基于1394總線的工業(yè)相機(jī)圖像采集程序設(shè)計(jì)

基于1394總線的工業(yè)相機(jī)圖像采集程序設(shè)計(jì)

0?引言
??????目前，以CCD技術(shù)為核心的圖像獲取設(shè)備可以分為兩類(lèi)：
1）由CCD攝像頭、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)組成的圖像采集系統(tǒng)，利用圖像采集卡把CCD傳來(lái)的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)并傳送給計(jì)算機(jī)處理；
2）由CCD相機(jī)本身帶有的數(shù)字化設(shè)備直接將數(shù)字圖像信號(hào)通過(guò)端口傳送給計(jì)算機(jī)。
??????其中前者作為經(jīng)典的圖像采集系統(tǒng)在圖像采集的應(yīng)用中一直居于主導(dǎo)地位[1]，但是，性能較好的采集卡價(jià)格昂貴，同時(shí)由于需求不同，常常需要對(duì)采集卡進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，而大多采集卡生產(chǎn)廠家封裝了自己的函數(shù)和鏈接庫(kù)，因此在二次開(kāi)發(fā)時(shí)對(duì)開(kāi)發(fā)人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)要求較高。近年來(lái)隨著CCD相機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以數(shù)碼相機(jī)為代表的第二類(lèi)圖像采集設(shè)備以其方便快捷、采集速度快、高分辨率、高性價(jià)比等特點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注，已經(jīng)在一些領(lǐng)域取得了很好的應(yīng)用。
??????對(duì)于第二類(lèi)圖像采集設(shè)備，因?yàn)槭荂CD相機(jī)直接提供數(shù)字信號(hào)，因此可以獲得高品質(zhì)的圖像，但同時(shí)，也對(duì)圖像數(shù)據(jù)的傳輸速率提出了較高的要求。一般CCD輸出可以遵循RS-422、RS-644和IEEE1394等數(shù)字輸出接口標(biāo)準(zhǔn)。其中，RS-422的數(shù)據(jù)傳輸速率比較低，不能滿足大量圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅欢鳵S-644在進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須外加圖像采集卡，這樣就增加了整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)。而IEEE1394不僅能夠提供高速的數(shù)據(jù)速率，克服RS-422數(shù)據(jù)傳輸速率低的缺點(diǎn)，同時(shí)在和CCD相連的時(shí)候不需要外加圖像采集卡[2]。
??????IEEE1394,又稱(chēng)FireWire（火線），是1987年Apple公司發(fā)布的一個(gè)高速串行總線標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在1995年被電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）采納，稱(chēng)之為IEEE1394。1995年的IEEE1394-1995其數(shù)據(jù)傳輸率為100/200/400Mbps，后來(lái)其改進(jìn)版IEEE1394b的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到800Mbps,1.6Gbps及3.2Gbps。所以，IEEE1394總線是目前為止最快的串行總線[3]。IEEE1394總線具有如下特點(diǎn)：（1）數(shù)字接口：數(shù)據(jù)以數(shù)字形式傳輸，不需數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而降低了設(shè)備的復(fù)雜性，保證了信號(hào)的質(zhì)量；（2）即插即用；（3）?速度快，支持同步和異步兩種數(shù)據(jù)傳輸模式；（4）?物理體積小，制造成本低，易于安裝；（5）?價(jià)廉?；谶@些特點(diǎn)，1394被廣泛應(yīng)用于多媒體領(lǐng)域，特別是數(shù)碼攝像機(jī)。
目前，接觸最多的是對(duì)圖像采集卡的編程控制，而關(guān)于利用第二類(lèi)圖像采集設(shè)備進(jìn)行圖像采集時(shí)的編程方法介紹很少。因此，本文著重闡述在VC++平臺(tái)下應(yīng)用基于1394接口的第二類(lèi)圖像采集設(shè)備進(jìn)行圖像采集的編程過(guò)程。
1?圖像采集系統(tǒng)的硬件組成及開(kāi)發(fā)平臺(tái)
??????本文中圖像采集的硬件組成：工業(yè)數(shù)碼相機(jī)，1394b卡和PC機(jī)。在PC機(jī)主機(jī)的空余PCI插槽上安裝上系統(tǒng)所需的1394b卡，通過(guò)1394接口把相機(jī)在PC機(jī)并安裝驅(qū)動(dòng)程序，這樣，本系統(tǒng)所需要的硬件環(huán)境就完成了。
??????使用的系統(tǒng)平臺(tái)時(shí)Windows?2000，開(kāi)發(fā)環(huán)境時(shí)Microsoft?VC++6.0。
2?圖像采集的實(shí)現(xiàn)
??????圖像采集系統(tǒng)的編寫(xiě)，主要內(nèi)容包括：人機(jī)交互界面、從CCD相機(jī)接收?qǐng)D像信號(hào)并保存、圖像在采集界面顯示及對(duì)相機(jī)的控制。以下將對(duì)其逐一闡述。
2.1??建立采集界面
??????對(duì)于采集界面，可以創(chuàng)建為對(duì)話框形式，也可以采用文檔結(jié)構(gòu)，本文采用后者：
