LabVIEW應(yīng)用于實(shí)時(shí)圖像采集及處理系統(tǒng)

摘 要：本文在LabVIEW和NI-IMAQ Vision軟件平臺(tái)下，利用通用圖像采集卡開發(fā)一種圖像實(shí)時(shí)采集處理虛擬儀器系統(tǒng)。通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)驅(qū)動(dòng)通用圖像采集卡完成圖像采集，采集圖像的幀速率達(dá)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(cè)器的標(biāo)定。該系統(tǒng)具有靈活性強(qiáng)、可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

　　1.引言

　　美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)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(shù)，極大地方便了用戶，使構(gòu)建圖像處理與分析系統(tǒng)容易、靈活、程序移植性好，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期。在推出應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上，NI公司又推出了圖像采集卡，對(duì)于NI公司的圖像采集卡，可以直接使用采集卡自帶的驅(qū)動(dòng)以及LabVIEW中的DAQ庫(kù)直接對(duì)端口進(jìn)行操作。

　　但由于NI公司的圖像采集卡成本很高，大多用戶難以接受，因此硬件平臺(tái)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。本文正是基于這樣的目的，提出了一種在LabVIEW環(huán)境下驅(qū)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(tái)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(duì)CCD光電探測(cè)器的輻射標(biāo)定。由于探測(cè)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(hào)的數(shù)值量化值與實(shí)際探測(cè)目標(biāo)輻射亮度之間存在差異，所以要得到目標(biāo)的精確圖像就必須對(duì)探測(cè)器進(jìn)行輻射標(biāo)定。

　　2.圖像采集卡簡(jiǎn)介

　　聞亭公司TDS642EVM（簡(jiǎn)稱642）多路實(shí)時(shí)視頻處理板卡是基于DSP TMS320DM642芯片設(shè)計(jì)的*估開發(fā)板。計(jì)算能力可達(dá)到4Gips，板上的視頻接口和視頻編解碼芯片Philips SAA7115H相連,實(shí)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)通過(guò)642的PCI接口與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shè)置工作在系統(tǒng)初啟時(shí)交由BIOS處理， 無(wú)需用戶進(jìn)行繁瑣的開關(guān)與跳線操作。PCI接口的海量數(shù)據(jù)吞吐,為其完成實(shí)時(shí)圖像采集和處理提供保證。

　　3.系統(tǒng)組成及工作原理

圖1. 圖像采集及實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)框圖

　　圖像采集的過(guò)程也就是圖像采集板卡對(duì)來(lái)自CCD的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)（PAL制式）進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，將量化后的數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)存,然后通過(guò)編制的應(yīng)用程序讀取顯示。

　　如圖1所示, 彩色CCD相機(jī)輸出的視頻模擬信號(hào)經(jīng)解碼器SAA7115轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸入到642芯片中, 642將處理好的實(shí)時(shí)數(shù)字圖像信號(hào)輸出到編碼器, 由編碼器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的PAL制式Y(jié)CbCr視頻信號(hào)輸出到LCD上, 與此同時(shí), 輸出的Y-Cb-Cr格式數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)視頻端口的內(nèi)部FIFO緩沖后，由642通過(guò)EDMA將數(shù)據(jù)傳送到片外同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器芯片SDRAM中，其中包括四組數(shù)據(jù)，分別是Sem_標(biāo)志變量（8bit）;Y: Cb: Cr（4:1:1）圖像信號(hào)：Y（720＊574＊8bit）數(shù)組，Cb（360＊287＊8bit）數(shù)組，Cr（360＊287＊8bit）數(shù)組，分別存儲(chǔ)在SDRAM中的0x80003804，0x8102E000，0x81092E80，0x810AC280地址，以供應(yīng)用程序使用。

　　視頻采集應(yīng)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(chǔ)的YCbCr格式圖像數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，642獲得請(qǐng)求后，開始采集圖像并將采集到的YCbCr數(shù)值存儲(chǔ)到相應(yīng)的內(nèi)存地址，在642完成整一幀的圖像采集之后，將SDRAM中的標(biāo)志變量Sem設(shè)定為0，LabVIEW在這個(gè)過(guò)程中循環(huán)讀取標(biāo)志變量的值，當(dāng)為0時(shí)，則從SDRAM中獲得圖像數(shù)據(jù)，也就是Y， Cb， Cr三個(gè)數(shù)組的數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)abVIEW能夠顯示的標(biāo)準(zhǔn)RGB格式輸出該圖像。