工业相机编程模型和流程及SDK接口使用
内容纲要：
1.工业相机编程模型和流程
2.工业相机sdk接口使用总结
3.basler pylon工业相机sdk的使用
4.pylon 以实时图像采集讲解pylonc sdk使用流程
5.关于使用维视工业相机 sdk 采集图像的问题
6.工业相机sdk之opencv二次开发
一、工业相机编程模型和流程
不同的工业相机提供不同的编程接口(sdk)，尽管不同接口不同相机间编程接口各不相同，他们实际的api结构和编程模型很相似，了解了这些再对工业相机编程就很简单了。
dma技术：
dma是一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，既不通过cpu，也不需要cpu干预。整个数据传输操作在一个称为dma控制器的控制下进行的。cpu除了在数据传输开始和结束时做一点处理外，在传输过程中cpu可以进行其他的工作。这样，在大部分时间里，cpu和输入输出都处于并行操作。因此，使整个计算机系统的效率大大提高。
对于工业相机来说，当cmos或ccd芯片曝光然后将数据转到相机缓存后，这时候dma会负责将缓存中数据保存到硬盘上指定位置，正好满足相机高速大数据的传输。一般都会使用dma来完成实时的数据采集和保存。
多数时候，dma控制器存在各种接口的图像采集卡中，包括1394/gige/usb/camera link等，这些采集卡有自己的时间控制单元完成和相机曝光的同步，并控制dma的存取行为。
工作流程：
当相机工作时，就是连续的采集-处理-采集-处理...的过程，但是这就存在一个问题，如果采集的速度比处理速度快，处理不过来，怎么办？在实际中，我们使用队列来解决这个问题，当前帧没有处理完，下一帧到来时直接放入队列等待当前处理完成后再处理它。
如下图
▼
这里使用三个队列完成采集和处理同步。
dma队列：
当cmos或ccd芯片曝光然后将数据转到相机缓存后，这时候dma会负责将缓存中数据写入到“dma队列”头buffer中。
准备队列：
一旦“dma队列”头buffer被填充完成，会被加到“准备队列”尾后，这时候会发送中断通知用户程序：当前又有一帧数据采集完成，您看着处理吧。
处理队列：
当用户接收到中断会自动跳转到中断函数中，使用getframe拿取“准备队列”头buffer，然后加到当前用户程序“处理队列”尾，用户程序从“处理队列”头拿取buffer处理完成后使用putframe将buffer再添加到原始的“dma队列”尾。
需要说明如下几点：
1.这里的初始队列为1-10,都是初始分配为dma队列的，这个内存分配和释放过程有的sdk是自己负责的，有的则需要用户自己分配和释放，sdk只负责托管使用。
2.一般最开始注册一个中断处理函数，当“准备队列”填充完成会自动跳转到中断函数中，借此完成同步操作。也可以是用户自己维护同步结构体，使用查询和等待的方式判断“准备队列”头是否填充完成，是否该用户程序获取数据和处理了。
3.如果用户处理任务非常简单，可以去掉“处理队列”，每次直接getframe->处理->putframe。如果用户处理任务比较复杂而不希望出现丢帧的现象，则需要用户使用“处理队列”来保存所有可用的buffer。
4.这里队列也只是能够解决处理速度比采集速度慢少许的情况，主要是对不同处理速度做平均来保证采集和处理同步。如果每一帧的处理时间太长，这时候“dma队列” buffer全部转移到“处理队列” buffer，就会出现异常情况，这时不同的相机会有不同的处理方法。
数据传输和显示流程
▼
如图，每个相机可能有不同的流采集器（grab streamer）或同一接口上安装了多个相机(也对应多个流采集器)，对应多个通道（channel）。对每个通道来说，在实际采集时数据传输实际上是拆分成如图的数据包(packet) rawdata形式传递的，内存中存储形式为一维数组，在每一帧图像的起始存在不同的标识表明一帧的开始和结束，每一个packet都有标识表明当前所属的通道。为了显示图像，用户程序需要重新将一维数组数据拼装成图像形式，这一过程由用户完成，通常可借助opencv或mil等图像处理包完成该操作。
