摘要：針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域視覺(jué)應(yīng)用越來(lái)越多的情況，采用Halcon和C#開(kāi)發(fā)了一款視覺(jué)軟件。該軟件具有二維碼識(shí)別，OCR字符識(shí)別和定位功能。可以配合機(jī)器人和模組完成定位監(jiān)測(cè)功能。

關(guān)鍵詞：Halcon；C#；視覺(jué)；愛(ài)普生機(jī)器人

中圖法分類號(hào):TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

引言

近年來(lái)，社會(huì)發(fā)展節(jié)奏越來(lái)越快，人們思想發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變加上適齡勞動(dòng)力減少，各行各業(yè)都想導(dǎo)入自動(dòng)化設(shè)備。由于工況越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的精度要求也越來(lái)越高。為了提高精度，引入了相機(jī)視覺(jué)定位。

業(yè)界普遍使用視覺(jué)有兩種方式，智能相機(jī)和基于PC自主開(kāi)發(fā)的視覺(jué)軟件。前者使用方便成本高，好多規(guī)模不大的公司用不起。后者成本適中但是開(kāi)發(fā)任務(wù)繁重，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)。如果能夠自主開(kāi)發(fā)一套具備常用功能的視覺(jué)通用軟件，將會(huì)極大節(jié)約成本又可以在較短時(shí)間內(nèi)應(yīng)用。本文就這方面做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

1.軟件總體介紹

軟件使用C#和Halcon混合編程開(kāi)發(fā)而成，開(kāi)發(fā)工具是VS2012和Halcon11.0。軟件功能主要由七部分構(gòu)成：相機(jī)參數(shù)設(shè)置模塊，二維碼讀取模塊，OCR識(shí)別模塊，模式匹配模塊，串口通訊模塊，網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和狀態(tài)顯示模塊。下面簡(jiǎn)單介紹下各模塊功能：

相機(jī)參數(shù)設(shè)置模塊主要用于相機(jī)類型選擇，相機(jī)名稱選擇，曝光和增益調(diào)節(jié)，搜索當(dāng)前已連接相機(jī)及保存當(dāng)前參數(shù)。

二維碼讀取模塊可以設(shè)置二維碼類型，條碼極性等參數(shù)并可以顯示讀碼結(jié)果和內(nèi)容。

OCR識(shí)別模塊可以設(shè)置OCR參數(shù)，區(qū)域及顯示當(dāng)前讀取結(jié)果。

模板匹配模塊可以設(shè)置匹配參數(shù)，模板參數(shù)，創(chuàng)建模板，設(shè)置ROI及顯示當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果。

串口通訊模塊用來(lái)和外部通訊設(shè)置相關(guān)參數(shù)，包括串口號(hào)等，設(shè)置好后可以保存至XML文件。

網(wǎng)絡(luò)通訊模塊可以設(shè)置TCP/IP相關(guān)參數(shù)及保存至XML文件。軟件整體界面如下圖1所示：

圖1

2.軟件詳細(xì)介紹

本軟件采用傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)生命周期的方法，采用自上而下的開(kāi)發(fā)順序，逐步求精細(xì)化的結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法。從用戶使用需求方面上講，軟件可分為運(yùn)行狀態(tài)、測(cè)試類型、實(shí)時(shí)顯示、模式選擇、文件加載等功能，如圖2所示。

2.1通訊協(xié)議

本軟件具有兩種通訊方式和外部交互數(shù)據(jù)，分別是串口通訊和網(wǎng)絡(luò)通訊。

串口通訊包括串口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位、保存和打開(kāi)串口等信息，如圖3所示。其中串口號(hào)為連接相機(jī)端口號(hào)，圖中為COM6。波特率要與數(shù)據(jù)交互端設(shè)置成一致，圖中為9600（常用的波特率有9600、19200、38400、43000、56000、57600、115200等）。數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位設(shè)置，圖中設(shè)置為8位、1位、無(wú)校驗(yàn)?！氨４妗笔怯脕?lái)存儲(chǔ)設(shè)置的參數(shù)信息?！按蜷_(kāi)串口”是用來(lái)測(cè)試通訊端口是否能打開(kāi)。

網(wǎng)絡(luò)通訊界面包括端口號(hào)、聯(lián)機(jī)信息、數(shù)據(jù)內(nèi)容、考試監(jiān)聽(tīng)、發(fā)送信息和保存等信息，如圖4所示?！岸丝谔?hào)”設(shè)置的是60000，“聯(lián)機(jī)信息”會(huì)顯示連接狀態(tài)，“數(shù)據(jù)內(nèi)容”會(huì)顯示收到的數(shù)據(jù)，當(dāng)需要啟用網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)點(diǎn)選開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)。

2.2相機(jī)參數(shù)

相機(jī)參數(shù)設(shè)置界面主要用于相機(jī)類型、相機(jī)名稱、曝光、增益、搜索相機(jī)、保存、打開(kāi)相機(jī)、實(shí)時(shí)圖像、停止。如圖5所示，

圖5相機(jī)參數(shù)設(shè)置界面選擇相機(jī)類型：選擇相機(jī)的品牌，如Basler、Dahua等；

搜索相機(jī)：搜索當(dāng)前連接的相機(jī)的型號(hào)；

選擇相機(jī)名稱：根據(jù)搜索到的相機(jī)型號(hào)選擇對(duì)應(yīng)的型號(hào)；打開(kāi)相機(jī)：手動(dòng)打開(kāi)相機(jī)，使相機(jī)能夠正常工作；

