体操作。该子函数选板包括建立和清除图像任务、获取的整体操作。该子函数选板包括建立和清除图像任务、获取图像的各类信息、图像的类型转换、图像文件以及图像附加图像的各类信息、图像的类型转换、图像文件以及图像附加信息的读写操作（图像文件可以是信息的读写操作（图像文件可以是BMP、JPEG、PNG或或TIFF）、完成

11、）、完成ROI和和Mask之间的转化、图像的放大和缩小，之间的转化、图像的放大和缩小，平移以及旋转、对图像像素直接进行操作、图像覆盖、彩色平移以及旋转、对图像像素直接进行操作、图像覆盖、彩色图像中色彩的提取等函数节点。图像中色彩的提取等函数节点。周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院3. Image Processing子函数选板子函数选板 该选板是图像处理模块，主要是对灰度和彩色图像的处理。该选板是图像处理模块，主要是对灰度和彩色图像的处理。周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院（1）处理模块（）处理模块（Processing），完成像素值的处理。包括

12、像素），完成像素值的处理。包括像素值的查表转换，灰度图像和彩色图像阀值的设定。值的查表转换，灰度图像和彩色图像阀值的设定。（2）滤波器模块（）滤波器模块（Filters），对图像进行滤波等处理。包括各），对图像进行滤波等处理。包括各类算子的构造和使用，以达到对图像平滑，去处噪声，边缘类算子的构造和使用，以达到对图像平滑，去处噪声，边缘锐化等处理。锐化等处理。（3）图像的形态处理模块（）图像的形态处理模块（Morphology），一般是对灰度图像），一般是对灰度图像进行的处理。包括图像的填补，距离的测量，图像的细化，进行的处理。包括图像的填补，距离的测量，图像的细化，图形的分离等模块。图形的分离

13、等模块。（4）图像的分析模块（）图像的分析模块（Analysis），一般是针对二值图像或灰），一般是针对二值图像或灰度图像进行。包括图像中灰度值的分析，图形质心的计算，度图像进行。包括图像中灰度值的分析，图形质心的计算，图像中直线灰度值和图像中直线灰度值和ROI 轮廓线的分析。轮廓线的分析。（5）彩色处理模块（）彩色处理模块（Color Processing），一般是针对彩色图像），一般是针对彩色图像中的颜色进行处理。包括图像中彩色像素的取代，色彩的阀中的颜色进行处理。包括图像中彩色像素的取代，色彩的阀值和分析，图像中色彩的学习和匹配。值和分析，图像中色彩的学习和匹配。（6）图像操作模块（）图

14、像操作模块（Operators）。包括图像的加减乘除运算，）。包括图像的加减乘除运算，以及逻辑运算。其运算的元素是图像中像素点的像素值。以及逻辑运算。其运算的元素是图像中像素点的像素值。（7）图像的频域分析模块（）图像的频域分析模块（Frequency Domain），包括），包括FFT 变变换和换和FFT 反变换等操作。反变换等操作。周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院4. Machine Vision子函数选板子函数选板 该选板是机器视觉应用模块，主要包括一些在工程中常该选板是机器视觉应用模块，主要包括一些在工程中常用的模块，如坐标系的确定，图像的匹配和边缘的检测等。

15、用的模块，如坐标系的确定，图像的匹配和边缘的检测等。该模块中绝大多数都是一个完成特定功能的子程序，由本节该模块中绝大多数都是一个完成特定功能的子程序，由本节前面介绍的基本模块构成。前面介绍的基本模块构成。 周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院6.3 Vision Assistant 2011 用户若安装用户若安装National Instruments Vision Assistant 2011，可以使用该工具对图像进行获取，浏览或者处理，该工具助可以使用该工具对图像进行获取，浏览或者处理，该工具助手提供了常用的图像处理的算法，供用户方便使用，在此不手提供了常用的图像处理

16、的算法，供用户方便使用，在此不再赘述。再赘述。 周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院6.4 图像读取与保存图像读取与保存6.4.1 图像文件格式简介图像文件格式简介（1）BMP文件格式文件格式（2）TIFF文件格式文件格式（3）JPEG文件格式文件格式（4）GIF文件格式文件格式（5）PNG文件格式文件格式 在在LabVIEW中提供了中提供了IMAQ ReadFile用于打开并读取计用于打开并读取计算机中存储的文件数据到图像引用中。算机中存储的文件数据到图像引用中。IMAQ ReadFile可以可以读取以标准格式存储的图像，如读取以标准格式存储的图像，如BMP, TIFF

17、, JPEG, JPEG2000, PNG, 和和AIPD，或者制定的非标准格式。通常情，或者制定的非标准格式。通常情况下，况下，LabVIEW软件会自动将像素转换成所传递的图像类型。软件会自动将像素转换成所传递的图像类型。周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院6.4.2 读取图像读取图像 读取图像是对图像进行处理的第一步，本节将介绍在读取图像是对图像进行处理的第一步，本节将介绍在LabVIEW中将一幅图像从指定的位置读出，并显示在中将一幅图像从指定的位置读出，并显示在LabVIEW的前面板窗口中。的前面板窗口中。周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院6

18、.4.3 保存图像保存图像 保存图像是也是对图像进行处理的重要一步，本节将通保存图像是也是对图像进行处理的重要一步，本节将通过实例来介绍如何保存图像。过实例来介绍如何保存图像。周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院6.5 基于基于LabVIEW的图像增强设计实现的图像增强设计实现 6.5.1 灰度变换灰度变换 灰度变换是图像增强的一种手段，用于改善图像显示效灰度变换是图像增强的一种手段，用于改善图像显示效果，属于空域处理方法，它可以使图像动态范围加大，使图果，属于空域处理方法，它可以使图像动态范围加大，使图像对比度扩展，图像更加清晰，特征更加明显。灰度变换实像对比度扩展，图

19、像更加清晰，特征更加明显。灰度变换实质就是按一定的数学规则修改图像每一个像素的灰度，从而质就是按一定的数学规则修改图像每一个像素的灰度，从而突出图像中突出图像中“感兴趣感兴趣”的区域。灰度变换可分为线性变换和的区域。灰度变换可分为线性变换和非线性变换。非线性变换。 周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院周鹏周鹏 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院6.5.2 中值滤波中值滤波 在前面第在前面第5章的相关内容中已经讲述过中值滤波器的知识。章的相关内容中已经讲述过中值滤波器的知识。中值滤波是一种常用的去除噪声的非线性平滑滤波处理方法，中值滤波是一种常用的去除噪声的非线性平滑滤波处理方法，中值滤波器的输出像素是由邻域像素的中间值决定的。中