LabVIEW和IMAQ在手机摄像检测系统中的应用

摘　要: 应用NI 公司应用程序开发平台LabVIEW 和强大的图像处理软件IMAQ ，同时配合图像采集卡并采用图像处理的基本方法， 实现手机摄像头焦距的调节和L ENS 的灰尘散布检测等诸多功能测试。

关键词：LabVIEW；IMAQ；图像处理

引　言

　　随着通讯事业在中国的蓬勃发展，移动电话的使用越来越普遍，消费者对手机的功能要求也越来越高。尤其是现在具有摄像功能的手机已成为一种潮流，因此，手机摄像功能也成为衡量手机性能的重要因素之一。手机摄像功能测试还处于摸索之中，为此提供一种行之有效的测试方法。NI 公司先进的图像化编程软件LabVIEW 和视觉检测处理系统IMAQ 及相应硬件组成的测试系统，具有开发周期短、结构灵活、成本低和功能扩展容易等优点。

硬件组成及连接方式

　

硬件系统由待测摄像头、PC、高速图像采集卡PCI-1424 、稳定的光源、图像板、XY 气动平移台及附在平移台上的夹具等共同组成。通过摄像头对图像板上的图像进行实时采集，将所采图像传给PC ， 然后，再经过数据采集卡转换成数字化图像显示在屏幕上。固定摄像头所用夹具附在XY平移台上，这样在夹具固定摄像头的同时，可以转动夹具调整摄像头的焦距。系统通过GPIB卡连接稳压电源，为了方便和仪器连接，我们使用NI 公司的PCI-GPIB IEEE488. 2 连接线缆。图像板上采用整齐的黑白正方格图像，便于增强对比和分辨边界。洁净的玻璃遮光挡板用来对图像进行灰度分析。由于是成像的测试， 因此对光源也有严格的要求。我们采用在夹具两边分别放置一个稳定光源的方法，使图像亮度均匀。

LabVIEW和IMAQ PCI-1424

Laboratory Virt ual Inst rument EngineeringWorkbench 是由美国国家仪器公司(NI) 推出的一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具。LabVIEW 程序称为虚拟仪器，简称为VI 。LabVIEW 具有图形化编程、数据流传输、无限嵌套子VI 等优点，而且图形直观，界面友好，开发周期短，运行稳定。为广大工程师和科学家进行测试测量、过程控制及数据分析和存储带来了方便。同时，LV 提供了大量的虚拟仪器和函数库来帮助编程，还配有功能更加强大的工具包，如我们所使用的IMAQ VISION ， 就是一种专门用于机器视觉和图像处理的软件包。

IMAQ (image acquisition) 位于框图窗口(Diagram) 上Function 选项板中，主要用于控制NI2IMAQ 设备采集图像信息。IMAQ 具有缓存管理器，可以同时完成数据采集和处理，并且通过对存贮器的直接访问传递数据。其编程简单， 所包含数十种子VI ， 可以满足各种编程需要。我们所使用的IMAQ 硬件是PCI-1424 ， 用于获取彩色和灰度图像，控制数码摄像的数字图像采集板。具有图像采集速度快、成像范围大、图像分辨率高等优点。其时钟频率达到50 MHz ， 最高200 MB 图像采集， 16～80 MB 的板卡存贮器可以满足大范围图像采集，使系统具有更高的实时性。还可兼容RS-422/ TTL 或LVDS/ TTL 摄像机， 是工业及科学应用的理想设备。

检测方法及步骤

由于该系统自动化程度较高，只需将摄像头用夹具固定，同时与接口连接， 摄像清晰度便以数值形式显示。如果数值没有达到标准，对夹具进行转动，调节焦距至数值显示PASS 为止。然后再将挡板移至镜头前，进行灰尘散布测试。如无异物出现， PASS ;否则， FAIL 。FAIL 的产品要记录出错原因， 而分析过程中的数据记录也正是LabVIEW 的另一优势，这样使出错原因清晰可查， 返工时有的放矢。

