LabVIEW應用于實(shí)時(shí)圖像采集及處理系統

摘 要：本文在LabVIEW和NI-IMAQ Vision軟件平臺下，利用通用圖像采集卡開(kāi)發(fā)一種圖像實(shí)時(shí)采集處理虛擬儀器系統。通過(guò)調用動(dòng)態(tài)鏈接庫驅動(dòng)通用圖像采集卡完成圖像采集，采集圖像的幀速率達到25幀每秒。利用NI-IMAQ Vision視頻處理模塊，進(jìn)行圖像處理，以完成光電探測器的標定。該系統具有靈活性強、可靠性高、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

　　1.引言

　　美國國家儀器（NI）公司的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW，使用圖形化編程語(yǔ)言編程，界面友好，簡(jiǎn)單易學(xué)，配套的圖像處理軟件包能提供豐富的圖像處理與分析算法函數，極大地方便了用戶(hù)，使構建圖像處理與分析系統容易、靈活、程序移植性好，大大縮短了系統開(kāi)發(fā)周期。在推出應用軟件的基礎上，NI公司又推出了圖像采集卡，對于NI公司的圖像采集卡，可以直接使用采集卡自帶的驅動(dòng)以及LabVIEW中的DAQ庫直接對端口進(jìn)行操作。

　　但由于NI公司的圖像采集卡成本很高，大多用戶(hù)難以接受，因此硬件平臺往往采用通用圖像采集卡，軟件方面的圖像處理程序仍采用LabVIEW以及視頻處理模塊編寫(xiě)。本文正是基于這樣的目的，提出了一種在LabVIEW環(huán)境下驅動(dòng)通用圖像采集卡的方案，在TDS642EVM高速DSP視頻處理板卡的平臺下，完成實(shí)時(shí)圖像采集及處理。

　　在圖象處理的工作中主要完成對CCD光電探測器的輻射標定。由于探測器在自然環(huán)境下獲取圖像時(shí)，會(huì )受到來(lái)自大氣干擾，自身暗電流，熱噪聲等影響，使CCD像元所輸出信號的數值量化值與實(shí)際探測目標輻射亮度之間存在差異，所以要得到目標的精確圖像就必須對探測器進(jìn)行輻射標定。

　　2.圖像采集卡簡(jiǎn)介

　　聞亭公司TDS642EVM（簡(jiǎn)稱(chēng)642）多路實(shí)時(shí)視頻處理板卡是基于DSP TMS320DM642芯片設計的*估開(kāi)發(fā)板。計算能力可達到4Gips，板上的視頻接口和視頻編解碼芯片Philips SAA7115H相連,實(shí)現實(shí)時(shí)多路視頻圖像采集功能,支持多種PAL,NTSC和SECAM視頻標準。本系統通過(guò)642的PCI接口與主機進(jìn)行數據交換。PCI支持“即插即用（PnP）”自動(dòng)配置功能，使圖像采集板的配置變得更加方便，其一切資源需求的設置工作在系統初啟時(shí)交由BIOS處理， 無(wú)需用戶(hù)進(jìn)行繁瑣的開(kāi)關(guān)與跳線(xiàn)操作。PCI接口的海量數據吞吐,為其完成實(shí)時(shí)圖像采集和處理提供保證。

　　3.系統組成及工作原理

圖1. 圖像采集及實(shí)時(shí)處理系統框圖

　　圖像采集的過(guò)程也就是圖像采集板卡對來(lái)自CCD的標準視頻信號（PAL制式）進(jìn)行模數轉換的過(guò)程，將量化后的數據通過(guò)PCI總線(xiàn)傳入計算機內存,然后通過(guò)編制的應用程序讀取顯示。

　　如圖1所示, 彩色CCD相機輸出的視頻模擬信號經(jīng)解碼器SAA7115轉換為數字信號并輸入到642芯片中, 642將處理好的實(shí)時(shí)數字圖像信號輸出到編碼器, 由編碼器將數字信號轉化為標準的PAL制式YCbCr視頻信號輸出到LCD上, 與此同時(shí), 輸出的Y-Cb-Cr格式數字視頻信號經(jīng)過(guò)視頻端口的內部FIFO緩沖后，由642通過(guò)EDMA將數據傳送到片外同步動(dòng)態(tài)存儲器芯片SDRAM中，其中包括四組數據，分別是Sem_標志變量（8bit）;Y: Cb: Cr（4:1:1）圖像信號：Y（720＊574＊8bit）數組，Cb（360＊287＊8bit）數組，Cr（360＊287＊8bit）數組，分別存儲在SDRAM中的0x80003804，0x8102E000，0x81092E80，0x810AC280地址，以供應用程序使用。

　　視頻采集應用程序由LabVIEW編制完成。在需要進(jìn)行圖像采集時(shí)，LabVIEW發(fā)送讀取SDRAM中存儲的YCbCr格式圖像數據的請求，642獲得請求后，開(kāi)始采集圖像并將采集到的YCbCr數值存儲到相應的內存地址，在642完成整一幀的圖像采集之后，將SDRAM中的標志變量Sem設定為0，LabVIEW在這個(gè)過(guò)程中循環(huán)讀取標志變量的值，當為0時(shí)，則從SDRAM中獲得圖像數據，也就是Y， Cb， Cr三個(gè)數組的數據，然后將其轉化為L(cháng)abVIEW能夠顯示的標準RGB格式輸出該圖像。