编程模型和流程
对于相机来说，常见编程时我们关注三个对象——相机对象、采集对象、参数对象。
相机对象(camera object)：负责相机的连接、断开等工作。
采集对象(grab streamer)：负责相机的采集队列分配、相机单帧、连续采集。
参数对象(parameter object)：负责相机参数的设置。
不同的sdk可能安排不一样，一般来说要不是三种对象的功能合并到“相机对象”中，要不是分为三种对象，其实采集对象和参数对象都是在“相机对象”上封装而来。
通用编程流程如下图
▼
可以看到相机编程需要做三方面工作：
1.初始化操作
首先初始化相机驱动com环境，然后遍历得到当前的相机列表，根据相机id或list 编号选择对应相机。
之后连接指定相机，首先设置本次采集的相机参数(帧速、图像大小、缩放比等)，然后是分配和注册当前dma队列，这里有的是用户完成，有的是sdk完成。
之后先开启dma逻辑等待相机采图，然后使相机开始工作采图，整个系统就按照之前工作流程运作起来了，许多sdk将“开启dma”和“相机开始工作”合并为“开始采集”。
2.结束操作
先停止相机工作再关闭dma逻辑，许多sdk将“开启dma”和“相机开始工作”合并为“结束采集”。
然后清理dma队列，和分配时对应，这里有的是用户完成，有的是sdk完成。
最后断开相机并清理工作环境。
3.中断响应操作
当相机一帧采集完成后，自动跳转进入中断回调函数，这里分了两种中断回调函数。
第一种为简单的取buffer->处理->放回。
第二种结合windows的消息队列，在此处再给一个“处理队列”，给处理一个缓冲时间。
这里的处理包括常见的图像处理、计算和显示及rawdata拼装为图像等用到buffer的地方。
前面也说过，常用的是中断响应处理，除此之外，自己去查询buffer填充状态并作相关同步操作在某些场合也会用到，这个请查询不同相机sdk给出的同步方案。
差不多所有的工业相机sdk都是这样的编程模型和流程，avt 1394相机和basler camera link相机和avt gige相机相关代码在笔者网站可下载，还有之前讲的basler pylon sdk相机编程，他们基本流程都是一样，恕不详述！
二、 工业相机sdk接口使用总结
相机调用 ：
我们利用相机采集图像，首先要对相机进行相关参数设置及控制，这需要对相机的sdk包比较了解，一般相机厂家都会提供相机sdk，其中包含用户手册和调用demo，这些都大大降低了调用门槛，提高了二次开发用户的效率。目前用过balser、海康、大华等相机，其实都是一个套路，都是按照下面几个步骤进行的。
1）枚举设备
2）创建句柄
3）打开设备
4）开始抓图
5）获取一帧并保存图像
6）停止抓图
7）关闭设备
8）销毁句柄
相机同步：
若是开发过程中用到双目或者多目的话，则需要外接同步触发器或者外部触发信号，通过相机同步触发线来实现同步问题。以实际应用过的basler aca1300-200uc为例，其相机同步触发线具体类型如下：
1 -—— +12 vdc 红
2 —— i/o input 1 黄
3 —— vcc(加电阻） 蓝
4 —— i/o out 1 绿
6 —— dccam power gnd 黑
0000—— i/o gnd 白
三、 basler pylon工业相机sdk的使用
pylon库有c++ .net等各种封装版本，一般用c++版本，功能全面效率高，但对于不同接口(gige usb3.0 cameralink)的相机必须对应使用不同的类，之间不能通用。
基于genapi通用相机抽象接口使用的是node结构，以字符串形式访问相机参数，可以统一管理不同接口类型的相机。但效率低，使用不方便。
pylon高层用c++封装，形成本地相机对象
如何管理多个相机，最靠谱的方法是按相机id标定顺序，需要读一个配置文件，比如xml或json，然而一开始不知道id，需要先列举出来。
四、pylon 以实时图像采集讲解pylonc sdk使用流程
