Обработка и анализ цифровых изображений с примерами на LabVIEW IMAQ Vision (3000,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

УДК 621.38 ББК 32.973.26108.2 В41 Визильтер Ю. В., Желтов С. Ю., Князь В. А., Ходарев А. Н., Моржин А. В. В41 Обработка и анализ цифровых изображений с примерами на LabVIEW IMAQ Vision. – М.: ДМК Пресс. – 464 с. ISBN 978 5970601785  Данная книга представляет собой полный учебный курс по тематике ма шинного зрения и цифровой обработки изображений и одновременно может служить практическим пособием по построению приложений машинного зрения в среде визуального программирования LabVIEW с использованием библиотеки средств обработки и анализа изображений IMAQ Vision. Рас сматриваются основные аспекты получения, хранения, обработки и анализа цифровых изображений, а также автоматического выделения и распознава ния на изображениях различного рода объектов. Описываемые методы под робно иллюстрируются программами и схемами обработки, созданными в LabVIEW на базе IMAQ Vision. Приводятся многочисленные примеры прак тических приложений машинного и компьютерного зрения в таких областях, как автоматизация измерений и технический контроль, видеонаблюдение, биометрия, обработка документов, медицинские приложения. На сайте издательства www.dmkpress.com размещены цветные рисунки из книги, а также 30дневные версии программных продуктов LabVIEW 8.5, NI Vision Builder for Automated Inspection 3.0 и LabVIEW Vision Development Module 8.5. Книга рассчитана на научных работников, инженеров и студентов техни ческих ВУЗов, интересующихся тематикой машинного зрения и програм мированием в среде LabVIEW. УДК 621.38 ББК 32.973.26108.2 Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения вла дельцев авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответ ственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. ISBN 978 5970601785  © Визильтер Ю. В., Желтов С. Ю., Князь В. А., Ходарев А. Н., Моржин А. В. © Оформление, ДМК Пресс

Стр.3

СОДЕРЖАНИЕ Введение .................................................................................................. 10 1 Машинное зрение, LabVIEW и NI Vision ................................................ 14 1.1. Проблематика машинного зрения................................................. 14 1.1.1. Задачи машинного зрения ........................................................... 15 1.1.2. Уровни и методы машинного зрения...........................................16 1.1.3. Сопряженные технические дисциплины ......................................17 1.1.4. Требования к алгоритмам машинного зрения .............................19 1.1.5. Роль специальных программных средств в разработке приложений машинного зрения ............................................................ 22 1.2. Знакомство с LabVIEW .................................................................... 24 1.3. Знакомство с NI Vision .................................................................... 44 1.3.1. Платформа NI Vision: захват, обработка и анализ изображений в LabVIEW .............................................................................................. 44 1.3.2. Функции NI Vision ........................................................................ 45 1.4. Знакомство с Vision Assistant..........................................................50 1.4.1. Начало работы с Vision Assistant .................................................50 1.4.2. Пример работы в Vision Assistant ................................................ 52 1.4.3. Экспорт проекта в LabVIEW ......................................................... 56 2 Цифровые изображения ........................................................................ 59 2.1. Растровое изображение ................................................................ 59 2.1.1. Изображение как двумерный массив данных .............................. 59 2.1.2. Алгебраические операции над изображениями ............................62

Стр.4

4 Обработка и анализ цифровых изображений с примерами 2.2. Виды изображений.......................................................................... 75 2.2.1. Физическая природа изображений .............................................76 2.2.2. Тип пикселя.................................................................................. 81 2.3. Устройства оцифровки и ввода изображений ............................. 84 2.3.1. Линейки и матрицы, сканеры и камеры ....................................... 84 2.3.2. Геометрия изображения.............................................................. 87 2.3.3. Цифровые и аналоговые устройства ........................................... 88 2.3.4. Пространственное разрешение ................................................. 89 2.3.5. Программное обеспечение ........................................................91 2.4. Форматы хранения и передачи цифровых изображений ...........92 2.4.1. Методы сжатия цифровых изображений .....................................94 2.4.2. Формат BMP ................................................................................96 2.4.3. Формат PCX .................................................................................99 2.4.4. Формат GIF ..................................................................................99 2.4.5. Формат TIFF .............................................................................. 100 2.4.6. Формат JPEG ............................................................................ 101 2.4.7. Формат DICOM ......................................................................... 105 2.5. Цифровые видеопоследовательности ....................................... 107 2.5.1. Скорость съемки ...................................................................... 107 2.5.2. «Смаз» изображения ................................................................ 108 2.5.3. Этапы проектирования системы видеосъемки.......................... 109 2.5.4. Быстрая съемка и съемка быстропротекающих процессов ..... 111 2.5.5. Форматы хранения и передачи цифровых видеопоследовательностей ............................................................... 112 3 Методы обработки изображений ......................................................118 3.1. Гистограмма и гистограммная обработка. Бинаризация и сегментация. Профили и проекции ................................................ 119 3.1.1. Гистограмма и гистограммная обработка изображений .......... 121 3.1.2. Бинаризация полутоновых изображений ...................................137 3.1.3. Адаптивная бинаризация ...........................................................137 3.1.4. Сегментация многомодальных изображений ............................ 141 3.1.5. Обработка цветных изображений ............................................ 141 3.1.6. Профиль вдоль линии и анализ профиля ....................................151 3.1.7. Проекция и анализ проекции ................................................... 160

