LabVIEW应用于实时图像收集及处理系统.docx

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1、LabVIEW应用于实时图像收集及处理系统ronggang导语：本文在LabVIEW和NI-IMAQVision软件平台下，利用通用图像收集卡开发一种图像实时收集处理虚拟仪器系统摘要：本文在LabVIEW和NI-IMAQVision软件平台下，利用通用图像收集卡开发一种图像实时收集处理虚拟仪器系统。通过调用动态链接库驱动通用图像收集卡完成图像收集，收集图像的帧速率到达25帧每秒。利用NI-IMAQVision视频处理模块，进展图像处理，以完成光电探测器的标定。该系统具有灵敏性强、可靠性高、性价比高等优点。主题词：虚拟仪器;图像处理;LabVIEW;动态链接库美国国家仪器NI公司的虚拟仪器开发平

2、台LabVIEW，使用图形化编程语言编程，界面友好，简单易学，配套的图像处理软件包能提供丰富的图像处理与分析算法函数，极大地方便了用户，使构建图像处理与分析系统轻易、灵敏、程序移植性好，大大缩短了系统开发周期。在推出应用软件的根底上，NI公司又推出了图像收集卡，对于NI公司的图像收集卡，可以直接使用收集卡自带的驱动以及LabVIEW中的DAQ库直接对端口进展操纵。但由于NI公司的图像收集卡本钱很高，大多用户难以承受，因此硬件平台往往采用通用图像收集卡，软件方面的图像处理程序仍采用LabVIEW以及视频处理模块编写。本文正是基于这样的目的，提出了一种在LabVIEW环境下驱动通用图像收集卡的方案

3、，在TDS642EVM高速DSP视频处理板卡的平台下，完成实时图像收集及处理。在图象处理的工作中主要完成对CCD光电探测器的辐射标定。由于探测器在自然环境下获取图像时，会受到来自大气干扰，自身暗电流，热噪声等影响，使CCD像元所输出信号的数值量化值与实际探测目的辐射亮度之间存在差异，所以要得到目的的准确图像就必须对探测器进展辐射标定。2.图像收集卡简介闻亭公司TDS642EVM简称642多路实时视频处理板卡是基于DSPTMS320DM642芯片设计的评估开发板。计算才能可到达4Gips，板上的视频接口和视频编解码芯片PhilipsSAA7115H相连,实现实时多路视频图像收集功能,支持多种PA

4、L,NTSC和SECAM视频标准。本系统通过642的PCI接口与主机进展数据交换。PCI支持“即插即用PnP自动配置功能，使图像收集板的配置变得更加方便，其一切资源需求的设置工作在系统初启时交由BIOS处理，无需用户进展繁琐的开关与跳线操纵。PCI接口的海量数据吞吐,为其完成实时图像收集和处理提供保证。3.系统组成及工作原理align=center图1.图像收集及实时处理系统框图/align图像收集的经过也就是图像收集板卡对来自CCD的标准视频信号PAL制式进展模数转换的经过，将量化后的数据通过PCI总线传入计算机内存,然后通过编制的应用程序读取显示。如图1所示,彩色CCD相机输出的视频模拟信

5、号经解码器SAA7115转换为数字信号并输入到642芯片中,642将处理好的实时数字图像信号输出到编码器,由编码器将数字信号转化为标准的PAL制式YCbCr视频信号输出到LCD上,与此同时,输出的Y-Cb-Cr格式数字视频信号经过视频端口的内部FIFO缓冲后，由642通过EDMA将数据传送到片外同步动态存储器芯片SDRAM中，其中包括四组数据，分别是Sem_标志变量8bit;Y:Cb:Cr4:1:1图像信号：Y7205748bit数组，Cb3602878bit数组，Cr3602878bit数组，分别存储在SDRAM中的0x80003804，0x8102E000，0x81092E80，0x810

6、AC280地址，以供给用程序使用。视频收集应用程序由LabVIEW编制完成。在需要进展图像收集时，LabVIEW发送读取SDRAM中存储的YCbCr格式图像数据的恳求，642获得恳求后，开场收集图像并将收集到的YCbCr数值存储到相应的内存地址，在642完成整一帧的图像收集之后，将SDRAM中的标志变量Sem设定为0，LabVIEW在这个经过中循环读取标志变量的值，当为0时，那么从SDRAM中获得图像数据，也就是Y，Cb，Cr三个数组的数据，然后将其转化为LabVIEW可以显示的标准RGB格式输出该图像。4.图像收集及图像处理4.1调用动态链接库驱动图像收集卡NI公司针对自己消费的图像收集卡附

7、带有卡的驱动和治理程序，对于普通的I/O卡，还不能直接被LabVIEW所应用，必须采取其他方法。LabVIEW提供了4种调用外部程序代码的途径：端口直接操纵、调用库函数节点CallLibraryFunctionNode即CLFN调用DLLDynamicLinkLibrary动态连接库、使用CINCodeInterfaceNode,外部代码节点，调用ActiveX控件。其中端口直接操纵，利用PortIn.Vi和PortOut.vi功能，此法应用简单，但无法实现较复杂的接口功能。而采用动态链接库，可以根据详细需要编写适当的程序，灵敏利用LabVIEW的各项功能。较其余三种具有明显的上风。用户可以调

