運(yùn)用1394總線解決復(fù)雜的實(shí)時(shí)連續(xù)的圖像采集過程

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：

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傳來的模擬圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號并傳送給計(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)字圖像信號通過端口傳送給計(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，但是，性能較好的采集卡價(jià)格昂貴，同時(shí)由于需求不同，常常需要對采集卡進(jìn)行二次開發(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，因此在二次開發(fā)時(shí)對開發(fā)人員的專業(yè)素質(zhì)要求較高。近年來隨著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。

對于第二類圖像采集設(shè)備，因?yàn)槭荂CD相機(jī)直接提供數(shù)字信號，因此可以獲得高品質(zhì)的圖像，但同時(shí)，也對圖像數(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?；而RS-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。

IEEE1394，又稱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（IEEE）采納，稱之為IEEE1394。1995年的IEEE1394-1995其數(shù)據(jù)傳輸率為100/200/400Mbps，后來其改進(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，接觸最多的是對圖像采集卡的編程控制，而關(guān)于利用第二類圖像采集設(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++平臺下應(yīng)用基于1394接口的第二類圖像采集設(shè)備進(jìn)行圖像采集的編程過程。

1 圖像采集系統(tǒng)的硬件組成及開發(fā)平臺

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1394接口把相機(jī)在PC機(jī)并安裝驅(qū)動程序，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)平臺時(shí)Windows 2000，開發(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，主要內(nèi)容包括：人機(jī)交互界面、從CCD相機(jī)接收圖像信號并保存、圖像在采集界面顯示及對相機(jī)的控制。以下將對其逐一闡述。

2.1 建立采集界面

對于采集界面，可以創(chuàng)建為對話框形式，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：PictureTest）。

2）連接相機(jī)的動態(tài)鏈接庫（因?yàn)橐刂葡鄼C(jī)采圖，所以會用到相機(jī)的庫函數(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)，首先需要對其初始化，這部分工作我們希望在應(yīng)用程序打開時(shí)由系統(tǒng)自己完成。在工程中的CPictureTestDoc.cpp文件中對相機(jī)進(jìn)行初始化：

首先，在構(gòu)造函數(shù)中對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，我們編寫一個(gè)功能函數(shù)，由它來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，SAVE_FORMAT_C為圖像保存格式，即BMP格式

flycaptureStop（ context ）;//停止相機(jī)

通過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文件名訪問圖像文件，而不需要添加路徑，簡化了程序代碼。

2.3 圖像顯示

Windows位圖由兩種：DDB和DIB。前者依賴于設(shè)備（Device Dependent Bitmap），與MFC 6.0中的CBitmap類相對應(yīng)，它們在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)和位置依賴于管理它們的設(shè)備驅(qū)動。DIB是一種“格式”，它可以存放在內(nèi)存中，也可以存儲成文件，即常見的BMP文件。Visual C++的MFC中，以CBitmap類代表DDB圖像，極大地方便了編程人員對DDB的使用。然而通常情況下，沒有人會把DDB圖像存儲成文件，因此我們使用更多的是DIB，遺憾的是MFC對于DIB的支持幾乎可以說是沒有，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CDib，專門用來處理DIB［4］（關(guān)于CDib，讀者可以參閱相關(guān)書目，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CDib，并在CPictureTestDoc.h中定義共有變量：

CDib m_dib;//CDib類對象，用于位圖文件的讀寫

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)置滾動窗口

｝

編譯通過后，單擊圖像采集命令，即可實(shí)時(shí)獲取圖像。

圖1 圖像采集實(shí)例

2.4 相機(jī)設(shè)置

在圖像采集時(shí)，我們往往需要對相機(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)試過程會很麻煩。數(shù)碼相機(jī)一般都有設(shè)置菜單，我們要做的就是，通過代碼來調(diào)用相機(jī)的設(shè)置菜單，設(shè)置好參數(shù)后，參數(shù)會自動保存并加載。這樣，調(diào)試的時(shí)候會方便很多。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)置對話框

｝

圖2 相機(jī)參數(shù)設(shè)置界面

3 結(jié) 論

本文實(shí)現(xiàn)的圖像采集系統(tǒng)可通過1394接口對數(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，采集畫面的實(shí)時(shí)顯示，而且能夠?qū)z像機(jī)進(jìn)行自動控制，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)的圖像采集過程，如高速公路車輛和車牌的自動識別管理系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品外包裝檢測系統(tǒng)等，具有很大的實(shí)用性。