Стр.5

Содержание 5 3.2. Фильтрация изображений. Ранговая нелинейная фильтрация. Выделение объектов ............................................................................163 3.2.1. Задача фильтрации изображений ..............................................163 3.2.2. Фильтрация бинарных изображений .........................................168 3.2.3. Нелинейная фильтрация полутоновых изображений .................175 3.2.4. Задача выделения объектов интереса .......................................... 180 3.3. Линейная фильтрация изображений. Линейная фильтрация в пространственной области. Преобразование Фурье. Линейная фильтрация в частотной области .......................................184 3.3.1. Линейная фильтрация изображений. Линейная фильтрация в пространственной области ..............................................................184 3.3.2. Преобразование Фурье. Линейная фильтрация в частотной области .............................................................................................. 192 3.3.3. Вейвлетанализ ......................................................................... 204 3.4. Выделение контуров на полутоновых изображениях ............... 216 3.4.1. Задача выделения контуров ...................................................... 216 3.4.2. Операторы выделения контуров в IMAQ Vision .........................222 3.5. Математическая морфология Серра (ММ) .................................. 228 3.5.1. Теоретические основы математической морфологии .............. 229 3.5.2. Операции математической морфологии в IMAQ Vision.............239 4 Методы анализа изображений ............................................................251 4.1. Выделение и анализ связных областей ........................................251 4.1.1. Выделение связных областей на бинарных изображениях ........251 4.1.2. Методы сегментации полутоновых изображений ......................256 4.1.3. Геометрическое описание выделенных областей .................... 261 4.1.4. Выделение и анализ связных областей в IMAQ Vision ................265 4.2. Выделение геометрических примитивов ................................... 280 4.2.1. Методы выделения геометрических примитивов на основе преобразования Хафа ........................................................................ 280 4.2.2. Выделение геометрических примитивов в IMAQ Vision ............ 285 4.3. Обнаружение объектов, заданных эталонами .......................... 296 4.3.1. Методы обнаружения объектов, заданных эталонами .............. 296 4.3.2. Функции привязки эталонов в IMAQ Vision ............................... 302 4.4. Измерения на изображениях ...................................................... 306

Стр.6

6 Обработка и анализ цифровых изображений с примерами 4.4.1. Функции геометрических измерений в IMAQ Vision ................ 306 4.4.2. Функции яркостных измерений в IMAQ Vision...........................311 4.5. Считывание символьной информации ........................................312 4.5.1. Задача оптического распознавания символов (OCR) .................312 4.5.2. Считывание штриховых кодов ................................................... 323 4.5.3. Считывание информации технических индикаторов.................. 332 4.6. Служебные функции пакета IMAQ Vision ..................................... 333 4.6.1. Ручные геометрические измерения и построения .................... 333 4.6.2. Работа c растровым изображением и областями интереса ...... 343 5 Цифровая фотограмметрия и бесконтактные измерения ............. 347 5.1. Методы цифровой фотограмметрии ...........................................347 5.1.1. Фотограмметрический метод бесконтактных трехмерных измерений ..........................................................................................347 5.1.2. Математическая модель камеры ................................................ 348 5.1.3. Калибровка видеокамер ............................................................350 5.1.4. Внешнее ориентирование камер .............................................. 351 5.1.5. Решение задачи стереосоответствия при построении модели поверхности. Структурированный подсвет ........................................ 352 5.1.6. Приведение координат точек снимков к нормальному случаю съемки. Определение элементов взаимного ориентирования по внешнему ....................................................................................... 354 5.1.7. Вычисление пространственных координат точек поверхности ....................................................................................... 355 5.2. Фотограмметрический комплекс для бесконтактных измерений на базе LabVIEW и PXI ....................................................... 356 5.2.1. Аппаратное обеспечение комплекса ........................................ 356 5.2.2. Программное обеспечение комплекса .................................... 360 6 Compact Vision System – новая промышленная платформа для систем технического зрения.........................................................369 6.1. Compact Vision System (CVS) ....................................................... 368 6.1.1. Технические характеристики CVS ............................................. 368 6.1.2. Подключение и настройка CVS .................................................369

