發布日期：2022-04-25 點擊率：92
關鍵詞：正運動技術,機器視覺,運動控制一體機
摘要：我們在《VPLC系列機器視覺運動控制一體機快速入門（三）》的推文中，講述了基于形狀匹配的視覺定位功能，而BLOB斑點分析也可以實現定位功能。
我們在《VPLC系列機器視覺運動控制一體機快速入門（三）》的推文中，講述了基于形狀匹配的視覺定位功能，而BLOB斑點分析也可以實現定位功能。
本期課程我們將在BLOB斑點分析定位的基礎上進行檢測圓形，輸出圓心的坐標數據。
一檢測原理
（一）BLOB斑點定位
BLOB斑點分析功能可以輸出BLOB區域的重心位置XY，BLOB斑點區域還可以擬合成特定形狀如外接矩形，輸出矩形的角度，從而實現定位的功能。
（二）BLOB分析的圓形檢測+示意圖
圓形測量器不具有定位功能，因此當檢測目標在視野的位置是隨機時，我們需要配合定位功能將測量器跟隨目標移動。本節程序示例將檢測到的BLOB重心XY數據作為圓形測量器的中心XY值，即可實現位置跟隨功能。
二軟件演示
（一）檢測要求
使用ZDevelop軟件的ZBASIC編程語言編寫程序，用于檢測以下路徑中圖片的圓環零件的圓心位置XY以及半徑。
使用到的視覺功能：BLOB斑點分析+檢測圓形+九點標定。
（二）實例演示
1.打開ZDevelop軟件：新建項目→新建HMI文件→新建main.bas文件，用于編寫界面響應函數→新建global_variable.bas文件用于定義全局變量并開啟HMI自動運行任務→新建detectParam.bas文件，用于初始化測量參數→新建camera.bas文件用于實現相機采集功能→文件添加到項目。
2.設計HMI界面。
3.在global_variable.bas文件中添加全局變量。
'''''全局變量大部分使用數組結構'''''
''注：basic編程中很多函數會以TABLE（系統的數據結構）做為參數
''table 說明 table 說明
''0 ' 自動二值化閾值 11~12 鼠標操作時獲取的坐標
''2 亮區域的面積 20~24 圖像信息
''4 暗區域的面積 6 連通區域的數量
''40~42 小圓斑點的面積和位置X,Y數據 81~98 標定圖像坐標xy
''46~48 小圓圓心X,Y和半徑 131~148 標定世界坐標xy
''39 提取mark點成功標志 56~57 圓點矩陣行列數
''49~50 圓上的點坐標
'主任務狀態
'0 - 未初始化
'1 - 停止
'2 - 運行中
'3 - 正在停止
GLOBAL DIM main_task_state
main_task_state = 1
'采集開關
'0 - 停止采集
'1 - 請求采集
GLOBAL DIM grab_switch
grab_switch = 0
'相機個數
GLOBAL cam_num
cam_num = 0
'相機種類,"zmotion;mvision;basler;mindvision;huaray"
GLOBAL DIM CAMERA_TYPE(16)
CAMERA_TYPE = "mvision"
' 定義主任務id - 10
GLOBAL DIM main_task_id
main_task_id = 10
'定義連續采集任務id - 9
GLOBAL DIM grab_task_id
grab_task_id = 9
'定義全局圖像變量
GLOBAL ZVOBJECT grabImg '采集圖像
GLOBAL ZVOBJECT binImg '二值化圖像
GLOBAL ZVOBJECT disImg '顯示圖像
'定義常用顏色變量
GLOBAL C_RED, C_GREEN, C_BLUE, C_YELLOW
C_RED = RGB(255, 0, 0)
C_GREEN = RGB( 0,255, 0)
C_BLUE = RGB( 0, 0,255)
C_YELLOW= RGB(255,255, 0)
'檢測參數：閾值模式（自動閾值或手動閾值）、低閾值、高閾值、最小面積、最大面積
GLOBAL DIM d_detect_param(5) 'd開頭表示數據結構
'開/閉運算參數
GLOBal DIM d_deal_value(2)
'檢測消耗時間
GLOBal DIM d_detect_time
'小圓的位置x/y結果
GLOBal DIM d_circle_rst(18)
'顯示打印的字符
GLOBAL ShowString(64)
'***********定義坐標標定相關變量*********************
'是否標定
GLOBAL DIM is_ca_success
'定義標定成功標志，0-標定未成功，1-標定成功
GLOBAL DIM d_calib_success
d_calib_success = 0
'定義標定系數即矩陣轉換系數
