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1、1 本本科科毕毕业业设设计计 （论论文文） 题 目 基于 LABVIEW 的圆形图像识别与实时跟踪系统设计 学 院 电气与自动化工程学院 年 级 级 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 职 称 教授 论文提交日期 2 常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书 本人郑重声明： 所呈交的本科毕业设计(论文)，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 本人签名： 日期： 常熟理工学院
2、本科毕业设计(论文)使用授权说明 本人完全了解常熟理工学院有关收集、保留和使用毕业设计(论文)的规 定，即：本科生在校期间进行毕业设计(论文)工作的知识产权单位属常熟理 工学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许毕业设计(论文)被查阅和借阅；学校可以将毕业设计(论文)的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编毕业设计（论文），并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。 保密的毕业设计(论文)在解密后遵守此规定。 本人签名： 日期： 导师签名： 日期： I 基于LABVIEW的圆形图像识别与实时跟踪系统设计 摘 要 数字
3、图像处理技术在国防建设、工农业生产以及人们的日常生活中有着广泛的应用。 图像识别是数字图像处理技术的一个重要组成部分，而圆形（包括弧线）检测是数字图 像处理过程中的经典问题之一。本设计基于 LABVIEW 平台设计程序完成圆形图像识别 与跟踪工作。 本设计基于 LABVIEW 平台设计图像处理程序，实现了“圆形图像识别”以及“圆 形图像的实时跟踪”两个功能。在整个系统中，首先将彩色图像转换为灰度图像，再将 灰度图像转换为二值图像，再对二值图像进行形态学处理，最后提取二值图像的几何特 征，完成图像识别工作；在对单个圆形图像的识别基础上，利用 LABVIEW 的 while 语句， 实现了圆形图像
4、的实时跟踪。 关键字：关键字：图像识别 LABVIEW 圆形图像 II Design of Round Image Recognition and Real-time Tracking System Based on LABVIEW Abstract Digital Image Procession is widely used in field of national defense, industrial and agricultural production, peoples daily life. Image recognition is an important part of im
5、age processing system, and a circle (including arc) test is one of the classic problems is in the digital image processing. The program of the design is developed to accomplish the task of recognition and tracking of round image. The image processing programs are based on LABVIEW platform, which can
6、 recognizes a round image, and complete real-time tracking of many round images. In the programs, a color image is converted into a grayscale image, and then into a binary image, after making image morphological processing, the programs will extract the geometry features of the binary image, finally
7、 finish the image recognition. According to the recognition of single round image, we can use while statement in LABVIEW platform, in this way, we can finish real-time tracking of the round image, Key Words: image recognition; LABVIEW; round image I 目目 录录 1.引言 .1 1.1 虚拟仪器概述 .1 1.2 课题的研究背景 3 1.2.1 课题
8、的背景和意义3 1.2.2 图像处理概述3 1.2.3 图像处理技术的应用5 1.3 课题研究的主要任务 5 1.3.1 论文的程序语言5 1.3.2 系统总体设计思路6 1.4 论文的安排 7 1.5 本章小结 7 2.LABVIEW 程序设计技术8 2.1 LABVIEW 软件介绍.8 2.2 LABVIEW 应用程序的构成.8 2.3 LABVIEW 的基本模块.9 2.4 程序调试技术 .9 2.4.1 找出语法错误.9 2.4.2 设置执行程序高亮.10 2.4.3 断点与单步执行10 2.4.4 探针.10 2.5 本章小结 10 3.图像预处理11 3.1 原始图像的输入 11
