前语
丈量物体的细小位移在许多方面如数控机床的准确加工等，有广泛的运用。现在丈量物体的细小位移现已开展了多种办法：激光位移传感器丈量法、电容位移传感器丈量法等。本文完成了一种基于LabVIEW机器视觉软件渠道和读数显微镜以及USB摄像头丈量细小位移的体系。该体系成本低，操作便利，并完成了核算机的实时动态丈量。由美国NI公司推出的LabVIEW是现在最盛行、运用最广、开展最快和功用最强的图形化数据软件[1-4]。NI公司推出的机器视觉渠道是专门的图画处理软件渠道。本丈量体系选用LabVIEW和机器视觉软件渠道编程操控USB摄像头收集读数显微镜的物体图画移动，经过核算机判别物体图画的像素移动来核算物体移动的细小位移。整个试验进程中，图画收集和数据处理都是经过LabVIEW软件编程完成。因为摄像头的帧速为30帧/秒，因而可完成动态丈量、÷像o实时显现成果并将数据实时保存。
1 试验原理和思路
经过读数显微镜的扩大效果把物体发生的细小位移扩大，运用摄像头拍照物体扩大的图画，用核算机对图画进行二值化处理，经过移动前后图画质心方位像素点的改变可核算出物体位移的改变。图1是试验原理和丈量流程图。
图1 细小位移丈量试验原理图
试验思路如下：读数显微镜底座的LED发射出均匀安稳的光，照射到显微镜载物台的玻璃片上。物体的移动牵引显微镜物镜下的细丝发生细小位移，这儿，细丝的位移便是物体的位移。显微镜对细丝成一个明晰扩大的像，被置于目镜上的USB摄像头收集到图画并将图画传到核算机进行处理。核算机对收集到的图画先进行二值化处理，滤去布景图画的影响，核算出图画质心的方位。经过比较前后图画质心的方位坐标，可核算出质心移动的像素点。试验中经过屡次丈量，先得出图画单位像素点和物体实践位移的份额系数。实践丈量物体的位移时，经过核算出图画质心像素点的改变，再乘以单位像素点的改变与物体实践位移的份额系数，核算出物体的实践位移。
试验中运用的试验仪器和设备包含：读数显微镜（型号为：JCD-Ⅲ，上海光学仪器厂）。试验中显微镜的目镜×10，物镜×10，对细丝的扩大倍数为100倍。摄像头：一般罗技快看高手版（罗技公司），摄像头的分辩率 320×240，30万像素，拍照帧速为30帧/秒。细丝为准确加工的黑色细丝，直径约为 。
2 根据LabVIEW和视觉开发渠道丈量体系的程序规划
2.1 程序规划的思路
试验经过选用LabVIEW视觉软件渠道编程操控USB摄像头收集显微镜中扩大的物体图画。经过对图画进行核算和处理，核算出移动物体图画的质心像素的方位改变来丈量物体的细小位移。在LabVIEW的机器编程中，选用编程操控USB摄像头的收集。为了滤去布景图画和噪音的影响，收集到的图画需经过二值化处理。经过设定门限值，将图画像素值高于门限值的设为最高像素值，低于门限值的置零，取得细丝的二值化图画。调用视觉开发渠道中的专门模块核算出细丝图画质心的像素方位[5-6]，进一步核算出移动前后质心像素方位改变的像素点个数。丈量时，经过核算出图画质心移动的像素点个数乘以单位像素点的改变与实践间隔的份额系数，求得物体移动的实践间隔。
2.2 丈量程序显现界面的规划
USB 摄像头将被测物体所成像变为数字图画输入核算机，由LabVIEW软件渠道调用并显现。考虑到显现的便利，丈量程序设为两个界面显现。图2是丈量程序的实时同步丈量界面。“图画盯梢”实时显现摄像头拍照到的显微镜成的细丝图画，直观显现图画移动，图中黑色物体为细丝的图画;“成果”和“位移记载”实时显现物体位移改变;点击“开端丈量”键，核算机发动摄像头开端丈量;点击“复位”键从头丈量。考虑到摄像头开端作业时一般都不安稳，设置核算机发动摄像头开端丈量后收集到的前15帧图画不予选用。为了便利显现，设置图画收集在蓝色进度条走完之后开端丈量。经过这个界面，可以直观观测到物体的图画和位移。
图2 同步丈量显现界面
2.3 丈量的LabVIEW程序规划
在LabVIEW 中，因为将调用函数模块化了，因而调用USB摄像头十分简略。图3是LabVIEW调用USB摄像头收集图画的编程。调用的进程如下：调用摄像头①IMAQ Create.vi —> ②IMAQ USB Grab Setup.vi —> ③IMAQ USB Grab Acquire.vi —>④IMAQ USB Close.vi，该进程为静态拍照一帧。加上一个循环⑥While Loop，经过⑤Wait Until Next ms Multiple操控While Loop每隔多少毫秒触发一次（默认值为33.3毫秒，也便是每秒三十30帧），输出⑦Image Display。
