工業(yè)相機SDK接口使用總結

一、工業(yè)相機編程模型和流程

不同的工業(yè)相機提供不同的編程接口(SDK)，盡管不同接口不同相機間編程接口各不相同，他們實際的API結構和編程模型很相似，了解了這些再對工業(yè)相機編程就很簡單了。

DMA技術：

DMA是一種高速的數(shù)據(jù)傳輸操作，允許在外部設備和存儲器之間直接讀寫數(shù)據(jù)，既不通過CPU，也不需要CPU干預。整個數(shù)據(jù)傳輸操作在一個稱為"DMA控制器"的控制下進行的。CPU除了在數(shù)據(jù)傳輸開始和結束時做一點處理外，在傳輸過程中CPU可以進行其他的工作。這樣，在大部分時間里，CPU和輸入輸出都處于并行操作。因此，使整個計算機系統(tǒng)的效率大大提高。

對于工業(yè)相機來說，當CMOS或CCD芯片曝光然后將數(shù)據(jù)轉到相機緩存后，這時候DMA會負責將緩存中數(shù)據(jù)保存到硬盤上指定位置，正好滿足相機高速大數(shù)據(jù)的傳輸。一般都會使用DMA來完成實時的數(shù)據(jù)采集和保存。

多數(shù)時候，DMA控制器存在各種接口的圖像采集卡中，包括1394/GigE/USB/Camera Link等，這些采集卡有自己的時間控制單元完成和相機曝光的同步，并控制DMA的存取行為。

工作流程：

當相機工作時，就是連續(xù)的采集-處理-采集-處理...的過程，但是這就存在一個問題，如果采集的速度比處理速度快，處理不過來，怎么辦？在實際中，我們使用隊列來解決這個問題，當前幀沒有處理完，下一幀到來時直接放入隊列等待當前處理完成后再處理它。

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這里使用三個隊列完成采集和處理同步。

DMA隊列：

當CMOS或CCD芯片曝光然后將數(shù)據(jù)轉到相機緩存后，這時候DMA會負責將緩存中數(shù)據(jù)寫入到“DMA隊列”頭Buffer中。

準備隊列：

一旦“DMA隊列”頭Buffer被填充完成，會被加到“準備隊列”尾后，這時候會發(fā)送中斷通知用戶程序：當前又有一幀數(shù)據(jù)采集完成，您看著處理吧。

處理隊列：

當用戶接收到中斷會自動跳轉到中斷函數(shù)中，使用GetFrame拿取“準備隊列”頭Buffer，然后加到當前用戶程序“處理隊列”尾，用戶程序從“處理隊列”頭拿取Buffer處理完成后使用PutFrame將Buffer再添加到原始的“DMA隊列”尾。

需要說明如下幾點：

1.這里的初始隊列為1-10,都是初始分配為DMA隊列的，這個內(nèi)存分配和釋放過程有的SDK是自己負責的，有的則需要用戶自己分配和釋放，SDK只負責托管使用。

2.一般最開始注冊一個中斷處理函數(shù)，當“準備隊列”填充完成會自動跳轉到中斷函數(shù)中，借此完成同步操作。也可以是用戶自己維護同步結構體，使用查詢和等待的方式判斷“準備隊列”頭是否填充完成，是否該用戶程序獲取數(shù)據(jù)和處理了。

3.如果用戶處理任務非常簡單，可以去掉“處理隊列”，每次直接GetFrame->處理->PutFrame。如果用戶處理任務比較復雜而不希望出現(xiàn)丟幀的現(xiàn)象，則需要用戶使用“處理隊列”來保存所有可用的Buffer。

4.這里隊列也只是能夠解決處理速度比采集速度慢少許的情況，主要是對不同處理速度做平均來保證采集和處理同步。如果每一幀的處理時間太長，這時候“DMA隊列” Buffer全部轉移到“處理隊列” Buffer，就會出現(xiàn)異常情況，這時不同的相機會有不同的處理方法。

數(shù)據(jù)傳輸和顯示流程

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如圖，每個相機可能有不同的流采集器（Grab Streamer）或同一接口上安裝了多個相機(也對應多個流采集器)，對應多個通道（Channel）。對每個通道來說，在實際采集時數(shù)據(jù)傳輸實際上是拆分成如圖的數(shù)據(jù)包(Packet) RawData形式傳遞的，內(nèi)存中存儲形式為一維數(shù)組，在每一幀圖像的起始存在不同的標識表明一幀的開始和結束，每一個Packet都有標識表明當前所屬的通道。為了顯示圖像，用戶程序需要重新將一維數(shù)組數(shù)據(jù)拼裝成圖像形式，這一過程由用戶完成，通?？山柚鶲penCV或MIL等圖像處理包完成該操作。