GLOBAL ZVOBJECT ca_param
'定義標定參數數組，依次為：標定類型、對比度、極性、最小面積、最大面積、世界坐標點間距
GLOBAL DIM d_ca_param(6) 'd開頭表示數據結構
'定義是否使用標定功能
GLOBAL DIM d_use_calib
d_use_calib=0
'定義標定誤差，依次為最小誤差、最大誤差、平均誤差
GLOBAL DIM ca_min_err,ca_max_err,ca_avg_err
ca_min_err = 0
ca_max_err = 0
ca_avg_err = 0
'***********定義讀取本地文件功能相關變量**************
''注意，該功能只在使用仿真器時有效
'定義是否使用本地圖片標志
GLOBAL DIM d_use_imgfile
'定義本地圖片索引
GLOBAL DIM d_index
'定義讀取圖片的路徑
GLOBAL DIM File_Name(100)
'***********結束定義讀取本地文件功能相關變量**********
'運行HMI文件
RUN "Hmi.hmi",1
4.關聯HMI界面控件變量。
5.在detectParam.bas文件中初始化測量參數。
end
GLOBAL SUB init_detect_param() '初始化測量參數
d_deal_value(0)=1 '初始化開/閉運算參數
d_deal_value(1)=1
'初始化檢測參數：閾值模式（自動閾值 = 1 或 手動閾值 = 0）、低閾值、高閾值、極性（黑或白）、最大、最小、反向（即結果取反，成功變成失敗、失敗變成成功）
d_detect_param(0) = 0 '手動閾值
d_detect_param(1) = 140 '低閾值
d_detect_param(2) = 255 '高閾值
d_detect_param(3) = 11000 '最小面積即像素個數
d_detect_param(4) = 12000 '最大面積
d_use_imgfile = 1 '默認使用本地圖片
d_index = 0
TABLE(6)=0 '將小圓數量初始化為0
for i=0 to 17
d_circle_rst(i)=0
next
'初始化坐標標定相關的變量
d_ca_param(0) = 0 '標定類型
d_ca_param(1) = 120 '對比度
d_ca_param(2) = 0 '極性
d_ca_param(3) = 80 '最小面積
d_ca_param(4) = 20000 '最大面積
d_ca_param(5) = 9 '世界坐標點間距
ca_min_err = 0 '最小誤差
ca_max_err = 0 '最大誤差
ca_avg_err = 0 '平均誤差
for i=0 to 17 '初始化圓點矩陣像素坐標
TABLE(81+i)=0
next
for i=0 to 17 '初始化圓點矩陣世界坐標
TABLE(131+i)=0
next
TABLE(39)=0 '提取mark點狀態默認為失敗
END SUB
6.在main.bas文件中添加界面初始化函數，并在hmi系統設置中關聯初始化函數名。
end
'注：
'凡是要使用Region有關的算子在系統初始化時都要調用ZV_RESETCLIPSIZE(width, height)這個算子設置下圖像尺寸，以滿足相機分辨率，因為默認的是640*480尺寸
'HMI界面初始化函數
GLOBAL SUB hmi_init()
grab_switch = 0 '停止采集
main_task_state = 1 '主任務停止運行
ZV_RESETCLIPSIZE(1280, 960) '依據圖像分辨率設置區域的裁剪尺寸，此處圖像分辨率為1280x960
ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_ConTROLSIZEX(10, 7), HMI_ConTROLSIZEY(10, 7)) '設置鎖存的大小
init_detect_param() '初始化測量參數
ZV_SETSYSDBL("CamGetTimeout", 1000) '設置采集超時
ZV_SETSYSINT("LineWidth",6)
ZV_LATCHCLEAR(0) '清空鎖存通道0
END SUB
7.在camera.bas文件中添加HMI運行界面中采集相關按鈕響應的函數并關聯動作函數。
圖片
相機操作相關按鈕
end
'主界面按下掃描相機按鈕時響應的函數
GLOBAL SUB cam_scan_all()
if(d_use_imgfile=1)then
?"請先按下使用本地圖片按鈕關閉該功能"
return
endif
ZV_SETSYSINT("LogLevel", 7) '設置控制器信息
