机器视觉运动控制一体机应用例程（三） 基于BLOB分析的多圆定位
供稿：深圳市正运动技术有限公司
- 关键词：正运动技术,机器视觉,运动控制一体机
- 摘要：我们在《VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门（三）》的推文中，讲述了基于形状匹配的视觉定位功能，而BLOB斑点分析也可以实现定位功能。
我们在《VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门（三）》的推文中，讲述了基于形状匹配的视觉定位功能，而BLOB斑点分析也可以实现定位功能。
本期课程我们将在BLOB斑点分析定位的基础上进行检测圆形，输出圆心的坐标数据。
一检测原理
（一）BLOB斑点定位
BLOB斑点分析功能可以输出BLOB区域的重心位置XY，BLOB斑点区域还可以拟合成特定形状如外接矩形，输出矩形的角度，从而实现定位的功能。
（二）BLOB分析的圆形检测+示意图
圆形测量器不具有定位功能，因此当检测目标在视野的位置是随机时，我们需要配合定位功能将测量器跟随目标移动。本节程序示例将检测到的BLOB重心XY数据作为圆形测量器的中心XY值，即可实现位置跟随功能。
二软件演示
（一）检测要求
使用ZDevelop软件的ZBASIC编程语言编写程序，用于检测以下路径中图片的圆环零件的圆心位置XY以及半径。
使用到的视觉功能：BLOB斑点分析+检测圆形+九点标定。
（二）实例演示
1.打开ZDevelop软件：新建项目→新建HMI文件→新建main.bas文件，用于编写界面响应函数→新建global_variable.bas文件用于定义全局变量并开启HMI自动运行任务→新建detectParam.bas文件，用于初始化测量参数→新建camera.bas文件用于实现相机采集功能→文件添加到项目。
2.设计HMI界面。
3.在global_variable.bas文件中添加全局变量。
'''''全局变量大部分使用数组结构'''''
''注：basic编程中很多函数会以TABLE（系统的数据结构）做为参数
''table 说明 table 说明
''0 ' 自动二值化阈值 11~12 鼠标操作时获取的坐标
''2 亮区域的面积 20~24 图像信息
''4 暗区域的面积 6 连通区域的数量
''40~42 小圆斑点的面积和位置X,Y数据 81~98 标定图像坐标xy
''46~48 小圆圆心X,Y和半径 131~148 标定世界坐标xy
''39 提取mark点成功标志 56~57 圆点矩阵行列数
''49~50 圆上的点坐标
'主任务状态
'0 - 未初始化
'1 - 停止
'2 - 运行中
'3 - 正在停止
GLOBAL DIM main_task_state
main_task_state = 1
'采集开关
'0 - 停止采集
'1 - 请求采集
GLOBAL DIM grab_switch
grab_switch = 0
'相机个数
GLOBAL cam_num
cam_num = 0
'相机种类,"zmotion;mvision;basler;mindvision;huaray"
GLOBAL DIM CAMERA_TYPE(16)
CAMERA_TYPE = "mvision"
' 定义主任务id - 10
GLOBAL DIM main_task_id
main_task_id = 10
'定义连续采集任务id - 9
GLOBAL DIM grab_task_id
grab_task_id = 9
'定义全局图像变量
GLOBAL ZVOBJECT grabImg '采集图像
GLOBAL ZVOBJECT binImg '二值化图像
GLOBAL ZVOBJECT disImg '显示图像
'定义常用颜色变量
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)
'检测参数：阈值模式（自动阈值或手动阈值）、低阈值、高阈值、最小面积、最大面积
GLOBAL DIM d_detect_param(5) 'd开头表示数据结构
'开/闭运算参数
GLOBal DIM d_deal_value(2)
'检测消耗时间
GLOBal DIM d_detect_time
'小圆的位置x/y结果
GLOBal DIM d_circle_rst(18)
'显示打印的字符
GLOBAL ShowString(64)
'***********定义坐标标定相关变量*********************
'是否标定
GLOBAL DIM is_ca_success
'定义标定成功标志，0-标定未成功，1-标定成功
GLOBAL DIM d_calib_success
