摘 要

生活中我们可能会对所购买产品的来源产生好奇，想对产品的来源和真伪进行验证，这就需要我们的产品建立溯源系统了。随着社会不断进步，溯源系统的建设有了技术的保障和经济的支持，并逐渐运用到了生产当中。同时，国家也大力支持溯源系统的建设，着力完善机制体制，着力健全责任体系，大力提升整体安全生产水平。这其中提及了建设溯源系统在安全生产里的重要意义，是对溯源系统大力建设的要求。

溯源系统是互联网技术在生产上应用的产物。在产品的生产过程中采集产品信息然后构成追溯档案，当消费者扫描产品的二维码后即可浏览产品的相关信息。本文旨在研究溯源系统中的图像采集技术，采集产品的图像信息。我建立了溯源系统一个图像采集模块，其中包括硬件和软件部分, 需要解决的问题包括以下几个方面：图像采集硬件系统的结构设计、元器件的选型、图像生成和传输的原理以及溯源系统图像采集模块软件的设计。

硬件部分的图像采集采用CCD相机，采集信号使用传感器中的光电开关，图像数据的存储采用了两个服务器，一个是放在现场的工业服务器，另一个是放在良好环境中的溯源服务器。由于生产环境的关系，在生产线上采用工控机对数据进行存储，然后再将数据转存到溯源服务器当中。CCD相机与工控机之间需要用到图像采集卡来进行数据的传输，对光电开关的设定需要用到I/O卡。软件部分需要对I/O卡和图像采集卡进行编写，以满足对图像采集和CCD相机与工控机之间数据传输的要求；工业服务器与溯源服务器之间的数据传输则需要单独开发一个小程序。同时，还要达到对合格像生成的控制和传输正确性的监视。软件部分本文采用了微软公司的Visual studio 2017开发工业服务器与溯源服务器之间数据传输的小程序，利用SQL Server 2008 R2建立数据库以此来保存产品的图像数据，最终达到将产品图像采集并储存到溯源服务器当中的目的。

关键字：溯源系统，图像采集，图像传输

Abstract

In life, we may be curious about the origin of the products we buy, and want to verify the origin and authenticity of the products, which requires our products to establish traceability system. With the continuous progress of society, the construction of traceability system has the technical guarantee and economic support, and gradually applied to production. At the same time, the state also vigorously supports the construction of traceability system, strives to improve the mechanism and system, strives to improve the responsibility system, and vigorously enhance the overall level of production safety. It mentions the importance of building traceability system in safety production, which is the requirement of vigorous construction of traceability system.

Traceability system is the product of the application of Internet technology in production. In the production process of products, product information is collected and then traceable files are formed. When consumers scan the two-dimensional code of products, they can browse the relevant information of products. The purpose of this paper is to study the image acquisition technology in traceability system and to collect image information of products. I have built an image acquisition module of traceability system, which includes hardware and software. The problems to be solved include the following aspects: the structure design of the hardware system of image acquisition, the selection of components, the principle of image generation and transmission, and the software design of the image acquisition module of traceability system.

In the hardware part, CCD camera is used for image acquisition, photoelectric switch in sensor is used for signal acquisition, and two servers are used for image data storage, one is an industrial server on the spot, the other is a traceability server in a good environment. Because of the production environment, industrial computer is used to store the data on the production line, and then the data is transferred to the traceability server. Image acquisition card is needed to transmit data between CCD camera and industrial computer, and I/O card is needed to set the photoelectric switch. In the software part, I/O card and image acquisition card need to be compiled to meet the requirements of data transmission between image acquisition and CCD camera and industrial computer, while data transmission between industrial server and traceability server needs to develop a small program separately. At the same time, the control of conformity image generation and the monitoring of transmission correctness are also achieved. In the software part, we use Microsoft Visual studio 2017 to develop a small program for data transmission between industrial server and traceability server, and use SQL Server 2008 R2 to establish a database to save image data of the product, so as to achieve the goal of collecting and storing image of the product into traceability server.