ZV_SETSYSSTR("DataDir","")
CAM_SCAN(CAMERA_TYPE) '掃描相機，CAMERA_TYPE="mvision"
cam_num = CAM_COUNT() '獲取掃描到的相機數量
if (0 = cam_num) then '如果相機數量=0，打印提示信息
? "未找到相機"
return '退出子函數，不往下執行
endif
?"cam_num = " cam_num '如果掃描到相機，打印相機數量
CAM_SEL(0) '選擇掃描到的第一個相機進行操作
CAM_SETEXPOSURE(5000) '設置相機曝光時間為5000us
CAM_SETMODE(0) '設置軟件觸發模式
CAM_START(0) '開啟相機
END SUB
'主界面按下單次采集按鈕執行的函數
GLOBAL SUB btn_grab()
''如果d_use_imgfile=1時使用讀取本地圖片功能，該功能只在使用仿真器時有效，使用控制器時請將此部分代碼注釋掉
if (d_use_imgfile=1) then
if(d_index=3) then
d_index=0
endif
File_Name="圓定位"+TOSTR(d_index,1,0)+".bmp" '.../flash/圓定位/目錄下的圖片所在的路徑名稱
ZV_IMGREAD(grabImg,File_Name,0)
ZV_LATCH(grabImg, 0)
d_index=d_index+1
return
endif
''讀取本地圖片功能結束
if cam_num = 0 then
?"請先掃描相機！"
return
endif
CAM_SETPARAM("TriggerSoftware", 0) '發送觸發指令
CAM_GET(grabImg, 0) '獲取一幀圖像存放到grabImg變量中
ZV_LATCH(grabImg, 0) '將圖像顯示到鎖存通道0中
END SUB
'主界面按下連續采集按鈕響應的函數
GLOBAL SUB btn_cgrab()
if grab_switch =1 then '如果已經處于連續執行狀態，打印提示信息并退出函數
?"正在連續運行中，請勿重復操作！"
return
endif
if( d_use_imgfile =0) then
if cam_num = 0 then '如果相機數量=0，打印提示信息并退出函數
?"請先掃描相機！"
return
endif
endif
grab_switch = 1 '采集任務開關置1
if (1 = grab_switch) then
if (0 = PROC_STATUS(grab_task_id)) then
RUNTASK grab_task_id, grab_task '開啟連續采集任務
endif
endif
END SUB
'采集任務實現函數
grab_task:
while(1)
if (0 = grab_switch) then '如果采集任務開關=0即停止采集按鈕按下時
exit while '退出循環
endif
'重復執行以下操作
btn_grab()
wend
END
'主界面按下停止采集按鈕響應的函數
GLOBAL SUB btn_stopCgrab()
if grab_switch =0 then '如果已經處于停止采集狀態，打印提示信息并退出函數
?"未開啟連續采集！"
return
endif
grab_switch = 0 '將采集任務開關置0
END SUB
8.點擊“元件”→“新建窗口”，新建標定界面窗口，并將《VPLC系列機器視覺運動控制一體機快速入門（六）》中的標定程序的界面拷貝到新建的窗口界面。
9.在main.bas文件中添加運行界面按下【標定】按鈕時的響應函數，以及標定窗口界面按下【提取mark點】按鈕、【標定】按鈕以及【返回】按鈕時響應的函數，可參考《VPLC系列機器視覺運動控制一體機快速入門（六）》中的標定程序。
'點擊運行界面按下標定按鈕時響應的函數
GLOBAL SUB btn_calib()
'設置坐標標定窗口鎖存通道0的鎖存大小
ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_ConTROLSIZEX(11, 91), HMI_ConTROLSIZEY(11, 91))
if (d_use_imgfile=1) then '如果使用本地圖片功能
ZV_IMGREAD(grabImg,"圓定位calib.bmp",0) '加載標定圖片
endif
ZV_LATCHCLEAR(0) '將鎖存通道0清空
ZV_LATCH(grabImg, 0) '顯示采集圖像顯示到鎖存通道0中
HMI_SHOWWINDOW(11) '彈出窗口號為11的坐標標定窗口界面
