第一章 绪论
1.1 虚拟仪器的简介
虚拟仪器（Virtual Instrument）即为利用一系列的开发软件和具有相关功能的硬件相结合，以高效灵活的特点来满足开发者对各方面应用功能的需求[1]。在虚拟仪器系统中，软件是整个操作系统的关键所在，而硬件只是作为外接设备，功能也只是将软件的处理完成的信息进行输入或者输出。使用者若想更改仪器的功能数量等，只需要更改软件中的代码或数据即可，硬件部分不需要进行相关的改动。虚拟仪器技术的出现，摆脱了传统仪器只能使用厂家定义仪器功能的束缚，实现了用户对功能自定义的要求，让用户可以随心所欲的创建开发自己所需要的功能的仪器。
虚拟仪器技术中最重要的部分为软件部分，在开发过程中使用适用的编程软件或调用专项的开发模块，使开发者可以更加有效的开发自己所需的应用，并加工美化出能让用户易操作的软件界面。此外，虚拟仪器技术还包括外接的硬件部分和将软硬件结合的平台[2]。本设计使用到了NI公司提供的图形化编程软件LabVIEW，该软件支持市面上大部分的外接硬件，也可扩展多种常用的软件，更拥有易操作的图形化编程模式，使用户可以更加方便、直观的开展各类程序的开发工作。
1.2 本设计研究的主要内容
目前，USB摄像头已经十分普及，利用USB摄像头作为硬件部分进行图像的采集不仅易安装、拆卸，而且价格较低，可以降低整个制作的成本。通过对多款编程开发软件相比较后得到，LabVIEW软件的开发过程更加简单方便。所以本文的视频监控系统是通过LabVIEW软件以及USB摄像头硬件相结合的方式来完成视频监控系统的相关功能[3]。设计前通过翻阅书籍和网络课程等了解LabVIEW软件的内容以及在市场上已经普及使用的监控设备所包含的具体功能，通过多方面所得到的信息综合后，归纳出本设计的视频监控系统所具有的功能和特点。该系统功能包括能够采集实时的监控画面，监控画面能够自动的保存，软件拥有视频播放器，界面美观，用户容易上手，相关的功能键在较为显眼的位置[4]。
最终通过多方面对比后确定使用LabVIEW 2014版本作为软件部分，高清的USB摄像头作为硬件部分，通过软硬件相结合的方式来实现视频监控系统对监控画面实时的获取并显示，以及将获得的画面自动保存，并且在通过软件中的相关函数将时间等一些关键的信息元素加
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入到监控画面中。系统整体的界面美观大方，并且各功能的使用易上手，使用户能在短时间内可以熟练的使用该监控系统中的各项功能。
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第二章 LabVIEW的相关介绍
2.1 LabVIEW的简介
LabVIEW是一款由美国家仪器（NI）公司研制开发的软件[5]，该程序与常用的编程开发软件在功能上比较相似，但是LabVIEW与别的编程开发软件又有本质上的区别，其中最主要的区别是：其他的编程程序都是将自己的编程代码以文本代码的形式进行开发，而LabVIEW与传统的开发程序不同，它使用的是图形化编辑语言，俗称为“G”语言，程序的编写是以各种功能函数的图标进行节点的连线，最后按顺序运行各个函数以完成整个程序的功能[6]。与传统的编程软件一样，LabVIEW 也拥有自己的一个可以处理各种功能任务的数据库，该数据库中含有多种编程函数，例如数据的采集、分析、处理、显示、储存以及各种数据串口的调用等。LabVIEW 中也含有传统编程软件中所必备的扩展程序，例如，界面美化、硬件的扩展、设置程序运行的断点等等。 LabVIEW在前面板中提供了大量的仿真仪器控件，这些控件在外形上与实验室中常用的仪器十分相似，将其添加到程序中可以增加用户对该软件的亲和力并且可以更方便的在用户界面中使用。LabVIEW 中的前面板为程序运行时的用户界面，在用户面板下有程序框图对程序的功能进行编译，最终通过相关控件的连接将程序显示在用户界面上。LabVIEW程序开发功能的强大被各界所接受，在数据采集和硬件的控制方面被视为业界的标准[7]。它还集成了大量的数据采集硬件的功能[7]。它还内置了便于扩展的相关应用，例如网络开发的模块、将计算机系统中常用软件导入的模块[8]。从总体上来说，这是一款上手较为容易并且功能十分齐全的开发软件。