8、用Windows标准的动态连接库DLL，也可以调用用户自己编制的DLL，实现LabVIEW与硬件的连接。建立一个DLL需要的文件有：h函数声明文件可选，可包含在c源文件里;c源文件必须;def模块定义文件假如是使用标准调用或者函数输出必须添加关键字_declspecdllexport函数名。H文件的作用是声明DLL要实现的函数原型，供DLL编译使用，同时还提供给用程序编译使用。C文件是实现详细文件的源文件，它有一个入口点函数，在DLL被初次调用的运行，做一些初始化工作。一般情况下，用户无须做什么初始化工作，只需保存入口点函数框架即可。def文件是DLL工程中比拟特殊的文件，它用来定义该DLL工

9、程将输出哪些函数，只有该文件列出的函数才能被应用函数调用。要输出的函数名列在该文件EXPORTS关键字下面。本系统在LabVIEW平台下调用动态链接库实现图像数据的收集主要分为五步：1.初始化并翻开设备DM642图像收集卡;2.读取标志信号位，看是否初始化为默认值3.写入标志信号位，进展图像数据收集;4.对SDRAM中所存储的图像数据进展读取;5.关闭句柄并释放端口资源。主要调用动态链接库sd_pci64.dll的目的函数有PCI64_Open，PCI64_MemRead32和PCI64_Close，函数功能如下表所示：函数的详细参数如下：PCI64_APIINT32PCI64_Openint

10、BoardNum,PCI64_HANDLEpHndl;BoardNum板口号0-3，pHndl返回句柄的无符号指针，当返回值为0时，表示翻开端口成功，非0时，表示失败。PCI64_APIINT32PCI64_MemRead32PCI64_HANDLEHndl,UINT32Taddr,UINT32Count,UINT32pData;获取由PCI64_Open传递的句柄指针，对目的地址存储的数据进展读取，需留意的是目的地址的寻址空间在4M之内，必须初始化一个所需目的数据大小的无符号32位数组空间。同样返回值为0时，表示成功，非0表示失败。PCI64_APIINT32PCI64_ClosePCI64

11、_HANDLEHndl;需要留意的是，在每次调用PCI64_MemRead32完成读取后，都要将端口关闭，释放地址空间。详细的调用经过如下：首先在新建的VI的BlockDiagram中，FunctionAdvanced子菜单中添加CallLibraryFunctionNode控件,然后对其进展配置，添加该节点后进展配置的对话框如下列图2所示：align=center图2调用CLFN配置框图/align分别对DLLs文件名称及存放途径，函数调用方式，需要调用的目的函数的名称，参数个数，每个参数的类型，数据类型及返回值类型进展设置。设置完成后单击“OK返回LabVIEW的设计面板diagram中。

12、此时，CallLibraryFunction已经根据刚刚配置好的参数个数和类型设置好了输人输出端口，和其它的LabVIEW节点图标一样，只需要将其对应的参数连线即可。程序调用sd_pci64.dll的目的函数PCI64_Open，PCI64_MemRead32和PCI64_Close完成对指定地址空间0x8102E000化为十进制2164449280，103320大小的数据读取，最后将读取的数据存储在无符号32位pData数组里面。在LabVIEW中利用CLFN节点可以较轻易地实现访问动态连接库DLL。由于DLL是一个外部模块，进步了程序的开发效率，而且在购置普通数据收集卡的时候，厂商一般会给

13、用户提供动态连接库DLL，所以研究在LabVIEW平台下通过调用动态链接库功能来驱动普通图像收集卡实现图像收集的方法，成为值得推广的方法，具有重要意义。4.2CCD图象标定完成CCD图像数据的标定，数字图象处理是该标定经过的关键，NI公司提供的图象处理模块IMAQVision为LabVIEW平台提供了完好的图像处理函数库，如各类边沿检测算子、自动阈值处理、各种形态学算法、滤波器、FFT等，该库包含大量当前证实成功的理论算法，使用户无需专业编程经历，即可迅速开发完成优秀的、合适本专业的图像处理与分析系统。在本系统中，对CCD光电探测器相对辐射定标的步骤如下：分别在标准光源照射和普通定标环境下各收

14、集10幅图像，经过自动阈值处理和二值化，消除暗电流热噪声等因素的影响，取处理完得到的10幅图像的均值作为主标准图像和主参考图像。对图像上每个像素的灰度值，通过比对校正，完成CCD像元的不均匀响应校正，求出各自的标定系数，绘出灰度直方图。详细程序的前面板如图3所示：align=center图3程序前面板/align本文使用TDS642EVM图像收集卡在LabVIEW平台上开发出一个稳定可靠、经济灵敏的实时图像收集及处理系统。通过调用动态链接库，驱动图像收集卡完成图像收集;利用NI-IMAQVision提供的强大的图像处理功能通过实时图像处理完成对CCD光电探测器的辐射标定。LabVIEW的开放性

15、,高度的编程灵敏性和良好的界面,使高级复杂的应用开发变得简单;动态链接库机制使LabVIEW在对通用图像收集卡的支持上有了一个通用可行的途径。本文作者创新点:设计一种在LabVIEW平台完成对普通图像收集卡的实时图像收集及光电探测器的辐射标定系统。参考文献：1NationalInstruments,（IMAQVisionUsersManual），19992K.R.Castleman，（数字图像处理），电子工业出版社，1998.93NationalInstruments,（LabVIEWUsersManual），20034杨乐平，李海涛，等.LabVIEW高级程序设计【M】.北京：清华大学出版社，2003.5谢其德，张云云。动态链接库在LabVIEW中的高级应用【J】.微计算机信息，2004，2010：45-466李天刚,黄考利,刘于端.基于VXI总线和虚拟仪器的专家测试系统【J】.微计算机信息2005,2:129-130