1）生成一個(gè)MFC?AppWizard（exe）多文檔應(yīng)用程序框架（應(yīng)用程序名稱(chēng)：PictureTest）。
2）連接相機(jī)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（因?yàn)橐刂葡鄼C(jī)采圖，所以會(huì)用到相機(jī)的庫(kù)函數(shù)）。找到相機(jī)安裝的目錄文件，把include文件夾的文件路徑加入到Project->Setting->C/C++->;preprocessor->Additional?include?directories的編輯框中；把lib文件夾的文件路徑加入到Project->Setting->Link->Input->Additional?library?path的編輯框中，同時(shí)在…->Input->Object/library?modules編輯框中輸入pgrflycapture.lib?pgrflycapturegui.lib。
3）包含相機(jī)控制類(lèi)的頭文件，在工程中的CPictureTestDoc.h文件中加入頭文件：
#include?
#include?
并定義共有變量：
FlyCaptureContext????context;???????//相機(jī)功能句柄
CameraGUIContext?????????????m_guicontext;??//圖形用戶界面（GUI）句柄
4）用相機(jī)采圖時(shí)，首先需要對(duì)其初始化，這部分工作我們希望在應(yīng)用程序打開(kāi)時(shí)由系統(tǒng)自己完成。在工程中的CPictureTestDoc.cpp文件中對(duì)相機(jī)進(jìn)行初始化：
首先，在構(gòu)造函數(shù)中對(duì)定義的功能句柄初始化：
????????context=NULL;???????//相機(jī)功能句柄初始化
????????m_guicontext=NULL;??//圖像用戶界面句柄初始化
然后，在OnNewDocument（）函數(shù)中連接相機(jī)并初始化：
????????flycaptureCreateContext（?&context?）;//連接相機(jī)
????????guierror=pgrcamguiCreateContext（?&m_guicontext?）;//創(chuàng)建GUI連接
????????flycaptureInitialize（?context,?_CAMERA_INDEX?）;//相機(jī)初始化
2.2??圖像抓取
??????在一些自動(dòng)化系統(tǒng)中，可能在多處用到抓圖代碼，因此為增強(qiáng)程序的可讀性，減少編程代碼，我們編寫(xiě)一個(gè)功能函數(shù)，由它來(lái)完成抓圖并保存功能，這樣在需要的時(shí)候，直接調(diào)用函數(shù)即可。在CPictureTestDoc.cpp文件中加入功能函數(shù)PictureGrab（），用它來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像抓取，其核心代碼如下：
flycaptureStart（?context,?
???FLYCAPTURE_VIDEOMODE_ANY,
???FLYCAPTURE_FRAMERATE_ANY?）;//相機(jī)開(kāi)啟，其中三個(gè)參數(shù)分別為：相機(jī)功能句柄，視頻模式，幀頻
flycaptureGrabImage2（?context,?&image?）;//抓圖，image是圖像在內(nèi)存中的存放地址
????????flycaptureConvertImage（?context,?&image,?&imageConverted?）;//圖像格式轉(zhuǎn)換，imageConverted為轉(zhuǎn)換后圖像在內(nèi)存中的地址
flycaptureSaveImage（context,&imageConverted,（"TestPicture.bmp"）,SAVE_FORMAT_C?）;//保存圖像，TestPicture.bmp為圖像保存名稱(chēng)，SAVE_FORMAT_C為圖像保存格式，即BMP格式
flycaptureStop（?context?）;//停止相機(jī)
通過(guò)上述程序抓到的圖像，保存在本工程文件夾中，這樣，在后續(xù)的圖像處理時(shí)，可以在程序中直接通過(guò)文件名訪問(wèn)圖像文件，而不需要添加路徑，簡(jiǎn)化了程序代碼。
2.3??圖像顯示
??????Windows位圖由兩種：DDB和DIB。前者依賴(lài)于設(shè)備（Device?Dependent?Bitmap），與MFC?6.0中的CBitmap類(lèi)相對(duì)應(yīng)，它們?cè)趦?nèi)存中的結(jié)構(gòu)和位置依賴(lài)于管理它們的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。DIB是一種“格式”，它可以存放在內(nèi)存中，也可以存儲(chǔ)成文件，即常見(jiàn)的BMP文件。Visual?C++的MFC中，以CBitmap類(lèi)代表DDB圖像，極大地方便了編程人員對(duì)DDB的使用。然而通常情況下，沒(méi)有人會(huì)把DDB圖像存儲(chǔ)成文件，因此我們使用更多的是DIB，遺憾的是MFC對(duì)于DIB的支持幾乎可以說(shuō)是沒(méi)有，因此在編制圖像處理的程序時(shí)，有必要設(shè)計(jì)可以重復(fù)使用的類(lèi)CDib，專(zhuān)門(mén)用來(lái)處理DIB[4]（關(guān)于CDib，讀者可以參閱相關(guān)書(shū)目，本文不再累述）。本文中，為了方便后續(xù)的圖像處理，在圖像顯示時(shí)采用類(lèi)CDib技術(shù)。因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，我們往往需要圖像的連續(xù)讀入，因此本文直接采用文件名讀入圖像，這樣可以使采集的圖像實(shí)時(shí)的顯示。