图3 调用USB摄像头收集图画
从USB摄像头收集到的图画经过图4进行二值化的编程处理：从①IMAQ USB Grab Acquire.vi输出的图画②IMAQ ColorImageToArray，由③Optional Rectangle功用截取收集图画的有用部分并转化为一个32位的二维数组。为了便于确认二值化门限的标度，运用To Unsigned Byte Integer 把32位数组转化为8位数组，经过两次运用④For Loop的循环端口i和⑤⑥Index Array对二维数组进行索引;运用Less Or Equal?和⑦Select对数组的每一个值与预先的门限值进行比较判别，规则大于预先给定门限值为0（亮度最小），否则为255（亮度最大）。经过二值化处理后的数组经过IMAQ ArrayToImage转化为图画显现出来，这样就把收集到的图画变为只要是非两种色彩。其间，白色代表物体所成的像，黑色为布景图画。
图4 二值化处理图画
NI公司的机器视觉软件渠道是专门为图画处理开发的，有许多专用的软件模块。咱们选用了其间核算质心的模块。将图画输入模块，它便能输出图画质心的坐标。依照试验规划思路，咱们有必要预先丈量出图画单位像素点的改变和实践物体移动间隔的份额系数，因而选用了读数显微镜。读数显微镜可以准确移动显微镜。物体不动，准确移动显微镜，可读出显微镜的移动间隔，一起核算出图画改变的像素点数。将移动间隔除以总的像素点数，得到单位像素点的改变与实践物体移动间隔的份额系数。
试验中物体的移动是经过牵引显微镜物镜下的细丝而发生的，因而细丝位移便是物体的位移。为了取得100um的位移，咱们将物体放在一个螺旋测微器操控的光学渠道上。螺旋测微器一共50个小格，滚动一周移动为0.5mm，因而滚动一小格为10um。经过调理螺旋测微器，咱们取得100um的位移规模。丈量时，将收集到的数据实时保存到电脑中，再经过画图软件显现。图5是丈量的试验成果。图中的横坐标表明丈量的时刻，纵坐标表明丈量的位移，平直部分是移动螺旋测微器时的停留时刻。因为是手旋动螺旋测微器，因而移动的快慢不一致导致呈现阶梯状的中止。
图5试验成果显现，物体移动规模为
3 试验差错剖析和改善办法评论
丈量体系中差错首要来自两个方面：一个是丈量体系自身带来的差错，例如物体牵引细丝的运动不同步、试验渠道的轰动等;另一个重要的差错来源于图画单位像素点的改变和实践物体移动间隔的份额系数，假如这个系数有较大的差错，丈量成果就不牢靠。试验中选用的办法是：细丝不动，准确移动显微镜，读出显微镜的移动间隔;核算出细丝图画改变的像素点数，将移动间隔除以总的像素点数，得到单位像素点的改变与实践物体移动间隔的份额系数。咱们将读数显微镜准确移动100um、150um、200um ，重复屡次丈量细丝质心像素点的改变点数，一起考虑回程差错，核算出该系数平均值约为2um/像素。因而，丈量体系的丈量精度是2um。选用更高倍数的显微镜，可以取得更高的丈量精度。
4 总结
本文具体介绍了根据LabVIEW软件和机器视觉渠道，运用USB摄像头和读数显微镜树立一个动态丈量细小位移的体系。试验进程中的图画收集和数据处理都是经过LabVIEW软件编程完成。经过运用周边通用设备（核算机、读数显微镜、USB摄像头），使得该体系具有精度较高、制作简略、技能要求低、操作便利和移植性强等特色。
本文立异点：将虚拟仪器技能运用到细小位移丈量中，运用LabVIEW机器视觉渠道开发规划了根据USB摄像头的细小位移动态丈量体系。咱们的试验中，动态丈量精度达到了2um。
参考文献
[1]龙帆,钱利民,李迎春.根据LabVIEW和声卡的扬声器检测体系的规划和完成[J].微核算机信息,2006,7-1: 90-92.
[2]National Instruments Corporation. LabVIEWTM User Manual, National Instruments Corporation, 1998.
[3]贾云得. 机器视觉[M]. 科学出版社. 2000.
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[5]章毓晋. 图画工程（上册）图画了解与核算机视觉[M]. 清华大学出版社. 2000.
[6]章毓晋. 图画工程（下册）图画处理和剖析[M]. 清华大学出版社. 2000
