基于虚拟仪器的质量检测机器视觉系统的设计

系统使用的技术特点
　　
　　可靠性检测系统有以下技术特点，这些技术特点有效地保证了系统的正常运行。

　　1.系统在非常规光源下进行工作
　　
　　影像增强器用于对微弱的外界光线进行放大，其目镜处物像的亮度大约几十个勒克斯，图像的噪声非常大，对故障识别带来了很大难度。解决问题的办法是在不同的照度下，用LabVIEW和IMAQ Vision编写程序自动调整图像采集卡的黑白电平和CCD曝光系数，保证故障提取在较高的信噪比下进行。
　　
　　2.系统有很强的实时性
　　
　　按照指标要求，系统要在80ms内进行图像采集、预处理、故障识别、图像存储等一系列操作，对实时性要求很高。主要采用两个办法解决实时性问题，一是采用磁盘阵列技术，一是用VC编写故障识别软件。按照要识别的故障黑斑、亮点、闪光和忽明忽暗灰度阈值依次降低，面积阈值依次增加的特征，系统中用灰度和面积作为特征参数进行故障识别。用VC编写程序使故障图像和标准图像相减后的结果进行一次腐蚀，再按照所设置的阈值识别故障。将编写的程序编译成.lsb格式，用CIN接点嵌入到LabVIEW程序中。经测试此程序对一帧故障图像进行识别一般需要30ms，完全满足系统的要求。
　　
　　3.图像高速流盘
　　
　　系统中采用的另外一个提高系统实时性的手段是RAID技术。RAID按照不同的存储性能、数据安全性和存储成本有RAID0到6七种基本的级别和一些基本RAID级别的组合形式。RAID0可以让多个磁盘并行地执行系统的某个数据请求，把连续的数据分散到多个磁盘上存取，这样就有效解决了磁盘I/O与CPU处理速度之间的瓶颈问题。系统中每台图像机上的硬盘组都通过RAID接口卡连接到系统中来提高系统的实时性。
　　
　　4.分布式同步数据采集与控制
　　
　　整个系统由一台管理计算机和四台图像机协同完成计算工作，在工作过程中有严格的时序关系。在用NI DataSocket编写的通信模块中，发信者每发出消息给受信者，必须得到受信者的确认后才进行后续工作，这种机制很好地保证了整个系统协调工作。另一方面，为了便于事后区分从属故障，要求保存每一幅故障图像时同时记录对应的系统状态。为此采取同频、同相和同时启动的同步机制。同频是指图像采集和状态采集的频率相同;同相是指将从任一图像采集卡解析出的同步视频信号连接到其他三个CCD的同步输入端，保证四个CCD送到图像采集卡的视频信号相位相同;另外，图像采集卡和数据采集卡的触发端子连接在一起，并且都工作在触发状态下，任一图像采集卡发出触发信号后，整个系统开始动作。

　　图 2 为经过算法处理后记录下来的含有黑斑和亮点的故障图像。

图 2 含有黑斑和亮点的故障图像

　　结论
　　
　　在将虚拟仪器技术与机器视觉技术结合起来实现整个系统的过程中，为了提高系统的实时性，故障识别部分用VC++来完成。编写完成的算法被编译为虚拟仪器开发平台LabVIEW的CIN接口支持的格式后嵌入整个软件系统。经过测试，使用这种软件整合方式和算法后系统对故障图像进行处理的时间加上图像采集与存盘的时间，总共耗时不超过40ms，完全满足指标的要求，同时，利用虚拟仪器开发平台来完成其擅长的控制功能，开发者只需要专注系统功能的完整性而不必考虑复杂的细节，这就极大地发挥了虚拟仪器的性能，使系统有很强的灵活性和扩展性，并节省了开发所应支付的费用，提高了系统的性能价格比。

　　参考文献
　　
　　1.K.R.Castleman.《数字图像处理》.电子工业出版社，1998.9

　　2.National Instruments.《Measurement and Automation Catalogue》.2000

　　3.National Instruments.《IMAQ Vision User‘s Manual》.1999

　　4.National Instruments.《LabVIEW 5.0 User‘s Manual》.1999

　　5.何斌，马天予等.《Visual C++数字图像处理》，人民邮电出版社，2001.4

　　http://www.chuandong.com/publish/tech/thesis/2008/7/thesis_0_43_4047.html