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[導(dǎo)讀] 本文實現(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,采集畫面的實時顯示,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)雜項目中的實時連續(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,具有很大的實用性

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:
1)由CCD攝像頭、圖像采集卡和計算機(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格昂貴,同時由于需求不同,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、高性價比等特點受到人們的廣泛關(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,因為是CCD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,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,必須外加圖像采集卡,這樣就增加了整個系統(tǒng)的造價。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,同時在和CCD相連的時候不需要外加圖像采集卡[2]。
      IEEE1394,又稱FireWire(火線),是1987年Apple公司發(fā)布的一個高速串行總線標(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:(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) 價廉?;谶@些特點,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Windows 2000,開發(fā)環(huán)境時Microsoft VC++6.0。
2 圖像采集的實現(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(因為要控制相機(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 <pgrflycapture.h>
#include <pgrcameragui.h>
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,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,我們編寫一個功能函數(shù),由它來完成抓圖并保存功能,這樣在需要的時候,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,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,有必要設(shè)計可以重復(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,在圖像顯示時采用類CDib技術(shù)。因為在實際應(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時的顯示。[!--empirenews.page--]
      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,即可實時獲取圖像。

圖1 圖像采集實例
Fig.1 The example of image acquisition

2.4  相機(jī)設(shè)置
      在圖像采集時,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,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)初始化時由代碼實現(xiàn),但是,在實際應(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
Fig.2 Fig. 4.2 Interface for setting the parameter of the camera

3 結(jié)  論
      本文實現(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,采集畫面的實時顯示,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)雜項目中的實時連續(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,具有很大的實用性.
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