基于虚拟仪器的计算机视觉系统的研究
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:575
基于虚拟仪器的计算机视觉系统的研究
摘 要 对视觉系统的实现进行了研究与技术分析，研究开发了基于虚拟仪器的种子等级判别视觉系统，并论述了数字图像处理算法的应用。
关键词 虚拟仪器 计算机视觉 图像处理 pci总线
随着计算机技术的不断发展，基于pc的视觉系统更加趋于经济和实用。含mmx的高能pentium 处理器、坚固的操作系统、pci局部总线以及具有友好用户接口的、基于虚拟仪器的图像采集软硬件使今天的视觉应用系统的性能远非以往的系统所能比拟，而成本却在不断下降。
过去，pc视觉系统的建立是由系统集成人员、oem和企业内部的视觉系统开发组联合完成。今天，新的技术和基于虚拟仪器的图像处理软件使用户在极低成本下就可开发完成满足大多数应用要求的计算机视觉应用系统。
虚拟仪器视觉应用系统能够为自动化系统提供过程监视、信息集中和反馈控制，实验室自动化与图像处理系统则能够利用滤波与分析技术进行细胞数量、生物材料合格性等的测定。事实上，当今的基于pc的视觉系统已能够以前所未有的效率、灵活性、一致性、可靠性和数据吞吐能力执行更加复杂的检测任务。
１ 基于虚拟仪器的视觉系统对pc性能的要求
1.1 pci局部总线
pci总线的高速数据吞吐能力能够很好地满足图像采集的需要，使之成为实时图像采集的理想方案。因为每帧图像可能包含多达400kb的数据，高速传送这些数据对于实时显示与分析至关重要。pci不仅容易达到这个要求，而且可以进一步提供它的带宽来与其他数据采集设备相集成。pci图像采集板通过使用asic dma控制器，可以充分利用pci总线的带宽，无需占用cpu时间，达到实时采集、显示与分析处理的目的。
pci(peripheral component interconnect，外部设备互连最初是intel为了取代isa和eisa而开发的一种高性能的扩展总线结构，具有比vesa局部总线更强的信号适应性，目前已被广泛采纳为pc和工作站的行业标准。它理论上所能提供的最大数据传输速率是132mb/s，64位pci更可达267mb/s，足够满足高清晰度电视(hdtv)信号与实时三维虚拟现实(3dvr)的需要。由于pci支持“即插即用(pnp)”自动配置功能，使得插入式图象采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，无需用户进行繁琐的开关与跳线操作。
目前，基于pci总线的数据采集／图像采集(daq/lmaq)产品大大提高了计算机视觉系统的性能。pci总线能够达到132mb/s的传输速率。由于以这个速率传输数据会严重耗尽cpu时间，最终会影响系统性能，daq/imaq厂商为基于pci的daq/imaq传输器设计了asic芯片。如ni公司的mite芯片，它利用dma技术不仅能完成pci的最高传输速率，还能通过非连续的内存缓冲区而无需申请cpu时间。
1.2 mmx技术
intel的mmx技术改进了视觉软件的性能，有效地提高了图像处理速度。对于大多数视觉软件函数，含mmx的pentium处理器的执行速度较不含mmx的pentium处理器提高200%～400%，这是由于mmx技术包含大量通用指令，增强了pc的处理能力，且与原有的intel结构保持了完整的兼容性。而且mmx技术也完全兼容于现存的各类操作系统与应用软件。利用ｍｍｘ技术对于大多数图像采集视觉函数如滤波、阈值处理、运算、逻辑和形态学等都有显著的性能增益。
２ 软件处理与分析
数字图像处理是视觉系统的关键，在虚拟仪器系统中，这一切是通过计算机软件实现的。目前国内外使用最为广泛的虚拟仪器开发平台是ni公司的labview和labwindows/cvi。而基于这两种软件的imaq vision则为这两种平台提供了完整的图像处理函数库或功能模块，如各类边缘检测算子、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明成功的理论算法，使用户无需专业编程经验，即可迅速开发完成优秀的、适合本专业的图像处理与分析系统。
３ 种子等级判别视觉系统
3.1系统配置
基于计算机视觉的种子等级判别视觉系统主要是用于大量籽粒的自动化计数与几何尺寸特征测定，该系统的使用提高了测量精度和效率。其基本软硬件配置为：
硬件：彩色ccd、pci-imaq-1408图象采集板（ni公司产品）、pc pentium ii/233计算机；
软件开发工具：labwindows/cvi、imaq vision
