基于机器视觉的字符串识别及通信实现

朱志伟

（武汉铁路职业技术学院，湖北 武汉 430205）

一、基于工业机器视觉的控制系统的集成开发简述

随着工业智能化升级改造，机器视觉技术应用于工业控制系统日益广泛。本文所述的基于机器视觉的控制系统集成开发基本要求，包括图像采集、图像识别、信息上传、控制与显示输出等。具体如下：图像采集，用工业相机采集对象上的字符串信息，并把图像传送给PC机；图像处理，用视觉处理软件相关算法程序识别图像上的字符串，并把识别结果保存；信息上传，PC机通过以太网接口把识别的字符串信息传送给远程PLC控制器，同时PC机通过RS232串口传送给单片机；控制输出，PLC控制器依据接收字符串信息输出相应的控制信号给执行机构，以完成对应的控制任务；信息显示，单片机依据接收字符串信息，完成相应的信息显示。

二、基于工业机器视觉的控制系统的主要组成

基于工业机器视觉的控制系统有硬件和软件两个部分构成。其主要配置及功能如下：Basler工业相机及Myutron工业相机镜头，帧率60帧/秒、分辨率1280*1024、千兆网口，可变光圈，作用为图像采集；高性能计算机一台，运行字符串识别算法，支持以太网和RS232串口通信，作用为图像识别和信息上传；一台S7-1500 PLC主控制器，带2个PN口支持TCP协议，接收计算机上传的字符串信息，作用为控制器通信、控制算法和控制输出；单片微型计算机一个，带RS232串口，接收来自计算机上传的字符串信息，作用为信息显示等。

三、机器视觉识别字符串程序开发

HALCON软件是MVtec公司开发的应用广泛的机器视觉集成开发环境，拥有一套完善标准机器视觉算法包。所以，本项目使用HALCON机器视觉处理软件，开发设计图像采集和字符串识别算法。字符串识别算法主要有2个任务：图像采集和图像识别。图像采集算法：打开工业相机并采集对象上的字符串信息，并把采集到的图像信息通过以太网传送给计算机，用到HALCON算子open_framegrabber、grab_image_start、grab_image_async、close_framegrabber。图像识别算法：把采集到的彩色图片Image，用rgb1_to_gray算子变换成单通道灰度图GrayImage；用threshold算子阈值分割图像，得到面域Region；用填充算子fill_up_shape把洞补上，得到填充域RegionFillUp；用connection算子使连通域断开，得到ConnectedRegions；用select_shape算子根据特征值选择区域，得到DestRegions，字符串中的每一个字符为一个目标区域；用sort_region算子根据区域的相对位置对DestRegions进行排序，得到SortedRegions；用count_obj算子得到SortedRegions中字符的数量；用read_ocr_class_mlp和do_ocr_multi_class_mlp算子，识别Sorted Regions中的字符串，并保存在Class数组中。因为HALCON软件算法丰富且使用灵活，故本项目所采用算法并非唯一，程序也可以继续优化改进。

四、用HALCON算子实现与PLC控制器的以太网通信

用HALCON算子完成图像处理后，识别字符串信息存放在Class数组中，需要上传给PLC控制器，供PLC的控制程序使用。用HALCON算子实现与PLC控制器的以太网通信，主要过程如下：在计算机端，用HALCON算子open_socket_connect连接远程PLC，采用TCP4协议通信，再用send_data算子把识别后的字符串数据发送给PLC；在远程PLC端，用开放式用户通信TRCV_C程序模块建立网络连接并接收来自计算机端的字符串数据。PLC以太网通信TRCV_C模块的CONNECT参数设置：数据类型TCON_IP_v4，硬件标识符InterfaceId=64（据实），ID=1，协议ConnectionType=11（TCP/IP），主动建立ActiveEstablished=false，远程IP地址及端口不填，本地端口LocalPort=502。

五、用HALCON算子实现与单片机的串口通信

用HALCON算子完成图像处理后，同时将Class数组识别字符串信息发送给单片机，供单片机完成信息显示使用。用HALCON算子实现与单片机的串口通信，具体过程如下：在计算机端，用HALCON算子open_serial打开一个串口，再用算子set_serial_param设置串口参数，使用算子write_serial把识别后的字符串数据发送给单片机，最后用算子close_serial关闭串口；在单片机端，用户可自行编写串口数据接收程序，接收来自计算机端的字符串数据。本项目串口通信参数为：波特率9600，数据位8，无奇偶效验，停止位1等。如果某些智能设备支持MODBUS RTU协议，计算机端HALCON算子write_seria可以按照协议数据格式发送数据，智能设备就可以接收到需要的数据。

六、总结和展望

HALCON软件包含了各类滤波、数学转换、型态学计算分析、校正、分类辨识、形状搜寻等基本图像计算功能，只要用到图像处理的地方，就可以使用HALCON软件强大的计算分析能力来完成。本文基于机器视觉的字符串识别及通信实现项目，重点阐述了HALCON软件的字符串识别、以太网通信和串口通信等相关算法在实际项目中的运用，是一次把机器视觉技术应用于工业控制的探索与实践。