d_calib_success = 0
'定义标定系数即矩阵转换系数
GLOBAL ZVOBJECT ca_param
'定义标定参数数组，依次为：标定类型、对比度、极性、最小面积、最大面积、世界坐标点间距
GLOBAL DIM d_ca_param(6) 'd开头表示数据结构
'定义是否使用标定功能
GLOBAL DIM d_use_calib
d_use_calib=0
'定义标定误差，依次为最小误差、最大误差、平均误差
GLOBAL DIM ca_min_err,ca_max_err,ca_avg_err
ca_min_err = 0
ca_max_err = 0
ca_avg_err = 0
'***********定义读取本地文件功能相关变量**************
''注意，该功能只在使用仿真器时有效
'定义是否使用本地图片标志
GLOBAL DIM d_use_imgfile
'定义本地图片索引
GLOBAL DIM d_index
'定义读取图片的路径
GLOBAL DIM File_Name(100)
'***********结束定义读取本地文件功能相关变量**********
'运行HMI文件
RUN "Hmi.hmi",1
4.关联HMI界面控件变量。
5.在detectParam.bas文件中初始化测量参数。
end
GLOBAL SUB init_detect_param() '初始化测量参数
d_deal_value(0)=1 '初始化开/闭运算参数
d_deal_value(1)=1
'初始化检测参数：阈值模式（自动阈值 = 1 或 手动阈值 = 0）、低阈值、高阈值、极性（黑或白）、最大、最小、反向（即结果取反，成功变成失败、失败变成成功）
d_detect_param(0) = 0 '手动阈值
d_detect_param(1) = 140 '低阈值
d_detect_param(2) = 255 '高阈值
d_detect_param(3) = 11000 '最小面积即像素个数
d_detect_param(4) = 12000 '最大面积
d_use_imgfile = 1 '默认使用本地图片
d_index = 0
TABLE(6)=0 '将小圆数量初始化为0
for i=0 to 17
d_circle_rst(i)=0
next
'初始化坐标标定相关的变量
d_ca_param(0) = 0 '标定类型
d_ca_param(1) = 120 '对比度
d_ca_param(2) = 0 '极性
d_ca_param(3) = 80 '最小面积
d_ca_param(4) = 20000 '最大面积
d_ca_param(5) = 9 '世界坐标点间距
ca_min_err = 0 '最小误差
ca_max_err = 0 '最大误差
ca_avg_err = 0 '平均误差
for i=0 to 17 '初始化圆点矩阵像素坐标
TABLE(81+i)=0
next
for i=0 to 17 '初始化圆点矩阵世界坐标
TABLE(131+i)=0
next
TABLE(39)=0 '提取mark点状态默认为失败
END SUB
6.在main.bas文件中添加界面初始化函数，并在hmi系统设置中关联初始化函数名。
end
'注：
'凡是要使用Region有关的算子在系统初始化时都要调用ZV_RESETCLIPSIZE(width, height)这个算子设置下图像尺寸，以满足相机分辨率，因为默认的是640*480尺寸
'HMI界面初始化函数
GLOBAL SUB hmi_init()
grab_switch = 0 '停止采集
main_task_state = 1 '主任务停止运行
ZV_RESETCLIPSIZE(1280, 960) '依据图像分辨率设置区域的裁剪尺寸，此处图像分辨率为1280x960
ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(10, 7), HMI_CONTROLSIZEY(10, 7)) '设置锁存的大小
init_detect_param() '初始化测量参数
ZV_SETSYSDBL("CamGetTimeout", 1000) '设置采集超时
ZV_SETSYSINT("LineWidth",6)
ZV_LATCHCLEAR(0) '清空锁存通道0
END SUB
7.在camera.bas文件中添加HMI运行界面中采集相关按钮响应的函数并关联动作函数。
图片
相机操作相关按钮
end
'主界面按下扫描相机按钮时响应的函数
GLOBAL SUB cam_scan_all()
if(d_use_imgfile=1)then
?"请先按下使用本地图片按钮关闭该功能"