實(shí)時(shí)圖像：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前相機(jī)視野范圍內(nèi)的物體；

曝光和增益：調(diào)整相機(jī)的曝光值和增益值，使圖像能夠清晰成像；保存：將當(dāng)前所有的參數(shù)設(shè)置保存到對(duì)應(yīng)的文件中；

停止：使相機(jī)停止工作；

2.3二維碼

二維碼測(cè)試界面包括二維碼測(cè)試和二維碼參數(shù)2個(gè)板塊，如圖7所示。圖中綠色的拾取框?yàn)槎S碼的邊緣，可以自動(dòng)在視野范圍內(nèi)搜索到二維碼的位置，檢測(cè)到二維碼的內(nèi)容為1234567890，相機(jī)的像素為640*480，即30萬(wàn)像素的黑白相機(jī)。二維碼測(cè)試主要是手動(dòng)測(cè)試二維碼是否合格，以及顯示測(cè)試的二維碼內(nèi)容，如圖7所示。二維碼參數(shù)主要是設(shè)置二維碼的類型（常用的有DataMatrix,MaxiCode,Aztec,QRCode,Vericode,PDF417,Ultracode,Code49,Code16K等）、條碼的極性（dark_on_light或者light_on_dark），以及設(shè)置超時(shí)時(shí)間，如圖8所示。

2.4OCR識(shí)別

OCR識(shí)別包括OCR識(shí)別、設(shè)置區(qū)域和OCR參數(shù)3個(gè)板塊。圖中綠色外框?yàn)樵O(shè)置的ROI區(qū)域，當(dāng)設(shè)置的ROI區(qū)域越小，檢測(cè)的精度就會(huì)越高，出現(xiàn)誤判的幾率就會(huì)越小，同時(shí)因?yàn)闄z測(cè)區(qū)域小，所以檢測(cè)速度非?？欤軌蛴行Ч?jié)省時(shí)間；紅色的小框?yàn)槊恳粋€(gè)字符的拾取框，會(huì)根據(jù)字符的大小和寬度自動(dòng)分配；紅色的字符是顯示識(shí)別到的信息內(nèi)容為97527，與要識(shí)別的字符一致。OCR識(shí)別界面主要是識(shí)別OCR字符，并顯示識(shí)別結(jié)果，如圖10所示。設(shè)置區(qū)域界面主要包括OCRROI和屏蔽區(qū)域。其中OCRROI主要是設(shè)置OCR識(shí)別的檢測(cè)區(qū)域；屏蔽區(qū)域是為了減少干擾而屏蔽一些外部多余的特征，保證檢測(cè)的精度和速度，如圖11所示。

OCR參數(shù)界面主要是ROI設(shè)置、ROI讀取、屏蔽數(shù)量。對(duì)應(yīng)的選擇不同的ROI名稱，可以識(shí)別不同的模板特征，如圖12所示。

2.5匹配測(cè)試界面

匹配測(cè)試界面包括匹配測(cè)試、創(chuàng)建模板、模板參數(shù)、匹配參數(shù)4個(gè)板塊。其中綠色外框?yàn)槭叭》秶?，即相機(jī)會(huì)在設(shè)定好的拾取范圍內(nèi)尋找設(shè)定的模板，同樣的要使拾取范圍盡可能小；藍(lán)色框?yàn)槟０迤ヅ鋮^(qū)域，將當(dāng)前模板為設(shè)定的匹配模板進(jìn)行對(duì)比，按照閾值/匹配度來(lái)進(jìn)行判斷，結(jié)果大于和等于閾值判定為OK，結(jié)果小于閾值判定為NG。圖中綠色字體為顯示信息，Result為檢測(cè)到的模板的坐標(biāo)位置和角度；Score為得分閾值。

匹配測(cè)試界面主要是顯示檢測(cè)結(jié)果和檢測(cè)匹配度，如圖14所示。創(chuàng)建模板界面包括創(chuàng)建模板和設(shè)置

ROI，其中創(chuàng)建模板是用來(lái)設(shè)置視覺(jué)抓取匹配所需的模板，設(shè)置ROI是設(shè)置視覺(jué)匹配的區(qū)域，如圖15所示。模板參數(shù)界面包括模板旋轉(zhuǎn)角度、模板最小對(duì)比度、金字塔層數(shù)、設(shè)定模板名稱。匹配參數(shù)界面包括匹配閾值、搜索角度、選擇模板。其中匹配閾值是用來(lái)設(shè)置合格和不合格之間的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)；搜索角度是在匹配過(guò)程中在一定的角度范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，超過(guò)設(shè)定角度的物體視為NG；選擇模板是用來(lái)設(shè)置匹配模板的名稱，如圖17所示。

4.結(jié)語(yǔ)

上述軟件經(jīng)測(cè)試效果良好。二維碼識(shí)別成功率較高，OCR字符識(shí)別對(duì)于印刷質(zhì)量好的字符效果也不錯(cuò)，但是對(duì)于字符質(zhì)量不好的字符會(huì)出現(xiàn)誤判，這方面功能還需優(yōu)化。和愛(ài)普生機(jī)器人配合的定位功能可以在軟件這一端完成標(biāo)定，機(jī)器人端只需要接收世界坐標(biāo)走位置即可。