14.2.1 MATLAB图像采集工具箱
（1）MATLAB控制相机硬件的原理
图像采集工具箱是MATLAB专为图像采集而设计的一个平台（图14-6），这个平台帮助用户建立一个与硬件进行底层交流的桥梁，同时提供一些特殊函数，使用户可以用MATLAB命令实现图像的采集。
使用图像采集工具箱，程序开发者无须与特定的图像采集硬件（相机或图像卡）直接打交道，在硬件安装成功后，MATLAB图像采集工具箱即“接管”了与硬件的底层交流工作。在图像采集工具箱这个平台上，不管是何种型号、何种接口的相机，都是一样的，对于用户来说，可以用同样的函数进行控制。这样的操作模式将程序开发者从繁杂的底层函数中解脱出来，使程序开发变得简单。此外，当需要更换硬件时，这种模式开发的程序也无须更改代码，因此具有广泛的适用性。
（2）使用MATLAB图像采集工具箱进行图像的采集
使用MATLAB图像采集工具箱进行图像采集的具体流程如图14-7所示，下面分步骤进行具体说明。
图14-6 MATLAB图像采集工具箱示意图
图14-7 使用MATLAB进行图像采集的具体流程图
1）第一步：安装图像采集硬件按照数字相机的说明书正确安装相机的驱动程序（当前的计算机操作系统上一般会自带一些简易摄像头的驱动，这类相机无须安装驱动即可使用）。安装完成后，正确连接相机和计算机，用相机自带的测试软件进行图像采集的测试，确保相机的安装正常。
在安装好相机硬件后，还要安装MATLAB与硬件进行底层交流的“适配模块”（MATLAB与硬件驱动之间的桥梁）。对于目前很多类别的数字相机，图像采集工具箱中已经提供了与硬件进行底层交流的“适配模块”，因此无须特别安装。表14-1为R2011b版本中已安装的适配模块的详细情况。
表14-1 MATLAB图像采集工具箱包含的适配器列表
对于图像采集工具箱中未提供适配接口的硬件，用户需要自行安装或开发适配模块（相关方法或信息可从网络资源中获取，这里不详细叙述）。
在安装完成后，可以通过MATLAB命令查询系统中已经安装的适配模块的信息。
例1：查询作者电脑上安装的适配器信息。
上面的结果表明作者的电脑系统上安装了两类适配器：一种是“matrox ”，一种是“winvideo”。还可以进一步查询某一特殊适配器的情况。
例2：查询作者电脑上winvideo适配器的细节。
上面结果表明作者的电脑（surface pro）上安装了两个winvideo格式的摄像头，可以分别查询两个摄像头的信息。
例3：查询两个winwideo摄像头的信息。
2）第二步：建立图像采集对象
图像采集硬件和适配器安装完成后，工具箱就接管了与底层硬件的交流工作，用户直接就可以用MATLAB控制相机进行图像采集。要完成对相机的控制，先要建立一个在程序中代表相机的对象。其方法很简单，用videoinput函数可以实现（函数具体用法请自行查询）。
例4：建立一个winwideo摄像头对象。
vid表示创建的摄像头对象。
例5：通过get函数查看摄像头对象的所有属性。
相机对象建立后，可以打开一个窗口，实时显示采集到的图像，如图14-8所示。
例6：利用preview命令对相机进行预览。
图14-8 使用preview实时显示采集到的图像
3）第三步：设置图像采集参数
在开始图像采集之前，一般需要按要求进行相关的参数设置，用set函数可对相机参数（按照上文所介绍的，使用“get”命令查看）和采集参数进行设置（也可以不设置参数，此时图像采集按默认参数进行）。
相机参数包括Shutter（快门）、Gain（增益）、FrameRate（帧率）等。不同的相机，可以设定的参数也不相同，所以用户在进行设定前必须确认相机有哪些参数可以修改。需要注意的是，大部分相机的曝光模式（AutoExposureMode）默认值是“on”，即在整个拍摄过程中，相机会根据环境光强的变化自动调整曝光参数。对光学测量来说，这是不希望发生的现象，因此需要将此属性设置为“off”。
采集参数包括TriggerRepeat（触发次数）、FramesPerTrigger（触发采集帧数）、FrameGrabInterval（帧抓取间隔）及FrameAcquiredFcn（帧获取调用函数）等。为了更好地理解要设置的参数，先对工具箱控制图像采集的流程进行简要说明。
一个完整的图像采集过程如图14-9所示。图像采集时，首先对硬件创建采集对象，然后启动对象，此时数据流开始发送，但并不采集和保存。只有当对象被触发后，采集才正式开始。
图14-9 一个完整的图像采集过程示意图
TriggerRepeat参数让使用者指定发出触发信号的次数。如果用户希望相机能够连续采集不停止，可以将此属性设为“Inf”。
FramesPerTrigger参数让用户设置在一次触发中需要采集图像的数量。
FrameGrablnterval参数让用户选择以间隔方式进行图像采集。具体示意图如图14-10所示。
图14-10 FrameGrabInterval参数的释义示意图
FramesAcquiredFcn参数用来设置一个由图像采集触发的函数的函数名。任何时候，一旦采集了一幅图像，就会调用这个函数。因此，用户可以在这个函数中添加图像数据处理的语句，实现图像的实时采集和处理。
例7：设置相机TriggerRepeat参数为Inf。
4）第四步：开始采集并处理
参数设定完毕后，就可以采集图像了。图像采集工具箱提供了一个非常简单的图像采集函数—getsnapshot来完成单张图像的采集。
例8：使用getsnapshot函数采集图像，将图像进行二值化处理并存储。
但是使用getsnapshot命令只能采集一张图像。如果希望能够连续采集图像，可以循环使用getsnapshot。但这并不是一个好方法，因为每执行一次getsnapshot，就要“启动”和“终止”图像采集一次，因而循环执行getsnapshot会使得程序效率很低。
在图像采集中，实现图像的处理可以用上面提到的FramesAcquiredFcn函数来实现。如果在图像采集对象中设置了此函数，则任何时候一旦采集了一幅图像，就会调用这个函数。
例9：使用FramesAcquiredFcn函数实现图像采集、二值化处理和存储。
5）第五步：采集完成后清除对象
所有工作完成后，需要使用delete命令清除图像采集对象，否则，该对象还驻留在内存中，影响后续使用。设图像采集对象为vid，则清除方法为delete（vid）。