C#+WPF+Opencv模块化开发视觉对位运动控制系统教程

一、WPF 在工控领域的优势

WPF（Windows Presentation Foundation）因其强大的功能和灵活性，已成为工控上位机开发的首选技术之一。

WPF 提供了丰富的控件、图形和动画效果，以及与硬件设备的交互能力，非常适合用来构建复杂的工业自动化和监控系统。

几个关键因素，解释为什么 WPF 能在工控上位机开发中占据重要地位，并提供一些示例代码来说明其应用。

1、强大的图形界面支持

WPF 提供了丰富的图形绘制功能，支持矢量图形、动画、3D图形等，非常适合用于开发可视化程度高的工控界面。

另外，XAML（可扩展应用程序标记语言）使得界面设计与逻辑代码分离，有助于提高开发效率。

2、跨平台兼容性

虽然 WPF 最初是为 Windows 平台设计的，但随着 .NET Core 和 .NET 5+ 的推出，现在可以利用这些框架来创建跨平台的应用程序，这意味着一套代码可以在不同操作系统上运行，这对于工控系统的部署而言是一个巨大的优势。

3、丰富的三方库支持

C# 拥有庞大的生态系统，提供了大量的第三方库和工具。

支持多种工业通信协议，如 Modbus、EtherCAT、OPC-UA 等。

可以轻松实现与 PLC、传感器等硬件设备的通信，可以缩短开发周期

市面上关于通用的机器视觉平台已有不少，一些大的视觉产品、设备制造商都有开发自己的一套系统。其通用性也都有一些行业局限，难以囊括所有可能性，一些需要经过二次开发，这也是难以攻克的问题。本人水平有限，再加上步入视觉行业不过1年，此项目基本都是模仿CK，在17年3月开始启动，利用工作之余开发了2个月吧，记录一下开发经历，一方面加强自己对知识的巩固，另一方面希望对比我还新的新人有一些帮助吧。

其实酝酿了好一段时间，一直没有好的Idea，不知从何下手，直到17年3月份的时候，无意看到了CKVision，觉得很好，于是想模仿着开发一款。采用了C#+EmguCV进行开发，历时2月，大致框架以及一些基础功能都已经实现：基本的图像处理工具、随意配置执行流程、二维码识别、文字识别等等。17年5月底离开深圳回到武汉后就没有再更新了，这次翻出来，估计很多东西会重新弄一弄了，边写边改吧。

采用C#是因为本人是菜鸟，驾驭不了C++，C#开发桌面应用是相当方便，比老旧的MFC好太多。采用C#也就不能够使用Opencv了，只能用其C#版EmguCV。开发时候用的3.4.1版本，现在直接更新成最新的3.4.3。opencv已经4.0了，可惜EmguCV总是慢一拍。当时还不会WPF，采用的是传统的winform，界面比较普通。

二、需求分析与项目规划

明确检测需求

在项目启动初期，与客户进行充分且细致的沟通至关重要。详细了解他们对视觉检测系统的具体要求，涵盖检测产品的类型、需检测的缺陷种类（如划痕、裂纹、孔洞、污渍等）、尺寸测量的精度要求以及检测速度的期望等。例如，在电子元件生产线上，要检测元件引脚的弯曲、断裂以及元件表面的污渍等缺陷；而在食品包装行业，更关注包装的密封性、标签的粘贴位置和清晰度等。

制定项目计划

依据需求分析的结果，制定详尽的项目计划。明确项目的各个阶段，如系统设计、硬件选型、软件开发、测试调试等，并为每个阶段设定合理的时间节点和里程碑。同时，充分考虑可能出现的风险因素，如硬件供应延迟、技术难题无法及时解决等，并制定相应的应对措施。

硬件选型与集成

视觉硬件选择

工业相机：工业相机是视觉检测系统的核心硬件之一，其性能直接影响检测的精度和可靠性。选择时需综合考虑分辨率、帧率、灵敏度等参数。对于高精度的尺寸测量任务，应选用高分辨率的相机；而对于高速生产线的检测，则需要高帧率的相机。例如，Basler 的 acA 系列相机，具有高分辨率和高帧率的特点，适用于多种工业检测场景。

镜头：镜头的选择要与相机和检测任务相匹配。不同的镜头具有不同的焦距、光圈和视场角，会影响图像的清晰度、景深和畸变程度。对于小尺寸物体的检测，可能需要选择微距镜头；而对于大视场的检测，则需要广角镜头。例如，Computar 的 M0814-MP2 镜头，具有高分辨率和低畸变的特点，适用于高精度的视觉检测。

光源：合适的光源能够提高图像的对比度和清晰度，有助于更好地识别缺陷和特征。常见的光源类型有环形光源、背光源、条形光源等。根据检测对象的特点和要求，选择合适的光源类型和照明方式。例如，对于表面缺陷检测，环形光源可以提供均匀的照明；而对于透明物体的检测，背光源可以突出物体的轮廓。

三、一个完整的视觉对位系统主要工作过程如下：

(1)工件定位检测器检测物体移动到摄像机视野中心，并向图像采集卡发送触发脉冲。

(2)图像采集卡按照预定的程序和时延，分别向摄像机和照明设备发出启动脉冲。

(3)照相机停止当前扫描并重新启动新的帧扫描，或者相机在起始脉冲到达之前处于等待状态，并且启动脉冲到达后开始帧扫描。

(4)在相机开始新的帧扫描之前，打开曝光机构，曝光时间可以提前设定。

(5)另一个启动脉冲开启照明，开光时间应与照相机曝光时间相匹配

(6)照相机曝光后，正式开始扫描和输出一帧图像。

(7)图像采集卡接收模拟视频信号并通过A/D将其数字化，或摄像机数字化后视觉定位系统直接接收数字视频。

(8)图像采集卡将数字图像放置在处理器或计算机的存储器中。

(9)处理器处理、分析和识别图像，以获得测量结果或逻辑控制值。

(10)处理结果控制管道的动作、视觉定位系统或定位、纠正运动误差等。