return
endif
ZV_SETSYSINT("LogLevel", 7) '设置控制器信息
ZV_SETSYSSTR("DataDir","")
CAM_SCAN(CAMERA_TYPE) '扫描相机，CAMERA_TYPE="mvision"
cam_num = CAM_COUNT() '获取扫描到的相机数量
if (0 = cam_num) then '如果相机数量=0，打印提示信息
? "未找到相机"
return '退出子函数，不往下执行
endif
?"cam_num = " cam_num '如果扫描到相机，打印相机数量
CAM_SEL(0) '选择扫描到的第一个相机进行操作
CAM_SETEXPOSURE(5000) '设置相机曝光时间为5000us
CAM_SETMODE(0) '设置软件触发模式
CAM_START(0) '开启相机
END SUB
'主界面按下单次采集按钮执行的函数
GLOBAL SUB btn_grab()
''如果d_use_imgfile=1时使用读取本地图片功能，该功能只在使用仿真器时有效，使用控制器时请将此部分代码注释掉
if (d_use_imgfile=1) then
if(d_index=3) then
d_index=0
endif
File_Name="\圆定位\"+TOSTR(d_index,1,0)+".bmp" '.../flash/圆定位/目录下的图片所在的路径名称
ZV_IMGREAD(grabImg,File_Name,0)
ZV_LATCH(grabImg, 0)
d_index=d_index+1
return
endif
''读取本地图片功能结束
if cam_num = 0 then
?"请先扫描相机！"
return
endif
CAM_SETPARAM("TriggerSoftware", 0) '发送触发指令
CAM_GET(grabImg, 0) '获取一帧图像存放到grabImg变量中
ZV_LATCH(grabImg, 0) '将图像显示到锁存通道0中
END SUB
'主界面按下连续采集按钮响应的函数
GLOBAL SUB btn_cgrab()
if grab_switch =1 then '如果已经处于连续执行状态，打印提示信息并退出函数
?"正在连续运行中，请勿重复操作！"
return
endif
if( d_use_imgfile =0) then
if cam_num = 0 then '如果相机数量=0，打印提示信息并退出函数
?"请先扫描相机！"
return
endif
endif
grab_switch = 1 '采集任务开关置1
if (1 = grab_switch) then
if (0 = PROC_STATUS(grab_task_id)) then
RUNTASK grab_task_id, grab_task '开启连续采集任务
endif
endif
END SUB
'采集任务实现函数
grab_task:
while(1)
if (0 = grab_switch) then '如果采集任务开关=0即停止采集按钮按下时
exit while '退出循环
endif
'重复执行以下操作
btn_grab()
wend
END
'主界面按下停止采集按钮响应的函数
GLOBAL SUB btn_stopCgrab()
if grab_switch =0 then '如果已经处于停止采集状态，打印提示信息并退出函数
?"未开启连续采集！"
return
endif
grab_switch = 0 '将采集任务开关置0
END SUB
8.点击“元件”→“新建窗口”，新建标定界面窗口，并将《VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门（六）》中的标定程序的界面拷贝到新建的窗口界面。
9.在main.bas文件中添加运行界面按下【标定】按钮时的响应函数，以及标定窗口界面按下【提取mark点】按钮、【标定】按钮以及【返回】按钮时响应的函数，可参考《VPLC系列机器视觉运动控制一体机快速入门（六）》中的标定程序。
'点击运行界面按下标定按钮时响应的函数
GLOBAL SUB btn_calib()
'设置坐标标定窗口锁存通道0的锁存大小
ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(11, 91), HMI_CONTROLSIZEY(11, 91))
if (d_use_imgfile=1) then '如果使用本地图片功能
ZV_IMGREAD(grabImg,"\圆定位\calib.bmp",0) '加载标定图片
endif