編程模型和流程

對于相機來說，常見編程時我們關注三個對象——相機對象、采集對象、參數(shù)對象。

相機對象(Camera Object)：負責相機的連接、斷開等工作。

采集對象(Grab Streamer)：負責相機的采集隊列分配、相機單幀、連續(xù)采集。

參數(shù)對象(Parameter Object)：負責相機參數(shù)的設置。

不同的SDK可能安排不一樣，一般來說要不是三種對象的功能合并到“相機對象”中，要不是分為三種對象，其實采集對象和參數(shù)對象都是在“相機對象”上封裝而來。

通用編程流程如下圖

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可以看到相機編程需要做三方面工作：

1.初始化操作

首先初始化相機驅(qū)動Com環(huán)境，然后遍歷得到當前的相機列表，根據(jù)相機ID或List 編號選擇對應相機。

之后連接指定相機，首先設置本次采集的相機參數(shù)(幀速、圖像大小、縮放比等)，然后是分配和注冊當前DMA隊列，這里有的是用戶完成，有的是SDK完成。

之后先開啟DMA邏輯等待相機采圖，然后使相機開始工作采圖，整個系統(tǒng)就按照之前工作流程運作起來了，許多SDK將“開啟DMA”和“相機開始工作”合并為“開始采集”。

2.結束操作

先停止相機工作再關閉DMA邏輯，許多SDK將“開啟DMA”和“相機開始工作”合并為“結束采集”。

然后清理DMA隊列，和分配時對應，這里有的是用戶完成，有的是SDK完成。

最后斷開相機并清理工作環(huán)境。

3.中斷響應操作

當相機一幀采集完成后，自動跳轉進入中斷回調(diào)函數(shù)，這里分了兩種中斷回調(diào)函數(shù)。

第一種為簡單的取Buffer->處理->放回。

第二種結合Windows的消息隊列，在此處再給一個“處理隊列”，給處理一個緩沖時間。

這里的處理包括常見的圖像處理、計算和顯示及RawData拼裝為圖像等用到Buffer的地方。

前面也說過，常用的是中斷響應處理，除此之外，自己去查詢Buffer填充狀態(tài)并作相關同步操作在某些場合也會用到，這個請查詢不同相機SDK給出的同步方案。

差不多所有的工業(yè)相機SDK都是這樣的編程模型和流程，AVT 1394相機和Basler Camera Link相機和AVT GigE相機相關代碼在筆者網(wǎng)站可下載，還有之前講的Basler Pylon SDK相機編程，他們基本流程都是一樣，恕不詳述！

二、 工業(yè)相機SDK接口使用總結

相機調(diào)用 ?：

我們利用相機采集圖像，首先要對相機進行相關參數(shù)設置及控制，這需要對相機的SDK包比較了解，一般相機廠家都會提供相機SDK，其中包含用戶手冊和調(diào)用Demo，這些都大大降低了調(diào)用門檻，提高了二次開發(fā)用戶的效率。目前用過Balser、?？?、大華等相機，其實都是一個套路，都是按照下面幾個步驟進行的。

1）枚舉設備

2）創(chuàng)建句柄

3）打開設備

4）開始抓圖

5）獲取一幀并保存圖像

6）停止抓圖

7）關閉設備

8）銷毀句柄

相機同步：

若是開發(fā)過程中用到雙目或者多目的話，則需要外接同步觸發(fā)器或者外部觸發(fā)信號，通過相機同步觸發(fā)線來實現(xiàn)同步問題。以實際應用過的Basler acA1300-200uc為例，其相機同步觸發(fā)線具體類型如下：

1 -—— ? +12 VDC ?紅

2 —— I/O Input 1 ?黃

3 —— VCC(加電阻） 藍

4 —— ?I/O Out 1 ? ?綠

6 —— DCcam Power GND 黑

0000—— I/O GND ?白

三、 Basler Pylon工業(yè)相機SDK的使用

Pylon庫有C++ .Net等各種封裝版本，一般用C++版本，功能全面效率高，但對于不同接口(GigE USB3.0 CameraLink)的相機必須對應使用不同的類，之間不能通用。

基于GenAPI通用相機抽象接口使用的是Node結構，以字符串形式訪問相機參數(shù)，可以統(tǒng)一管理不同接口類型的相機。但效率低，使用不方便。

Pylon高層用C++封裝，形成本地相機對象

如何管理多個相機，最靠譜的方法是按相機ID標定順序，需要讀一個配置文件，比如XML或JSON，然而一開始不知道ID，需要先列舉出來。

四、Pylon 以實時圖像采集講解PylonC SDK使用流程

一般的對于提供硬件編程來說，硬件生產(chǎn)廠家都會提供好SDK使用的手冊和實例。手冊中一般包括安裝和配置流程，一些基本概念的介紹，SDK每個函數(shù)使用，SDK使用流程和實例(有些硬件實例直接寫在手冊中，有些會以單獨文件存在，還有的兩者皆有)。對于上位機軟件開發(fā)人員來說拿到一個硬件上位機編程任務。

首先應該閱讀了解其SDK概念，再按照其介紹的SDK開發(fā)流程閱讀其提供的實例，修改相應的實例為自己所用，有不懂的函數(shù)查詢一下其用法即可。有些開發(fā)人員習慣性的去記其API，這是費時費力的做法，并不推薦。下面主要以實時圖像采集講解Basler相機的PylonC SDK的使用流程。