Стр.7

Содержание 7 6.1.3. Создание приложения для CVS ..................................................374 6.2. Пример приложения: фотограмметрический комплекс на базе CVS ...........................................................................................377 6.2.1. Аппаратное обеспечение комплекса ........................................377 6.2.2. Программное обеспечение комплекса .................................... 378 6.2.3. Пример сканирования детали ................................................... 388 7 Примеры практических систем машинного зрения .........................391 7.1. Автоматизация измерений и технический контроль ..................391 7.1.1. Система автоматического выделения и фильтрации следа частиц .................................................................................................391 7.1.2. Система автоматизированного бесконтактного измерения объема круглых лесоматериалов ........................................................392 7.1.3. Система определения гранулометрического состава рудной массы (разработка ИИТ и ООО «НВП ЦентрЭСТАгео») ....................394 7.1.4. Система автоматического измерения угла схождения сварного шва ...................................................................................... 395 7.1.5. Система автоматического распознавания и подсчета некондиционных кристаллов на круглой пластине ..............................396 7.1.6. Система компенсации геометрических искажений и бесшовной сшивки изображений, получаемых от многокамерных систем видеоввода ...............................................397 7.1.7. Система автоматизированного контроля качества внутренней поверхности труб .............................................. 398 7.2. Зрение роботов ............................................................................399 7.2.1. Область применения: автомобильные системы ........................399 7.2.2. Область применения: мобильные роботы................................ 401 7.2.3. Система обнаружения препятствий на дороге перед движущимся транспортным средством ............................................. 404 7.2.4. Система автоматической привязки телефрагментов к ортофотоизображению ................................................................... 404 7.3. Видеонаблюдение ........................................................................ 405 7.3.1. Область применения: видеонаблюдение ................................. 405 7.3.2. Система обнаружения и сопровождения движущихся объектов по признаку их движения .................................................... 406

Стр.8

8 Обработка и анализ цифровых изображений с примерами 7.3.3. Система стереообнаружения движения в зоне видеонаблюдения .............................................................................. 411 7.3.4. Система считывания регистрационных номеров автомобилей .......................................................................................412 7.3.5. Система считывания номеров железнодорожных вагонов и цистерн ............................................................................................413 7.4. Биометрия......................................................................................414 7.4.1. Область применения: биометрия ..............................................414 7.4.2. Система обнаружения и распознавания лиц .............................421 7.4.3. Система трехмерной реконструкции и формирования строго фронтального изображения лица человека ............................. 423 7.4.4. Система автоматического выделения человеческого лица и слежения за его чертами .................................................................. 425 7.4.5. Система распознавания жестов руки человека ......................... 426 7.4.6. Cистема для биомеханических исследований на основе высокоскоростной стереосъемки движений человека ...................... 426 7.4.7. Система слежения за положением головы и направлением взгляда ребенка .................................................................................. 428 7.5. Обработка документов, распознавание текста и штриховых кодов .................................................................................................... 429 7.5.1. Система автоматического поиска и считывания штриховых кодов ................................................................................................. 429 7.5.2. Система автоматического распознавания машиночитаемых документов ........................................................................................ 430 7.5.3. Система считывания номеров денежных банкнот ......................431 7.5.4. Система оценки подлинности денежных банкнот ...................... 432 7.5.5. Cистема для оценки ветхости денежных банкнот ....................... 433 7.6. Медицинские приложения ........................................................... 434 7.6.1. Проекты в области анализа и обработки медицинских изображений ...................................................................................... 434 7.6.2. Системы для компьютерного анализа томографических изображений ...................................................................................... 435 7.6.3. Система компьютерного анализа томографических изображений для диагностики воспалительных заболеваний пазух и полости носа (синуитов) ..................................................................436 7.6.4. Система компьютерного анализа томографических изображений для оценки степени ожирения у мужчин .......................436

Стр.9

Содержание 9 7.6.5. Система компьютерного анализа медицинской рентгенографической информации для ранней диагностики остеопороза ....................................................................................... 438 7.6.6. Автоматизированное рабочее место врачарентгенолога ....... 438 7.6.7. Система телемедицины в области радиологических обследований .................................................................................... 440 7.6.8. Модуль управления данными медицинского обследования на основе технологии DICOM .............................................................441 Список литературы ...............................................................................442 Литература по машинному зрению .................................................... 443 Литература по машинному зрению на русском языке ........................ 443 Литература по машинному зрению на английском языке.................... 445 Литература по LabVIEW и NI Vision..................................................... 452 Литература по LabVIEW и NI Vision на русском языке ......................... 452 Литература по LabVIEW и NI Vision на английском языке .................... 453 Предметный указатель ......................................................................... 454

Стр.10