ZV_LATCHCLEAR(0) '将锁存通道0清空
ZV_LATCH(grabImg, 0) '显示采集图像显示到锁存通道0中
HMI_SHOWWINDOW(11) '弹出窗口号为11的坐标标定窗口界面
END SUB
'坐标标定界面按下提取mark点按钮时响应的函数
GLOBAL SUB btn_ca_extract()
for i=0 to 17 '初始化圆点矩阵像素坐标
TABLE(81+i)=0
next
for i=0 to 17 '初始化圆点矩阵世界坐标
TABLE(131+i)=0
next
TABLE(39)=0 '提取mark点状态默认为失败
ZVOBJECT inppts, ppts, wpts
'根据提取像素参数提取像素坐标，存放到inppts矩阵中
ZV_CALGETSCAPTS(grabImg, inppts, d_ca_param(1), d_ca_param(2), d_ca_param(3), d_ca_param(4))
'获取矩阵inppts中的数据信息，存放到table(56)中
ZV_MATINFO (inppts, 56)
DIM row,col
row = TABLE(56) '矩阵行数赋值给row变量
col = TABLE(57) '矩阵列数赋值给col变量
if(row * col = 18) then '如果获取到9个圆点的圆心位置坐标x,y
TABLE(39) = 1 '窗口界面提示提取mark点成功
else
TABLE(39) = 0 '窗口界面提示提取mark点失败
return '返回子函数，不往下执行
endif
'根据mrak点间距和像素坐标计算世界坐标，存放到wpts矩阵
ZV_CALGETPTSMAP(inppts,ppts,wpts,d_ca_param(5))
'获取矩阵ppts中的数据信息，存放到table(56)中
ZV_MATINFO (ppts, 56)
row = TABLE(56) '矩阵行数赋值给row变量
col = TABLE(57) '矩阵列数赋值给col变量
if(row * col = 18) then'如果获取到9个圆点的圆心位置坐标x,y
TABLE(39) = 1 '窗口界面提示提取mark点成功
else
TABLE(39) = 0 '窗口界面提示提取mark点失败
return '返回子函数，不往下执行
endif
'像素坐标和世界坐标放入table中
DIM i
FOR i=0 TO row-1
ZV_MATGETROW (ppts, i, col, 81 + i*col)'将像素坐标存放到table81~table98中
ZV_MATGETROW (wpts, i, col, 131 + i*col)'将世界坐标存放到table131~table148中
NEXT
'将灰度图转成RGB图像，作为结果图像
ZVOBJECT color
ZV_GRAYTORGB(grabImg, color)
'绘制mark点的十字架
DIM j, pixNum
pixNum = 0
FOR i=0 TO 2
FOR j=0 TO 2
'绘制mark标记点
ZV_MARKER(color, TABLE(81 + 2 * pixNum), TABLE(81 + 2 * pixNum + 1), 0, 40, C_GREEN)
pixNum = pixNum + 1
NEXT
NEXT
'用文本绘制mark点的序号，显示在图像界面中
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)'显示结果图像
END SUB
'坐标标定界面按下标定按钮时响应的函数
GLOBAL SUB btn_ca_calib()
ZV_IMGINFO(grabImg,0) '获取采集图像信息
'根据像素坐标数据组和世界坐标数据组执行标定，获得标定系数ca_param
ZV_CALCAM(ppts,wpts,ca_param,TABLE(0),TABLE(1),d_ca_param(0))
is_ca_success=1 '标定成功标志置1
ZV_CALERROR(ca_param, ppts, wpts, 0)'计算标定误差，并将结果存放在起始地址为0的数组中
ca_min_err = TABLE(1) '将误差结果赋值给变量，用于在界面中实时显示误差结果
ca_max_err = TABLE(2)
ca_avg_err = TABLE(0)
END SUB
'坐标标定界面按下返回按钮时响应的函数
GLOBAL SUB btn_ca_param_rtn()
ZV_LATCHCLEAR(0) '将锁存通道0清空
ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(10, 7), HMI_CONTROLSIZEY(10, 7)) '设置锁存的大小
btn_grab()
HMI_CLOSEWINDOW(11) '关闭窗口号为13的坐标标定窗口界面
END SUB
10.在main.bas文件中添加HMI运行界面按下测试按钮响应的函数，并关联动作函数名。
'HMI界面按下测试按钮时响应的函数
GLOBAL SUB btn_test()
TABLE(6)=0 '检测前先将结果数据清0
d_detect_time=0
for i=0 to 17
d_circle_rst(i)=0
next
TICKS=0
'定义变量，依次为白色像素连通区域，掩模区域，黑色像素连通区域，连通区域结果列表，小圆斑点区域，圆测量器，中间结果变量
ZVOBJECT regionWhite, regionMask, regionBlack,re_connecte,circle_connect,mr,tmp
'生成全图像区域
ZV_REGENFULLIMG(grabImg,regionMask)
'二值化处理
if d_detect_param(0) = 0 then '如果选择手动阈值模式
'根据低阈值和高阈值参数生成白色像素图像regionWhite
ZV_RETHRESH(grabImg, regionMask, regionWhite, d_detect_param(1), d_detect_param(2))
'对白色像素区域进行一次1*1的开运算
ZV_REOPENING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(0),d_deal_value(0))
'对白色像素区域进行一次1*1的闭运算
ZV_RECLOSING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(1),d_deal_value(1))
else '如果选择自动阈值模式
Dim autoThresh '定义自动阈值模式下的二值化阈值
'在grabImg图像中的指定区域内对图像进行自动二值化处理，输出二值化区域regionWhite
ZV_REAUTOTHRESH(grabImg, regionMask, regionWhite, 0)
'对白色像素区域进行一次1*1的开运算
ZV_REOPENING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(0),d_deal_value(0))
'对白色像素区域进行一次1*1的闭运算
ZV_RECLOSING(regionWhite,regionWhite,d_deal_value(1),d_deal_value(1))
autoThresh = TABLE(0)
? "autoThresh = " autoThresh '打印提示信息，当前二值化阈值
endif
'计算BLOB面积
ZV_REAREA(regionWhite, 2) '计算regionWhite亮区域的面积，存放到table（2）中
if(TABLE(2)>0) then '如果获取到的白色像素数量大于0
ZV_RECONNECT(regionWhite,re_connecte) '计算区域的连通区域，存放到re_connecte列表中
zv_refilter(re_connecte,0,d_detect_param(3),d_detect_param(4),0)'对区域列表中的区域进行过滤，保留面积在 d_detect_param(3) 到 d_detect_param(4) 的区域，面积不在此范围的区域将被过滤掉
zv_refilter(re_connecte,20,0.8,1.3,0)'对区域列表中的区域进行过滤，保留最小外接矩形高宽比在0.9 到 1.1 的区域，面积不在此范围的区域将被过滤掉
ZV_RESORT(re_connecte,1,1) '对区域列表中的区域按照重心X的数据进行升序排序
ZV_LISTCOUNT(re_connecte,6) '获取列表中的连通区域的数量，存放到table（6）中
endif
'绘制效果图
Dim width, height
ZV_IMGINFO (grabImg, 20)'获取grabImg的图像信息
width = TABLE(20)
height = TABLE(21)
ZV_GRAYTORGB(grabImg,disImg)'将灰度图转换到RGB图像，用于绘制检测结果图像
ZV_REGION(disImg, regionMask, 0, ZV_COLOR(0,0,0)) '在disImg中绘制黑色的regionMask区域