首先，定義類(lèi)CDib，并在CPictureTestDoc.h中定義共有變量：
CDib?m_dib;//CDib類(lèi)對(duì)象，用于位圖文件的讀寫(xiě)
然后，在CPictureTestDoc.cpp文件中添加功能函數(shù)：PictureRead（），在其中加入代碼：
CString?strPathName;
strPathName?=?_T（"TestPicture.bmp"）;
if?（m_dib.Read（strPathName）?==?TRUE）?
｛????????
????????????????SetModifiedFlag（FALSE）;?????//?start?off?with?unmodified
????????????????return?;
｝
并在CPictureTestView.cpp文件中的OnDraw（CDC＊?pDC）函數(shù)中，加入如下代碼：
CPictureTestDoc＊?pDoc?=?GetDocument（）;
CDib?＊pDib=pDoc->GetPDib（）;//返回m_dib的指針
CSize?sizeFileDib?=?pDib->GetDimensions（）;//獲取DIB的尺寸
pDib->Draw（pDC,?CPoint（0,?0）,?sizeFileDib）;?//顯示DIB
在OnInitialUpdate（）函數(shù)中設(shè)置滾動(dòng)窗口：
CDib?＊pDib=pDoc->GetPDib（）;//獲取DIB的指針
if（pDib!=NULL）
????SetScrollSizes（MM_TEXT,?pDib->GetDimensions（））;//根據(jù)DIB尺寸設(shè)置視窗大小
最后，添加圖像采集命令菜單，其響應(yīng)函數(shù)為：
void?CPictureTestView::OnTestStart（）?
｛
????????　　CPictureTestDoc?＊?pDoc?=?GetDocument（）;
????????　　pDoc->;pictureGrab?（）;//抓圖
????????　　pDoc->;pictureRead（）;//把圖像讀入內(nèi)存
????????　　OnInitialUpdate（）;//設(shè)置滾動(dòng)窗口
｝
編譯通過(guò)后，單擊圖像采集命令，即可實(shí)時(shí)獲取圖像。

?

2.4??相機(jī)設(shè)置
??????在圖像采集時(shí)，我們往往需要對(duì)相機(jī)的參數(shù)如圖像格式、分辨率、幀頻等進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)，為了獲取高品質(zhì)圖像，我們還需要做白平衡調(diào)節(jié)。當(dāng)然，這些參數(shù)的設(shè)定我們可以在相機(jī)初始化時(shí)由代碼實(shí)現(xiàn)，但是，在實(shí)際應(yīng)用中，為了達(dá)到最佳效果，我們需要多次調(diào)試才能達(dá)成，如果采用修改代碼的方法，調(diào)試過(guò)程會(huì)很麻煩。數(shù)碼相機(jī)一般都有設(shè)置菜單，我們要做的就是，通過(guò)代碼來(lái)調(diào)用相機(jī)的設(shè)置菜單，設(shè)置好參數(shù)后，參數(shù)會(huì)自動(dòng)保存并加載。這樣，調(diào)試的時(shí)候會(huì)方便很多。創(chuàng)建相機(jī)設(shè)置菜單命令，其響應(yīng)函數(shù)如下：
void?CPictureTestDoc::OnTestCameraset（）?
｛
????????pgrcamguiToggleSettingsWindowState（
???????m_guicontext,?AfxGetApp（）->m_pMainWnd->GetSafeHwnd（）?）;//相機(jī)設(shè)置對(duì)話框
｝

?

3?結(jié)??論
??????本文實(shí)現(xiàn)的圖像采集系統(tǒng)可通過(guò)1394接口對(duì)數(shù)碼機(jī)進(jìn)行格式/模式/幀率的設(shè)置，光學(xué)參數(shù)的設(shè)定，采集畫(huà)面的實(shí)時(shí)顯示，而且能夠?qū)z像機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，利用它可以完成一些復(fù)雜項(xiàng)目中的實(shí)時(shí)連續(xù)的圖像采集過(guò)程，如高速公路車(chē)輛和車(chē)牌的自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品外包裝檢測(cè)系統(tǒng)等，具有很大的實(shí)用性．