END SUB
'坐標標定界面按下提取mark點按鈕時響應的函數
GLOBAL SUB btn_ca_extract()
for i=0 to 17 '初始化圓點矩陣像素坐標
TABLE(81+i)=0
next
for i=0 to 17 '初始化圓點矩陣世界坐標
TABLE(131+i)=0
next
TABLE(39)=0 '提取mark點狀態默認為失敗
ZVOBJECT inppts, ppts, wpts
'根據提取像素參數提取像素坐標，存放到inppts矩陣中
ZV_CALGETSCAPTS(grabImg, inppts, d_ca_param(1), d_ca_param(2), d_ca_param(3), d_ca_param(4))
'獲取矩陣inppts中的數據信息，存放到table(56)中
ZV_MATINFO (inppts, 56)
DIM row,col
row = TABLE(56) '矩陣行數賦值給row變量
col = TABLE(57) '矩陣列數賦值給col變量
if(row * col = 18) then '如果獲取到9個圓點的圓心位置坐標x,y
TABLE(39) = 1 '窗口界面提示提取mark點成功
else
TABLE(39) = 0 '窗口界面提示提取mark點失敗
return '返回子函數，不往下執行
endif
'根據mrak點間距和像素坐標計算世界坐標，存放到wpts矩陣
ZV_CALGETPTSMAP(inppts,ppts,wpts,d_ca_param(5))
'獲取矩陣ppts中的數據信息，存放到table(56)中
ZV_MATINFO (ppts, 56)
row = TABLE(56) '矩陣行數賦值給row變量
col = TABLE(57) '矩陣列數賦值給col變量
if(row * col = 18) then'如果獲取到9個圓點的圓心位置坐標x,y
TABLE(39) = 1 '窗口界面提示提取mark點成功
else
TABLE(39) = 0 '窗口界面提示提取mark點失敗
return '返回子函數，不往下執行
endif
'像素坐標和世界坐標放入table中
DIM i
FOR i=0 TO row-1
ZV_MATGETROW (ppts, i, col, 81 + i*col)'將像素坐標存放到table81~table98中
ZV_MATGETROW (wpts, i, col, 131 + i*col)'將世界坐標存放到table131~table148中
NEXT
'將灰度圖轉成RGB圖像，作為結果圖像
ZVOBJECT color
ZV_GRAYTORGB(grabImg, color)
'繪制mark點的十字架
DIM j, pixNum
pixNum = 0
FOR i=0 TO 2
FOR j=0 TO 2
'繪制mark標記點
ZV_MARKER(color, TABLE(81 + 2 * pixNum), TABLE(81 + 2 * pixNum + 1), 0, 40, C_GREEN)
pixNum = pixNum + 1
NEXT
NEXT
'用文本繪制mark點的序號，顯示在圖像界面中
FOR i=0 TO 8
ZV_TEXT (color, TOSTR(i,1,0), TABLE(81+2*i)-20, TABLE(81+2*i +1)-40, 80, C_RED)
NEXT
ZV_LATCH(color, 0)'顯示結果圖像
END SUB
'坐標標定界面按下標定按鈕時響應的函數
GLOBAL SUB btn_ca_calib()
ZV_IMGINFO(grabImg,0) '獲取采集圖像信息
'根據像素坐標數據組和世界坐標數據組執行標定，獲得標定系數ca_param
ZV_CALCAM(ppts,wpts,ca_param,TABLE(0),TABLE(1),d_ca_param(0))
is_ca_success=1 '標定成功標志置1
ZV_CALERROR(ca_param, ppts, wpts, 0)'計算標定誤差，并將結果存放在起始地址為0的數組中
ca_min_err = TABLE(1) '將誤差結果賦值給變量，用于在界面中實時顯示誤差結果
ca_max_err = TABLE(2)
ca_avg_err = TABLE(0)
END SUB
'坐標標定界面按下返回按鈕時響應的函數
GLOBAL SUB btn_ca_param_rtn()
ZV_LATCHCLEAR(0) '將鎖存通道0清空
ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_ConTROLSIZEX(10, 7), HMI_ConTROLSIZEY(10, 7)) '設置鎖存的大小
