张庆果， 余旭东， 黄国钦

(华侨大学 制造工程研究院，福建 厦门 361021)

随着图像处理和工业相机制造技术的不断发展和进步，机械视觉技术迅速发展，同时随着工业向高精尖技术的发展，也极大地促进着机械视觉的发展[1]。模板法是金刚石颗粒实现磨粒有序排布的一种方法，机械视觉技术的发展为如何检测模板法排布金刚石颗粒的情况提供了一种可能。

Labview和NI Vision Assistant软件的结合可以快速地编写相应的程序框图，应用到自动化生产或用于各种设备的数据采集和控制。利用Labview和Vision软件平台可以有效地对图像进行处理，进而检测出金刚石颗粒在模板上排布的效果[2-4]。

1 视觉平台的搭建

1.1 平台的硬件组成

(1)CCD工业相机。视觉平台搭建采用的工业相机为普通的工业相机。

(2)光学镜头。光学镜头主要用于聚焦成像，调节焦距检测物体的细节。选择工业相机时主要应考虑相机焦距，焦距的选择决定了相机拍摄范围和细节检测。

(3)LED光源。由于金刚石颗粒和模板所采用的钢板都对光有一定的反射效应，本实验平台所采用的光源为条形光源和方形光源。

(4)计算机。本试验平台采用的计算机为安装有Labview软件和NI Vision Assistant软件的联想台式机，可以通过USB数据线与工业相机进行连接。

(5)黑色亚克力。排除外部光源的干扰，只需内部光源对拍摄的图片产生影响，进而确定光源的强度和角度。

视觉平台的搭建如图1所示。

1.2 软件组成

检测系统采用软件Labview2016和NI Vision assistant进行编写程序，在Labview软件下安装NI-IMAQdx软件实现驱动USB工业相机，此外还需要Vision模块对图形进行采集和处理。

1.3 工作原理

模板法是实现金刚石颗粒有序排布的方法之一，其原理是利用模板孔径与金刚石粒径之间的关系[5]。原理如图2所示。

图2 模板法Fig.2 The template method1-材料基体;2-金刚石颗粒;3-钢板;4-有序排布模板

模板的孔径为定值，当模板孔内有金刚石颗粒时拍摄的透光面积会减小。即检测孔内是否有金刚石颗粒，就是孔的透光的面积是否减小。当不锈钢板孔的透光面积减小，说明此孔中含有金刚石颗粒。通过NI-IMAQdx软件驱动工业相机拍摄图片，图片通过USB数据线传送到Labview中进行图形处理，图像处理的过程运用的是图像分割、亮度、颜色、提取、过滤和灰色形态等图像等处理手段，并且提取所需要的特征。提取出透光面积，过滤掉透光面积减小的孔，即可检测出模板排布后没有金刚石颗粒的孔径个数和位置。

2 图像采集

驱动工业相机是图像采集的基础，采集到的图片对后续的处理和检测有着很重要的影响。程序为实时采集图片进行处理，即当运行开始后，工业相机接受到触发脉冲，处于实时采集图像的状态，直到操作者结束运行程序。图像采集程序如图3所示。

图3 图像采集程序Fig.3 The image acquisition program

图像采集的程序操作流程如下所示。

第一步：IMAQdx Session，选取相应的相机，为后续的驱动相机做铺垫。

第二步：IMAQdx open camera，获取相机的信息并进行驱动，排除驱动其他相机的可能。

第三步：IMAQdx Configure Grab VI，配置和开始图像采集。驱动相机进行一次拍摄，也可用VI进行高速驱动采集，拍摄的照片只能在缓冲区内循环，只有用IMAQdx Grab VI才可以将图片从缓冲区里取出来。

