从零搭建机器视觉上位机：架构与模块设计详解（含UML类图）

从零搭建机器视觉上位机：架构与模块设计详解（含UML类图）

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/chenai886/article/details/144748280

机器视觉技术在工业领域的应用日益广泛，其上位机软件需要强大的架构设计来满足功能需求和性能要求。本文详细介绍了机器视觉上位机的模块设计、模块衔接方式以及代码设计思路，并补充了 UML 类图以展示模块的层次结构和衔接关系。

一、系统架构设计概述

机器视觉上位机的核心功能包括图像采集、图像处理、下位机通信、数据记录以及用户交互界面。为满足工业场景下的高性能、高可靠性需求，采用模块化设计，并通过事件驱动的方式将各模块连接。

主要模块划分

1. 相机模块：采集图像。
2. 视觉处理模块：分析图像并输出检测结果。
3. 下位机通讯模块：将结果发送给硬件设备，完成控制。
4. 数据记录模块：记录图像和检测结果到本地或云端。
5. 界面模块：与用户交互，显示实时信息并提供控制功能。

二、各模块设计

2.1 相机模块

功能

相机模块是系统的入口，负责与工业相机通信，采集实时图像并将图像传递给视觉处理模块。

UML 类图

  
+------------------+
|   CameraModule   |
+------------------+
| - cameraSDK      |  // 相机SDK接口
+------------------+
| + initCamera()   |  // 初始化相机
| + startCapture() |  // 开始图像采集
| + stopCapture()  |  // 停止采集
+------------------+
| + imageCaptured  |  // 信号：图像采集完成
+------------------+
  

衔接关系

• 输出信号：
  imageCaptured
  ，将图像发送给视觉处理模块。
• 接收事件：用户界面可能通过调用
  startCapture
  和
  stopCapture
  控制采集。

2.2 视觉处理模块

功能

视觉处理模块负责接收相机模块采集的图像，利用图像处理算法对图像进行分析，提取检测结果（如目标位置、检测是否合格等）。

UML 类图

  
+--------------------------+
|  VisionProcessingModule  |
+--------------------------+
| - algorithmLibrary       |  // 算法库 (如 OpenCV, Halcon)
+--------------------------+
| + processImage(image)    |  // 图像处理
+--------------------------+
| + processingFinished     |  // 信号：处理完成，返回结果
+--------------------------+
  

衔接关系

• 输入信号：接收相机模块发出的
  imageCaptured
  信号。
• 输出信号：
  processingFinished
  ，将处理结果发送给数据记录模块、下位机通讯模块以及界面模块。

2.3 下位机通讯模块

功能

下位机通讯模块负责接收视觉处理模块输出的结果，并将结果转化为指令，发送给下位机设备（如机械臂、PLC）。

UML 类图

  
+-------------------------+
|   CommunicationModule   |
+-------------------------+
| - communicationProtocol |  // 通讯协议（Modbus/TCP等）
+-------------------------+
| + sendCommand(result)   |  // 发送控制指令
+-------------------------+
| + commandSent           |  // 信号：指令发送完成
+-------------------------+
  

衔接关系

• 输入信号：接收视觉处理模块发出的
  processingFinished
  信号。
• 输出信号：
  commandSent
  ，将指令状态反馈给界面模块。

2.4 数据记录模块

功能

数据记录模块负责将图像和处理结果保存到本地或上传至云端，便于追溯和分析。

UML 类图

  
+------------------------+
|   DataRecordingModule  |
+------------------------+
| - database             |  // 数据库接口
| - cloudAPI             |  // 云端API接口
+------------------------+
| + saveData(image, res) |  // 保存本地
| + uploadData(result)   |  // 上传云端
+------------------------+
  

衔接关系

• 输入信号：接收视觉处理模块发出的
  processingFinished
  信号。
• 无输出信号：与界面模块共享记录状态。

2.5 界面模块

功能

界面模块是用户与系统交互的窗口，显示实时图像、处理结果和下位机状态，允许用户控制采集或调整参数。

UML 类图

  
+------------------+
|   MainWindow     |
+------------------+
| - uiComponents   |  // 用户界面元素
+------------------+
| + displayImage() |  // 显示图像
| + displayResult()|  // 显示结果
| + displayStatus()|  // 显示状态
+------------------+
  

衔接关系

• 输入信号：
• 从相机模块接收图像。
• 从视觉处理模块接收处理结果。
• 从下位机通讯模块接收设备状态。
• 输出事件：用户交互事件（如开始/停止采集、设置参数）。

三、模块间衔接关系

模块间通信流程图

  
+------------------+     图像采集信号      +---------------------+
|   相机模块        |--------------------->|  视觉处理模块         |
+------------------+                      +---------------------+
         |                                         |
         |                                         | 处理完成信号
         |                                         v
         |                                +---------------------+
         |                                | 下位机通讯模块       |
         |                                +---------------------+
         |                                         |
         |                                         | 指令状态信号
         v                                         v
+------------------+                      +---------------------+
| 数据记录模块      |                      |     界面模块         |
+------------------+                      +---------------------+
  

四、模块衔接

1. 相机模块采集图像后，通过
   imageCaptured
   信号传递给视觉处理模块。
2. 视觉处理模块处理图像，输出结果后：

• 将处理结果存储至数据记录模块。
• 将结果转化为指令，发送给下位机通讯模块。
• 将图像和结果传递到界面模块，实时显示。

3. 下位机通讯模块的状态信号反馈到界面模块，显示执行结果。