btn_grab()
HMI_CLOSEWINDOW(11) '關閉窗口號為13的坐標標定窗口界面
END SUB
10.在main.bas文件中添加HMI運行界面按下測試按鈕響應的函數，并關聯動作函數名。
'HMI界面按下測試按鈕時響應的函數
GLOBAL SUB btn_test()
TABLE(6)=0 '檢測前先將結果數據清0
d_detect_time=0
for i=0 to 17
d_circle_rst(i)=0
next
TICKS=0
'定義變量，依次為白色像素連通區域，掩模區域，黑色像素連通區域，連通區域結果列表，小圓斑點區域，圓測量器，中間結果變量
ZVOBJECT regionWhite, regionMask, regionBlack,re_connecte,circle_connect,mr,tmp
'生成全圖像區域
ZV_REGENFULLIMG(grabImg,regionMask)
'二值化處理
if d_detect_param(0) = 0 then '如果選擇手動閾值模式
'根據低閾值和高閾值參數生成白色像素圖像regionWhite
ZV_RETHRESH(grabImg, regionMask, regionWhite, d_detect_param(1), d_detect_param(2))
'對白色像素區域進行一次1*1的開運算
ZV_REOPENING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(0),d_deal_value(0))
'對白色像素區域進行一次1*1的閉運算
ZV_RECLOSING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(1),d_deal_value(1))
else '如果選擇自動閾值模式
Dim autoThresh '定義自動閾值模式下的二值化閾值
'在grabImg圖像中的指定區域內對圖像進行自動二值化處理，輸出二值化區域regionWhite
ZV_REAUTOTHRESH(grabImg, regionMask, regionWhite, 0)
'對白色像素區域進行一次1*1的開運算
ZV_REOPENING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(0),d_deal_value(0))
'對白色像素區域進行一次1*1的閉運算
ZV_RECLOSING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(1),d_deal_value(1))
autoThresh = TABLE(0)
? "autoThresh = " autoThresh '打印提示信息，當前二值化閾值
endif
'計算BLOB面積
ZV_REAREA(regionWhite, 2) '計算regionWhite亮區域的面積，存放到table（2）中
if(TABLE(2)>0) then '如果獲取到的白色像素數量大于0
ZV_REConNECT(regionWhite,re_connecte) '計算區域的連通區域，存放到re_connecte列表中
zv_refilter(re_connecte,0,d_detect_param(3),d_detect_param(4),0)'對區域列表中的區域進行過濾，保留面積在 d_detect_param(3) 到 d_detect_param(4) 的區域，面積不在此范圍的區域將被過濾掉
zv_refilter(re_connecte,20,0.8,1.3,0)'對區域列表中的區域進行過濾，保留最小外接矩形高寬比在0.9 到 1.1 的區域，面積不在此范圍的區域將被過濾掉
ZV_RESORT(re_connecte,1,1) '對區域列表中的區域按照重心X的數據進行升序排序
ZV_LISTCOUNT(re_connecte,6) '獲取列表中的連通區域的數量，存放到table（6）中
endif
'繪制效果圖
Dim width, height
ZV_IMGINFO (grabImg, 20)'獲取grabImg的圖像信息
width = TABLE(20)
height = TABLE(21)
ZV_GRAYTORGB(grabImg,disImg)'將灰度圖轉換到RGB圖像，用于繪制檢測結果圖像
ZV_REGION(disImg, regionMask, 0, ZV_COLOR(0,0,0)) '在disImg中繪制黑色的regionMask區域
ZV_REGION(disImg, regionWhite, 0, ZV_COLOR(255,255,255))'在disImg中繪制白色的regionWhite區域
