基于OpenCV與USB工業相機零件檢測系統的圖像處理研究

摘要：針對OpenCV庫函數在Linux平臺下不能直接獲取非V4L接口的USB工業相機視頻流和IplImage結構的圖像不能直接顯示于Qt控件中的問題，提出了一種新的解決方法：共享數據流法，并在Qt集成開發環境下完成共享數據流法的程序代碼編寫；最后通過與原有方案的實驗對比，驗證了共享數據流法的可行性和優越性，為實現高速高精度機械零件檢測系統打下良好的基礎。

關鍵詞：圖像處理；OpenCV；USB工業相機；Linux

中圖分類號：TN919—34；TP319文獻標識碼：A文章編號：1004—373X（2012）18—0128—05

引言

隨著科學技術的發展，機器視覺技術日益俱進，其應用越來越廣泛，尤其是在機械零件檢測方面，由于它具備非接觸式測量、測量精度高、測量速度快等特點，在許多場合已經逐步代替了傳統測量方式[1]。而開源計算機視覺庫OpenCV是研究機器視覺必不可少的資源，因此出于成本、穩定性、移植性、開發周期等原因，人們開始在各種平臺上運用OpenCV研究開發機器視覺應用軟件，近些年來，基于Linux平臺較為熱門[2]。

在Linux平臺下OpenCV的使用還存在著局限性，首先是獲取視頻流函數cvCreateCameraCapture（），只支持IEEE1394和V4L接口的視頻設備（IEEE1394和V4是在linux內核中視頻設備的API接口）。但目前支持V4L接口的USB工業相機并不多，因此采用USB工業相機的開發者，面對OpenCV的強大資源只能嘆為觀止；其次是OpenCV的Highgui庫不支持Qt的后臺開發，IplImage結構圖像不能通過函數cvShowImage（）直接顯示到開發軟件控件中。針對這兩個問題，目前較為通用的解決方法就是圖像格式的轉換，這種轉換法占用較多的軟硬件資源，處理速度也較慢。因此，本文基于USB工業相機硬件平臺和Qt，OpenCV軟件平臺，提出了一種新的研究方法，并通過實驗驗證了其可行性。

1硬件系統平臺

本文使用的硬件平臺框架圖如圖1所示。該平臺采用德國ISD公司的UI—2440工業相機，該相機采用USB接口取代傳統的板卡式與上位機連接，降低成本，數據傳輸速度快，即插即用，方便操作，支持Window，Linux等操作系統。平臺還采用了步進電機和滾珠絲杠作為執行機構，用戶可以準確、方便地控制工作為執行機構，用戶可以準確、方便地控制工作臺的升降位置，從而實現相機物距的準確定位。在本文中主要基于該硬件平臺對圖像采集、處理與顯示的研究。

軟件應用程序的開發是在PC機上完成的，PC機上的開發環境是Ubuntu11.10。Ubuntu操作系統具有源碼開放、軟件完全免費、系統穩定、安全可靠、可裁剪、移植性好等顯著優點，近些年來，越來越受到企業及個人用戶的青睞[2]。本設計還需要在Ubuntu下安裝Qt、OpenCV和ueyeSDK等軟件工具包。

本設計應用程序主要以OpenCV庫和Qt集成開發環境為核心，負責處理視頻數據采集、處理與圖像顯示。

開放源代碼的計算機圖像處理庫OpenCV（IntelOpenSourceComputerVisionLibrary）是由一些C函數和C++類所組成的庫，用來實現圖像處理及計算機圖像算法。OpenCV具有以下優點：

（1）OpenCV庫為開源的免費軟件，開發者不僅可以對其源代碼進行修改，還可以添加自主研發的類庫，以提高軟件開發的靈活性，節約開發成本；

（2）OpenCV庫提供了豐富的圖像處理函數，開發者無需再花大量的時間自己編寫，可以縮短開發軟件周期，提高了開發效率；

（3）OpenCV庫中大部分函數都經過匯編優化，基于OpenCV開發的應用軟件具有較高的運行效率[3]。

Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架。它提供給應用程序開發者建立藝術級的圖形用戶界面所需的所用功能。Qt是完全面向對象的，很容易擴展，并且允許真正地組件編程。Qt具有優良的跨平臺特性、面向對象、豐富的API、大量的開發文檔等優點。本設計應用程序主要基于Qt開發[4]。

3圖像采集與顯示關鍵技術

目前，在Linux平臺下對非V4L和IEEE1394接口的攝像設備使用OpenCV，許多學者主要以圖2中的方案（文中稱轉換法）進行處理[5]。

首先，利用相機的SDK開發包中的相關函數直接從相機中讀取圖片[6]，將其轉換成IplImage結構，然后調用OpenCV相關函數進行處理，再將其轉成QImage格式在Qt控件中顯示。從采樣到顯示，圖像要經過2次格式轉換。這樣的轉換過程，運算量增加，不但占用較多的CPU和內存資源，而且也會使得圖像的顯示頻率降低，造成采樣數據因不能及時顯示而丟失或是降低采樣頻率來響應顯示頻率；更重要的是在圖像轉換過程中數據流總存在著或多或少的丟失，影響原有圖片的質量，最終降低檢測系統的測量精度。