第四步：IMAQdx Grab VI，获取缓冲区里最新的图像。如果工业相机拍摄的图像类型与相机视频的格式不匹配，则此VI可以将图像类型更改为相匹配的格式。

第五步：IMAQdx Close Camera VI，关闭相应的相机，并删除其中采集到的图片与相关资料，释放其中的内存。

第六步：IMAQ Dispose VI ，破坏相应的图像并释放由图像所占用的内存，要求拥有调色板进行图像管理和NI视觉开发模块。

第七步：通用错误处理器VI，用于对操作过程中出现错误的反馈。如果操作不当或者程序执行时产生错误，将对这些错误进行详解或者显示相应的解释对话框。

图像采集的程序实现了相机的驱动对图像进行采集，并将采集到的图像传送到相应的储存位置和图像处理的程序中去，同时还可以在软件界面显示采集到的图片。

3 图像处理

本文采用的不锈钢的孔径为700μm。模板的孔径为定值，即拍摄图形中孔的透光面积为定值。如果有金刚石颗粒掉进孔里，透光面积必然会减小，这是给检测金刚石颗粒提供的一种思路。

3.1 图像采集及预处理

由工业相机拍摄的图像为原始图像，对原始图像进行预处理即调节Brightness值，Brightness处理可以调节图像的亮度、对比度和伽玛值等[6]。图像处理前后对比如图4所示。

图像预处理降低图片红色平面的亮度、增加图片红色平面对比度和校正图像红色平面的伽玛。

3.2 图片颜色处理

图片颜色处理包括抽取彩色平面和设置阈值。

抽取彩色平面是从图像中抽取三种颜色平面(RGB、HSV或HSL)，由于工业相机拍摄的图像为彩色图像，点击此函数即可将彩色图片转化为灰度图像。本文采用RGB-Blue Plane从图像中抽取蓝色平面，将金刚石的颜色进行抽取，处理后的图像如图5所示。

图4 图像处理前后对比Fig.4 the comparison between the original image and the processed image

图5 抽取彩色平面Fig.5 Extracting color plane

设置阈值即为二值化处理，就是将抽取彩色平面后的图像的像素点的灰度值设置为0或255[7]。处理后的图像如图6所示.

图6 二值化处理Fig.6 Binarization processing

我们可以从二值化处理后的图像中看出，红色凸显的部分就是我们所要检测的目标，即透光面积。

3.3 图像粒子处理

图像粒子处理包括粒子过滤和粒子分析。粒子过滤，通过设置不同的条件对粒子进行筛选，将这些满足设置条件的粒子进行去除或保留。本文选择透光面积减小的部分进行去除，处理后的图像如图7所示。

图7 粒子过滤Fig.7 Particle filter

粒子分析，从图像中提取与粒子相关的信息，比如粒子数量、面积和位置等，也可以调出相应的Excel表格，把数据导到Excel表格里。

图像处理的流程是在NI Vision Assistant软件下调试完成的，图像经过上述的处理后即可得到我们想要的处理结果。在软件界面导出相应的处理程序，程序框图如图8所示。

图8 图像处理程序Fig.8 The image processing program

图像处理用Vision Assistant软件进行，图像进行一系列处理检测出透光度减小的孔，进而去除。剩余的孔即为不含金刚石颗粒的孔，进而检测出剩余孔的位置和数量。

4 结论

(1)本文选用模板有序排布的金刚石颗粒为研究对象，首先通过CCD工业相机采集图像；然后利用NI Vision Assistant 2016软件对图像进行合适的预处理，从而实现对模板法排布的金刚石颗粒进行检测；最后采用Labview2016软件和IMAQ Vision工具包进行编写程序，完成上述的各种图像处理方法和颗粒的识别。

(2)根据金刚石和模板法的特点，本文采取图像亮度、抽取彩色平面、二值化、粒子过滤和粒子分析等方法对图像进行处理。通过综合使用Labview软件和Vision Assistant软件，对图像实时采集和处理进行了研究，实现了对模板法粒子排布金刚石颗粒的检测，并建立了一套完善的基于Labview的系统对模板排布金刚石的实时检测系统。