for i=0 to TABLE(6)-1 '循環獲取小圓斑點的位置XY信息生成圓測量器，檢測圓心位置
ZV_LISTGET(re_connecte,circle_connect,i) '獲取列表中序號為i的元素，即依次獲取列表中小圓斑點的連通區域
ZV_REAREACENTER(circle_connect,40) '計算斑點區域的面積與中心位置，將位置放入TABLE(40)中
ZV_MRGENCIRCLE(mr,TABLE(41),TABLE(42),70,50,0,360,1,10,8) '生成圓測量區域
'設置測量參數，包括濾波尺寸、邊緣閾值、邊緣極性和邊緣位置
ZV_MRSETADV(mr,5, 50, 1,0)
TABLE( 46, 0, 0, 0)'初始化結果數組
'測量圓，并將結果賦值給起始地址為46的數組
ZV_MRCIRCLE(mr, grabImg, tmp, 46)
ZV_CIRCLE(disImg,TABLE(46),TABLE(47),TABLE(48),zv_color(0,255,0))'繪制小圓結果
ShowString=TOSTR(i,1,0) '將BLOB的數量轉換成字符串變量
ZV_TEXT(disImg,ShowString,TABLE(46),TABLE(47),55,ZV_COLOR(0,0,255)) '顯示結果文本
ZV_MARKER(disImg,TABLE(46),TABLE(47),0,50,zv_color(0,255,0)) '在圖像img中繪制十字
if is_ca_success=1 AND d_use_calib=1 then
ZV_CALTRANSW(ca_param, TABLE(46)+TABLE(48),TABLE(47),49) '圓心加半徑的坐標
ZV_CALTRANSW(ca_param, TABLE(46),TABLE(47),46) '使用標定系數將圖像坐標轉換成世界坐標
d_circle_rst(i*3+0)=TABLE(46)'將測量圓的結果賦值給圓心變量，顯示到界面中
d_circle_rst(i*3+1)=TABLE(47)
d_circle_rst(i*3+2)=ZV_DISTPP(TABLE(46),TABLE(47),TABLE(49),TABLE(50))
else
d_circle_rst(i*3+0)=TABLE(46)'將測量圓的結果賦值給圓心變量，顯示到界面中
d_circle_rst(i*3+1)=TABLE(47)
d_circle_rst(i*3+2)=TABLE(48)
endif
next
ZV_LATCH(disImg, 0) '在鎖存通道0中顯示結果圖像
d_detect_time=ABS(TICKS)'計算檢測消耗時間
END SUB
11.在main.bas文件中添加HMI運行界面按下運行按鈕響應的函數，并關聯動作函數名。
'HMI界面按下運行按鈕時響應的函數
GLOBAL SUB btn_run()
if(2 = main_task_state) then '如果主任務處于運行狀態，打印提示信息并退出函數
?"已經開啟連續運行任務，請勿重復操作！"
return
endif
if (1 = main_task_state) then '如果主任務處于停止狀態
if (0 = PROC_STATUS(main_task_id)) then '如果任務未開啟
main_task_state = 2 '主任務狀態設置為2，表示正在執行連續任務
RUNTASK main_task_id, main_task '開啟主任務
endif
endif
END SUB
'主任務實現函數
main_task:
while(1)
if (3 = main_task_state) then '如果主任務狀態處于3即按下停止按鈕時
main_task_state = 1 '將主任務狀態置為1
exit while '退出循環
endif
'重復執行采集和檢測函數
btn_grab()
btn_test()
wend
END
12.在main.bas文件中添加HMI運行界面按下停止按鈕響應的函數，并關聯動作函數名。
'HMI界面按下停止按鈕時響應的函數
GLOBAL SUB btn_stop()
if (2 = main_task_state) then '如果主任務狀態處于3即正在連續執行任務時
main_task_state = 3 '將主任務狀態置為3，退出循環
endif
END SUB
仿真演示效果4
本次，正運動技術機器視覺運動控制一體機應用例程（三） BLOB分析的多圓定位，就分享到這里。
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