系统能够检测的功能很多， 包括系统参数配置测试、最佳焦距测试、预胶焦距测试、灰尘散布检测、光度均匀检测等。每个功能各自独立用一个子VI 表示，调用方便，运行调试灵活，容易完善和改进。因为这些检测功能要全部通过，L ENS 才可以下线，所以各子VI 为串行连接。有一处出错，该产品就FAIL 。这样严格控制产品的下线，提高了产品检测质量。系统流程如图2所示。


　　各子VI 分别为参数配置、焦距调节、预胶测试、预胶灰度测试、镜头滴胶、过胶确认、过胶灰度检测和错误输出。

软件流程与图像处理

取两个主要的子VI 进行分析。首先调焦测试系统的流程图，如图3 所示。



我们用IMAQ 中的snap . vi ，再通过循环实现连续采集图像。由于要对每一个区域及像素进行分析，为了提高效率又不失真，因此，对图像隔像素提取，并把图像转化为8-bit 灰度图进行处理。根据图像大小将其平均分成相应区域(7 *7) ，对每个ROI ( region of interest ) 区域进行边缘分。即先计算出每一区域坐标范围，并进一步得出每一像素的坐标值( x ， y) ，再计算光强，得到每一像素的光强值f ( x ， y) ， 如图4 所示。图中x ， y 代表空间坐标值; f 是点( x ， y) 的光强度值。


在进行图像处理时，要对每一区域中的每一像素采用二值化和LU T 等一些基本的图像处理操作，最后，通过中值滤波得到图像中黑白两种颜色的对比变化值。利用求二次均值、标准偏差的方法得出整个图像的评估值。同标准值比较，满足要求就PASS ，否则重测一次，再FAIL 则送去返修。

另一个重要测试是图像的灰度散布测试，包括对图像光度均匀分析测试、灰尘颗粒测试和晕圈测试。由于篇幅所限，这里只取灰尘颗粒测试加以说明。在该项测试中，主要用IMAQ Particle Filter . vi ， IMAQ ComplexParticle. vi 和IMAQ ComplexMeasure. vi 对图像进行检测。而基本的图像处理方法与前面类似，这里不再赘述。在Particle Filter . vi 中，对输入量Selection Value即过滤颗粒参数的设置是关键。参数值小了，一些对成像无影响的细尘也被当作颗粒处理;参数值大了，则一些不能容忍的颗粒也会被忽略。因此，需要根据经验和实际情况而定，经过大量实验才能得出合适的值。这样， 编程时利用现成的IMAQ VI 就可以实现要求。从而得到颗粒数量、范围大小等详细数据，准确而方便。所有测试结束后，根据程序设置自动生成报表，提供所有数据并将其存盘，供参考调用及修改，十分方便。测试图像如图5 和图6 所示。


调焦测试系统界面中，实时地显示采集图像的清晰程度。当中间计算数值高于97. 5 时，显示为绿色，代表PASS ;否则显示红色。由于对图像分区域处理，所以四周数值达到96 即可。要求界面中5 个数值均为绿色时，产品才允许通过;若有一数值为红色，便需要转动夹具，不断调节焦距，直至显示PASS。灰度散布测试系统界面，供操作人员进行目检，观察是否有显道、线条、颗粒等缺陷。这样，通过机器检测和人工目检相结合保证产品质量。操作人员只要进行简单的操作和基本辨别，无需特殊的技术要求。

系统主要技术指标:图像大小为640 ×480 ;ROI 数量为5 ;ROI 大小为40 ×40 ;平均运行时间为22 s ;图像板距离为60 cm ; 照明为300 LUXD65 。

结　论

系统已在某知名大公司的实际生产中得到应用，并且情况良好。经实践证明，用LabVIEW 和IMAQ 及其相应硬件开发的这套测试系统性价比高， 设备运行稳定。而且针对不同型号的L ENS ，只需对子VI 进行相应调整，非常方便，提高了公司的生产效率和经济效益。