9、3.2 图像的灰度化处理 12 3.3 图像的增强 15 3.3.1 中值滤波16 3.3.2 灰度形态学17 II 3.4 图像的二值化 20 3.5 图像分割技术 22 3.6 本章小结 .24 4.图像的特征提取和识别25 4.1 图像的特征提取概述 25 4.2 图像边界提取 26 4.3 图像的识别 27 4.4 本章小结 30 5.实时系统的设计31 5.1 实时跟踪技术的发展背景 31 5.2 实时系统的设计 .31 5.3 本章小结 .33 6.总结和展望34 6.1 论文总结 34 6.2 课题展望 34 参考文献.35 附件 1：界面设计36 附件 2：程序框图37 致 谢
10、.40 常熟理工学院毕业设计（论文） 1 1.引言 图像识别所讨论的问题，是研究用计算机代替人自动地处理大量物理信息，从而部 分代替人的脑力劳动，人类识别图像的过程总是先找出它们外形或颜色的某些特征进行 分析、比较、判断，然后再加以分析和区别。我们在研究图像识别的时候，也常常借鉴 人的思维活动，采用同样的处理方法。然而图像的灰度与色彩是有光强和波长不同的光 波所引起的，它们与景物表面的特性、方向、光线条件以及干扰等多种因素有关，在各 种恶劣的工作环境里，图像与实际景物有较大的差别，因此要区分图像属于哪一类，往 往要经过预处理、图像分割、特征抽取、分析、分类等一系列过程。现在完全可以通过 计算机
11、进行模拟，完成图像识别的过程。 本论文主要基于虚拟仪器技术和图像处理技术开展研究的，因此本章首先介绍虚拟 仪器的一些相关知识，包括它的主要特点，发展趋势，以及其应用软件开发平台，还有 图像处理技术的一些知识。此外，还介绍了本课题的设计背景、研究目的、方法和意义。 1.1 虚拟仪器概述虚拟仪器概述 1986年美国国家仪器公司NI（National Instruments）首先提出了虚拟仪器的概念。所 谓虚拟仪器（VI，Virtual Instrument）是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块结合 起来，用户可以利用计算机强大的数据处理存储图形环境和在线帮助功能，建立图形化 界面的虚拟仪器软面
12、板，完成对仪器的控制数据分析存储和显示，改变传统仪器的使用 方式，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器的价格，且使用户可以根据自己的 需要定义仪器的功能。 与传统仪器相比，虚伪仪器打破了传统仪器的“万能”功能概念，充分利用计算机 技术，强调“软件就是仪器”的新概念，软件在某种程序上可以完成传统仪器不可能实 现的硬件测试功能：仪器或系统的功能，规模可以由用户自己定义，虚拟仪器的开放性 和功能软件的模块化，使得组建系统变得更加灵活简单。虚拟仪器是建立在当今世界最 新的计算机和数据采集技术的基础上，技术更新很快。与传统仪器相比，虚拟仪器具有 以下主要特点： (1)融合计算机强大的硬件资源,突破了
13、传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限 制，大大增强了传统仪器的功能。 (2)利用计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源， 常熟理工学院毕业设计（论文） 2 增加了系统灵活性。通过软件技术和相应数值算法，实时对测试数据进行各种分析与处 理，通过图形用户界面技术,真正做到界面友好、人机交互。 (3)虚拟仪器的硬件和软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。因 此，用户可根据自己的需要，选用不同厂家的产品,使仪器系统的开发更为灵活，效率更 高，缩短系统组建时间。 传统的仪器是以固定的硬件和软件资源为基础的specific系统， 这使得系统的功能和 应用程序由制
14、造商定义。这些仪器都是复杂的系统，因此它们变得昂贵而且难以操作和 管理。个人电脑在许多科技领域的广泛应用使其为测量仪器的执行搭建了一个理想的硬 件和软件平台，通过增加一个简单的数据采集系统，个人计算机可以仿真任何仪器。因 为它们没有独自占有和访问硬件和软件资源，所以以这种方式产生的仪器被称为虚拟仪 器。不同的仪器只要对该软件重新编程就可以在同一硬件中实现。虚拟仪器呈现了大量 的优势，其中最重要的就是由于硬件和软件资源的重用性降低了成本。上述特点及虚拟 仪器的不断发展和个人电脑降价使虚拟仪器成为传统仪器的一个有价值的替代。 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及
15、 的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛 的计算机语言是美国NI公司的LABVIEW。 虚拟仪器技术经过十几年的发展，标准化、模块化、软件化、网络化的开放式体系 结构将成为未来虚拟仪器重要发展方向。为了更方便用户使用各仪器制造商和各仪器标 准化组织，都不断致力于对硬件和软件的标准化。VXI技术的开放式体系结构和模块化的 自动测试技术，使之成为未来虚拟仪器理想硬件。以PC机，特别以工控PC为中心的体系 结构，以其板卡的高性价比和丰富的软件而将被广泛用于USB，由于其简单、快速和价格 便宜，将在未来的虚拟仪器中得到广泛应用。VXI即插即用系统聪明为实现接独立，
16、将 VISA标准定义为编程接口。可互换虚拟仪器基金会提出了一种新的虚拟仪器驱动技术， 即IVI规范，比VPP规范又迈进了一步，使测试界工程师能够建立与测试系统无关的高性 能硬件设备，使仪器驱动程序成为仪器测试系统中的标准部件随着软件技术的发展，新 虚拟仪器软件开发工具不断涌现，并朝着可视化编程方向发展，软件在虚拟仪器系统中 的进们和作用越来越大。ActiveX，COM，DCOM，C/S模型，Internet等组件技术和网络 技术的应用，使用户能够通过Internet实现远距离控制，将信息和多维空间相连，使远距 离监测和控制变得更加容易，虚拟仪器正朝向网络化发展。 常熟理工学院毕业设计（论文） 3 1.2 课题的研究背景课题的研究背景 1.2.1 课题的背景和意义 随着时代的发展和社会的进步，人们对智能化的要求越来越高，又由于计算机技术 和模式识别等相关技术的飞速发展，使运用当今先进技术来研制适用于众多领域的图像 控制系统成为可能和一种必然的趋势。传