PylonC SDK的使用的總體流程圖如下

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下面是其中對于不同的工作要求，加載相機對象和卸載相機對象是通用的。而要使用其他模塊，如事件對象時，相應的改為加載事件對象和卸載事件對象，以及使用事件對象完成相關任務即可。編程時一定要對整個流程做好規(guī)劃，特別是硬件編程時一定留意內(nèi)存泄露，前面分配的資源一定要在后面釋放。

下面是五個大流程的詳細解析，需要的地方已經(jīng)加以說明，并注解了需要用到的函數(shù)

加載相機對象：

卸載相機對象：

加載數(shù)據(jù)流抓取對象：

卸載數(shù)據(jù)流抓取對象：

單幀或連續(xù)抓圖過程：

按照以上介紹的流程即可實現(xiàn)實時圖像采集：

在工業(yè)控制當中，用到basler工業(yè)相機sdk編程，主要是使用c或者c++，當項目龐大時，又需要良好的用戶界面，用C++是不錯的選擇。

以實例和看過的一些參照講講PylonCppSDK使用流程。

首先，同C一樣，這里給出一個bolg鏈接，寫的不錯，即上面文大俠這篇http://blog.csdn.net/wenzhou1219/article/details/7543420。

從中我們知道，總的開發(fā)流程圖如下

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那么，用C++開發(fā)也大抵如此。

這里我們看一個basler的cpp sample：

把這個和上面的流程圖對比理解，再看看文檔和sdk的結構，理解起來就容易多了。

五、關于使用維視工業(yè)相機 SDK 采集圖像的問題

問：最近一直在研究怎么用相機的SDK采集圖像且能實時采集。用的維視MV-1300UC，它提供了DEMO，還有說明文檔（一些函數(shù)的定義），我發(fā)現(xiàn)例子里面沒有給出類，就直接定義類中的函數(shù)，看不明白。有開發(fā)經(jīng)驗的老師嗎？給點指導，自己一個人學習一點進展也沒有，謝謝！

答：

引用

工業(yè)相機的SDK，為了通用性應該提供的是C接口

既然如此，例子中的類應該就只限那個例子有效，并不是使用該相機必須的

只要你看懂了每個函數(shù)的功能，用不著照抄例子中使用的類

有包含文件（.h）和靜態(tài)鏈接庫（.lib）我看了例子都沒有看到主函數(shù)基本都是void 類名::函數(shù)名（）{ }這種形式。

所以說你的問題在于看不懂例程，而不是看不懂相機開發(fā)包

一般工控領域提供的例程都是MFC程序，你到里面找main函數(shù)當然找不到

問：哦，這樣啊，老師你有這方面的經(jīng)驗嗎?這個東西我都弄了兩周了，還是無從下手，難怪我還一直找主函數(shù)。給的說明文檔我都看了好幾遍了，感覺例子里面用到的也不多，自己想把里面的函數(shù)單獨拿出來來實現(xiàn)功能，參數(shù)經(jīng)常發(fā)生錯誤。

答：你說的這款相機我沒用過。

建議你簡單學習一下MFC。工控方面的編程用MFC比較多，畢竟搞工控的都不是專業(yè)程序員，沒精力去專研那些復雜先進的軟件技術，MFC算是最普及最簡單的圖形界面庫了。

相機的話，應該是程序啟動時【Open】，關閉時【Close】，采集圖像前需要【設置采集參數(shù)】，采集單幅圖像可以隨時【采集】，采集連續(xù)圖像的話需要【Start】和【Stop】，Start前要【設置連續(xù)采集參數(shù)】大多還需要【設置回調(diào)函數(shù)】。你可以去找這些功能的函數(shù)以及它們在例程中的位置和用法，配合MFC簡單編程的學習，應該能快一點上手吧。

轉自：CSDN論壇

六、工業(yè)相機SDK之opencv二次開發(fā)

做視覺的第一步是選好相機鏡頭等硬件設備，接下來就是將自己開發(fā)的算法在硬件上實現(xiàn)。我最近做一個項目，實現(xiàn)了一下Opencv在相機SDK上的運用，下面小結一下具體實現(xiàn)步驟.

1. 安裝相機自帶的驅(qū)動和SDK開發(fā)包；

2. 用VS2010新建一個工程，配置好SDK的動態(tài)鏈接庫（或者靜態(tài)），具體動態(tài)鏈接庫的使用可參見孫鑫的那本書，這里不多說；

3. 條用SDK開發(fā)包中的函數(shù)建立相機和PC機件的鏈接；

4. 建立視頻流數(shù)據(jù)，設立一個回調(diào)函數(shù)（具體參見各SDK），并將數(shù)據(jù)拷貝到Mat中的data中；

5. 有了opencv中的Mat數(shù)據(jù)結構，接下來就可以實現(xiàn)我們的各種算法了。

審核編輯：黃飛