KeyWords: Traceability system;Image acquisition;Image transmission

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景 1

1.2 课题研究的国内外现状 1

1.3 课题研究的目的及意义 1

第2章 图像采集硬件系统设计 2

2.1 硬件系统的组成 2

2.2 器件的选型 2

2.2.1 CCD相机 2

2.2.2 光电开关 4

2.2.3 图像采集卡 4

2.2.4 I/O卡 5

2.2.5 工业服务器 5

2.2.6 溯源服务器 6

2.3 图像采集系统硬件在生产线的安装与接线 6

第3章 溯源系统图像采集原理及过程 8

3.1 用CCD相机采集溯源系统图片原理及过程 8

3.2 从CCD相机得到图像的传输原理 8

3.2.1 CCD相机与工业服务器之间的图像传输原理及过程 8

3.2.2 工业与溯源服务器之间的图像传输原理 9

第4章 追溯系统中图像传输模块软件设计 10

4.1 开发及运行环境 10

4.1.1 Microsoft Visual Studio 2017介绍 10

4.1.2 Microsoft SQL Server 2008 R2介绍 10

4.2 设计目标 10

4.3 软件系统框架图 11

4.4 追溯系统中图像传输模块的数据库设计 11

4.5 追溯系统中图像传输模块的的界面设计 12

4.5.1 登陆界面 12

4.5.2 主界面 13

4.5.3 工业服务器图像数据储存信息采集界面 13

4.5.4 工业服务器图像校对界面 14

4.5.5 工业服务器图像校对结果界面 15

4.5.6 工业服务器图像数据上传到溯源服务器界面 15

4.5.7 图像上传信息记录及查询界面 16

4.5.8 溯源服务器图像数据导入数据库界面 16

4.5.9 图像传输正确性校对界面 17

4.5.10 图像传输正确性校对结果界面 17

4.5.11 产品全身照和和二维码照片的关联界面 18

4.6 主要界面程序代码 18

第5章 结论 23

参考文献 24

附录 26

致谢 29

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

构建溯源系统由国家提倡，是大势所趋，市面上已经有越来越多的产品包含有溯源系统，例如蔬菜、肉类、零食等。这在机械制造企业也同样适用，这对机械制造企业规范自身行为具有相当重要的意义。

作为溯源系统的核心部分，图像采集在溯源系统的建设中不可或缺。图像信息是人类获取信息的重要来源之一，图像采集在图像处理、图像识别的前提，在这些领域应用十分广泛，在现代多媒体技术中占有重要的位置。在日常生活中我们常能见到的照相机、智能手机和摄影机等产品，图像采集就是其中的核心技术。本文就是通过CCD工业相机来实现图像采集的。

1.2 课题研究的国内外现状

我国由于起步较晚,因此与欧美等发达国家在溯源技术以及应用等方面都有一定的差距。虽然目前我国追溯系统在社会各行业正在逐步推进,但基于其重要作用和社会的发展需要,一定会广泛应用起来。我国溯源行业正处在快速发展阶段，国家产业政策的支持、消费者的需求、相关行业的迅猛发展、专业技术的进步等诸多因素为溯源行业带来巨大的机遇。

图像采集是溯源系统建立的支柱，图像采集技术的发展可以为溯源系统的进步提供技术支持。由于技术的发展和进步，与图像采集相关的各个方面也都有了很大的进步。在相机方面，图像分辨率 、拍照速度的提升和图像传输的加快都大大提高了相机的性能。同时，各种软件的开发也使图像采集的过程大为简化。

1.3 课题研究的目的及意义

图像采集就是指图像通过采样和量化以后变换为数字图像，最后存储到存储器的过程。自古就有‘眼见为实’这种说法，图像采集为溯源系统提供了图像证明。同时，采集到的图像例如实物照片等也为消费者的查询提供了素材，这是溯源系统建立不可或缺的一个环节。图像采集技术的研究就是为探索如何获取产品的图像信息并把它录入数据库，以便于消费者查询时比对，对溯源系统具有相当重要的意义。

第2章 图像采集硬件系统设计

2.1 硬件系统的组成

本文是对机械制造企业溯源系统中图像采集的设计，图像采集就是利用图像捕获设备（相机、摄像头等）把从外部得到的图像数据通过一定的技术手段储存到存储器（计算机和服务器等）中。图像采集的实现需要硬件支持，并用硬件搭建一条完整的路径以实现图像的获取、传输和储存。硬件部分的图像获取采用CCD相机，采集信号使用传感器中的光电开关，存储图像数据使用的是服务器。由于生产环境的关系，在生产线上采用工控机对数据进行存储，然后再将数据转存到溯源服务器当中。CCD相机与工控机之间需要用到图像采集卡来进行数据的传输，对光电开关的设定需要用到I/O卡。各个硬件之间的连接所需的接线、电源、附件还有支架等都是必不可少的。本次设计的图像采集硬件系统结构框架如下图所示：

图2.1 图像采集硬件系统框架

2.2 器件的选型

根据任务书的要求，设定了一个具体的生产情景以方便进行器件的选型。具体情景为生产一种柱状产品，在上面印上条形码和二维码，图像采集的要求是每天工作八个小时，为生产的十万件产品的条形码和二维码进行照相并储存到溯源服务器中。

2.2.1 CCD相机

CCD也被叫做CCD图像传感器，可以将光学影像转化为数字信号。 CCD上的光敏物质被叫作像素，由于光敏物质很小，因此一块CCD上具有的像素数越多，分辨率也就越高，拍出来的照片越清晰。CCD的作用是把图像信号转换成数字信号。CCD上有大量排列整齐的电容，它们可以感应光线，然后将之转变为数字信号。在现在的相机上，CCD芯片已经被广泛应用了。

对于如何选择CCD相机的类型主要从以下四个方面考虑：

（1）分辨率 单位英寸上所包括的像素点数。图像所包含的像素就越多，相机分辨率越高，得到的图像画面就越清晰。但是，这样会增加图像保存所占据的存储空间。

（2）景深 在照相机镜头或其他成像器件前能够得到清晰图像的到到摄像机镜头之间的距离范围。工业相机需要很快的拍照速度，所以只能将特定距离的物体清晰取像，所以要选择合适的景深。

（3）帧率 就是反应相机拍照速率的参数。选择相机的帧率时，相机的帧率必须要大于或等于检测速度，当等于时，那么处理图像必须要快，一定要在相机下一次拍照前完成图像的传输。

（4）信号输出接口 CCD相机将图像数据传输到储存设备的接口，接口的具体类型有Camera Link、GigE Vision、以太网、1394、USB2.0、USB3.0，当前最新的接口类型是CoaXPress。

根据对现有市面上的溯源系统的分析，CCD相机的分辨率选择为500万最为适宜。

图2.2 溯源标签

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