操作系统：win
基于虚拟仪器的计算机视觉系统的研究
摘 要 对视觉系统的实现进行了研究与技术分析，研究开发了基于虚拟仪器的种子等级判别视觉系统，并论述了数字图像处理算法的应用。
关键词 虚拟仪器 计算机视觉 图像处理 pci总线
随着计算机技术的不断发展，基于pc的视觉系统更加趋于经济和实用。含mmx的高能pentium 处理器、坚固的操作系统、pci局部总线以及具有友好用户接口的、基于虚拟仪器的图像采集软硬件使今天的视觉应用系统的性能远非以往的系统所能比拟，而成本却在不断下降。
过去，pc视觉系统的建立是由系统集成人员、oem和企业内部的视觉系统开发组联合完成。今天，新的技术和基于虚拟仪器的图像处理软件使用户在极低成本下就可开发完成满足大多数应用要求的计算机视觉应用系统。
虚拟仪器视觉应用系统能够为自动化系统提供过程监视、信息集中和反馈控制，实验室自动化与图像处理系统则能够利用滤波与分析技术进行细胞数量、生物材料合格性等的测定。事实上，当今的基于pc的视觉系统已能够以前所未有的效率、灵活性、一致性、可靠性和数据吞吐能力执行更加复杂的检测任务。
１ 基于虚拟仪器的视觉系统对pc性能的要求
1.1 pci局部总线
pci总线的高速数据吞吐能力能够很好地满足图像采集的需要，使之成为实时图像采集的理想方案。因为每帧图像可能包含多达400kb的数据，高速传送这些数据对于实时显示与分析至关重要。pci不仅容易达到这个要求，而且可以进一步提供它的带宽来与其他数据采集设备相集成。pci图像采集板通过使用asic dma控制器，可以充分利用pci总线的带宽，无需占用cpu时间，达到实时采集、显示与分析处理的目的。
pci(peripheral component interconnect，外部设备互连最初是intel为了取代isa和eisa而开发的一种高性能的扩展总线结构，具有比vesa局部总线更强的信号适应性，目前已被广泛采纳为pc和工作站的行业标准。它理论上所能提供的最大数据传输速率是132mb/s，64位pci更可达267mb/s，足够满足高清晰度电视(hdtv)信号与实时三维虚拟现实(3dvr)的需要。由于pci支持“即插即用(pnp)”自动配置功能，使得插入式图象采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，无需用户进行繁琐的开关与跳线操作。
目前，基于pci总线的数据采集／图像采集(daq/lmaq)产品大大提高了计算机视觉系统的性能。pci总线能够达到132mb/s的传输速率。由于以这个速率传输数据会严重耗尽cpu时间，最终会影响系统性能，daq/imaq厂商为基于pci的daq/imaq传输器设计了asic芯片。如ni公司的mite芯片，它利用dma技术不仅能完成pci的最高传输速率，还能通过非连续的内存缓冲区而无需申请cpu时间。
1.2 mmx技术
intel的mmx技术改进了视觉软件的性能，有效地提高了图像处理速度。对于大多数视觉软件函数，含mmx的pentium处理器的执行速度较不含mmx的pentium处理器提高200%～400%，这是由于mmx技术包含大量通用指令，增强了pc的处理能力，且与原有的intel结构保持了完整的兼容性。而且mmx技术也完全兼容于现存的各类操作系统与应用软件。利用ｍｍｘ技术对于大多数图像采集视觉函数如滤波、阈值处理、运算、逻辑和形态学等都有显著的性能增益。
２ 软件处理与分析
数字图像处理是视觉系统的关键，在虚拟仪器系统中，这一切是通过计算机软件实现的。目前国内外使用最为广泛的虚拟仪器开发平台是ni公司的labview和labwindows/cvi。而基于这两种软件的imaq vision则为这两种平台提供了完整的图像处理函数库或功能模块，如各类边缘检测算子、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明成功的理论算法，使用户无需专业编程经验，即可迅速开发完成优秀的、适合本专业的图像处理与分析系统。
３ 种子等级判别视觉系统
3.1系统配置
基于计算机视觉的种子等级判别视觉系统主要是用于大量籽粒的自动化计数与几何尺寸特征测定，该系统的使用提高了测量精度和效率。其基本软硬件配置为：
硬件：彩色ccd、pci-imaq-1408图象采集板（ni公司产品）、pc pentium ii/233计算机；
软件开发工具：labwindows/cvi、imaq vision
操作系统：win
相关IC型号
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