ZV_REGION(disImg, regionWhite, 0, ZV_COLOR(255,255,255))'在disImg中绘制白色的regionWhite区域
for i=0 to TABLE(6)-1 '循环获取小圆斑点的位置XY信息生成圆测量器，检测圆心位置
ZV_LISTGET(re_connecte,circle_connect,i) '获取列表中序号为i的元素，即依次获取列表中小圆斑点的连通区域
ZV_REAREACENTER(circle_connect,40) '计算斑点区域的面积与中心位置，将位置放入TABLE(40)中
ZV_MRGENCIRCLE(mr,TABLE(41),TABLE(42),70,50,0,360,1,10,8) '生成圆测量区域
'设置测量参数，包括滤波尺寸、边缘阈值、边缘极性和边缘位置
ZV_MRSETADV(mr,5, 50, 1,0)
TABLE( 46, 0, 0, 0)'初始化结果数组
'测量圆，并将结果赋值给起始地址为46的数组
ZV_MRCIRCLE(mr, grabImg, tmp, 46)
ZV_CIRCLE(disImg,TABLE(46),TABLE(47),TABLE(48),zv_color(0,255,0))'绘制小圆结果
ShowString=TOSTR(i,1,0) '将BLOB的数量转换成字符串变量
ZV_TEXT(disImg,ShowString,TABLE(46),TABLE(47),55,ZV_COLOR(0,0,255)) '显示结果文本
ZV_MARKER(disImg,TABLE(46),TABLE(47),0,50,zv_color(0,255,0)) '在图像img中绘制十字
if is_ca_success=1 AND d_use_calib=1 then
ZV_CALTRANSW(ca_param, TABLE(46)+TABLE(48),TABLE(47),49) '圆心加半径的坐标
ZV_CALTRANSW(ca_param, TABLE(46),TABLE(47),46) '使用标定系数将图像坐标转换成世界坐标
d_circle_rst(i*3+0)=TABLE(46)'将测量圆的结果赋值给圆心变量，显示到界面中
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)'将测量圆的结果赋值给圆心变量，显示到界面中
d_circle_rst(i*3+1)=TABLE(47)
d_circle_rst(i*3+2)=TABLE(48)
endif
next
ZV_LATCH(disImg, 0) '在锁存通道0中显示结果图像
d_detect_time=ABS(TICKS)'计算检测消耗时间
END SUB
11.在main.bas文件中添加HMI运行界面按下运行按钮响应的函数，并关联动作函数名。
'HMI界面按下运行按钮时响应的函数
GLOBAL SUB btn_run()
if(2 = main_task_state) then '如果主任务处于运行状态，打印提示信息并退出函数
?"已经开启连续运行任务，请勿重复操作！"
return
endif
if (1 = main_task_state) then '如果主任务处于停止状态
if (0 = PROC_STATUS(main_task_id)) then '如果任务未开启
main_task_state = 2 '主任务状态设置为2，表示正在执行连续任务
RUNTASK main_task_id, main_task '开启主任务
endif
endif
END SUB
'主任务实现函数
main_task:
while(1)
if (3 = main_task_state) then '如果主任务状态处于3即按下停止按钮时
main_task_state = 1 '将主任务状态置为1
exit while '退出循环
endif
'重复执行采集和检测函数
btn_grab()
btn_test()
wend
END
12.在main.bas文件中添加HMI运行界面按下停止按钮响应的函数，并关联动作函数名。
'HMI界面按下停止按钮时响应的函数
GLOBAL SUB btn_stop()
if (2 = main_task_state) then '如果主任务状态处于3即正在连续执行任务时
main_task_state = 3 '将主任务状态置为3，退出循环
endif
END SUB
仿真演示效果4
本次，正运动技术机器视觉运动控制一体机应用例程（三） BLOB分析的多圆定位，就分享到这里。
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