2.3 LabVIEW软件安装介绍
本设计采用的是LabVIEW 2014版本的软件，首先在电脑上安装好LabVIEW2014专业版开发软件（只有专业版开发软件才支持后期EXE文件的生成和产生SETUP软件生成的功能）。安装完毕后，选择开始→所有程序，找到名为NI LabVIEW 2014专业版，点击后即可启动LabVIEW 2014专业版，启动后弹出对话框如图1所示。
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图1 LabVIEW启动画面
如图1所示，打开软件后，选择创建项目→创建一个空白的VI，新建的VI其扩展名默认为.vi。VI创建后，可以观察到VI分为三个部分：前面板、程序框图、图标。一个VI可以理解为由外向里的三部分，最外层即为前面板，这个是用户最终使用的界面，运行程序时，使用者直接与该界面进行交互。第二层为程序框图相当于程序编程的代码部分，程序功能的编译都在程序框图上进行。第三层即为图标，该功能主要为右上角显示VI的属性以及查找全部实例的作用，如图2所示。
图2 新建的VI面板显示
2.4 视觉与运动模块介绍
本设计需要进行图像的采集和处理，实现此功能需要使用到LabVIEW的扩展模块，即视觉与运动(vision and motion)模块。视觉与运动(vision and motion)为LabVIEW的扩展部分，此部分需要用户到NI的官方网站下搜索下载，其中的部分函数在本设计的图像采集部分将会使用到。
视觉与运动模块的安装步骤是：本设计采用的是最新的LabVIEW 2014版本，此版本功能相对于老版本更加全面，运行速度也相对于较快。首先去NI的官方网站下载：（1）视觉
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开发包Vision Development Module(VDM)2014版（2）NI Vision Acquisition Software（VAS_2015_02），这里需要注意下载的扩展模块必须与所使用的LabVIEW 2014软件的版本相同或者更高，这样安装过后模块的功能才能全部实现，否则安装老版本的模块，很多函数功能不能被使用。全部下载完成后，首先安装Vision Development Module(VDM)2014版，再安装NI Vision Acquisition Software（VAS_2015_02）。
2.5 设计相关的函数和控件的介绍
2.5.1 Vision（视觉）控件介绍
在视觉开发包Vision Development Module(VDM)2014版安装完成后，会在软件中新增一个工具包Vision。Vision中主要是用于图像的显示和后期处理的控件，用户可在前面板中到Vision工具包中的相关控件及具体使用方法。如图3所示。
图3 Vision显示控件
从图中可以观察到，Vision打开之后，其中有6个与显示有关的控件。本设计主要使用的是其中的Image Display（图像显示）。
（1）IMAQ Image.ctl：该控件是图像属性格式进行说明作用。使用该控件在前面板中可以对图像格式以及类型进行说明。
（2）图像显示(Image Display)：该控件用于在LabVIEW中直接创建并显示所获取的图像，创建一个该控件后，会在程序面板中直接显示一个图标，所编写的视频监控的最终画面显示就是将输出节点连接到该图标，即可把采集的视频图像显示到控件上。图像显示如图显示有三种样板分别为Image Display、Image Display（Classic）、Image Display（Silver）。这三种在样式上分别为普通、经典、银色，本质上功能是相同的。
（3）IMAQ 视觉控件(IMAQ Vision controls)：该控件主要作用为对视觉图像可以进行相关控制。该控件组中包含了一些对图像分析、处理以及颜色类型相关的控件函数。 （4）机器视觉控件(Machine Vision controls)：该控件中包含对图像的机器视觉进行控制，加工等相关控件。
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