一般的对于提供硬件编程来说，硬件生产厂家都会提供好sdk使用的手册和实例。手册中一般包括安装和配置流程，一些基本概念的介绍，sdk每个函数使用，sdk使用流程和实例(有些硬件实例直接写在手册中，有些会以单独文件存在，还有的两者皆有)。对于上位机软件开发人员来说拿到一个硬件上位机编程任务。
首先应该阅读了解其sdk概念，再按照其介绍的sdk开发流程阅读其提供的实例，修改相应的实例为自己所用，有不懂的函数查询一下其用法即可。有些开发人员习惯性的去记其api，这是费时费力的做法，并不推荐。下面主要以实时图像采集讲解basler相机的pylonc sdk的使用流程。
pylonc sdk的使用的总体流程图如下
▼
下面是其中对于不同的工作要求，加载相机对象和卸载相机对象是通用的。而要使用其他模块，如事件对象时，相应的改为加载事件对象和卸载事件对象，以及使用事件对象完成相关任务即可。编程时一定要对整个流程做好规划，特别是硬件编程时一定留意内存泄露，前面分配的资源一定要在后面释放。
下面是五个大流程的详细解析，需要的地方已经加以说明，并注解了需要用到的函数
加载相机对象：
卸载相机对象：
加载数据流抓取对象：
卸载数据流抓取对象：
单帧或连续抓图过程：
按照以上介绍的流程即可实现实时图像采集：
在工业控制当中，用到basler工业相机sdk编程，主要是使用c或者c++，当项目庞大时，又需要良好的用户界面，用c++是不错的选择。
以实例和看过的一些参照讲讲pyloncppsdk使用流程。
首先，同c一样，这里给出一个bolg链接，写的不错，即上面文大侠这篇http://blog.csdn.net/wenzhou1219/article/details/7543420。
从中我们知道，总的开发流程图如下
▼
那么，用c++开发也大抵如此。
这里我们看一个basler的cpp sample：
把这个和上面的流程图对比理解，再看看文档和sdk的结构，理解起来就容易多了。
五、关于使用维视工业相机 sdk 采集图像的问题
问：最近一直在研究怎么用相机的sdk采集图像且能实时采集。用的维视mv-1300uc，它提供了demo，还有说明文档（一些函数的定义），我发现例子里面没有给出类，就直接定义类中的函数，看不明白。有开发经验的老师吗？给点指导，自己一个人学习一点进展也没有，谢谢！
答：
引用
工业相机的sdk，为了通用性应该提供的是c接口
既然如此，例子中的类应该就只限那个例子有效，并不是使用该相机必须的
只要你看懂了每个函数的功能，用不着照抄例子中使用的类
有包含文件（.h）和静态链接库（.lib）我看了例子都没有看到主函数基本都是void 类名::函数名（）{ }这种形式。
所以说你的问题在于看不懂例程，而不是看不懂相机开发包
一般工控领域提供的例程都是mfc程序，你到里面找main函数当然找不到
问：哦，这样啊，老师你有这方面的经验吗?这个东西我都弄了两周了，还是无从下手，难怪我还一直找主函数。给的说明文档我都看了好几遍了，感觉例子里面用到的也不多，自己想把里面的函数单独拿出来来实现功能，参数经常发生错误。
答：你说的这款相机我没用过。
建议你简单学习一下mfc。工控方面的编程用mfc比较多，毕竟搞工控的都不是专业程序员，没精力去专研那些复杂先进的软件技术，mfc算是最普及最简单的图形界面库了。
相机的话，应该是程序启动时【open】，关闭时【close】，采集图像前需要【设置采集参数】，采集单幅图像可以随时【采集】，采集连续图像的话需要【start】和【stop】，start前要【设置连续采集参数】大多还需要【设置回调函数】。你可以去找这些功能的函数以及它们在例程中的位置和用法，配合mfc简单编程的学习，应该能快一点上手吧。
转自：csdn论坛
六、工业相机sdk之opencv二次开发
做视觉的第一步是选好相机镜头等硬件设备，接下来就是将自己开发的算法在硬件上实现。我最近做一个项目，实现了一下opencv在相机sdk上的运用，下面小结一下具体实现步骤.
1. 安装相机自带的驱动和sdk开发包；
2. 用vs2010新建一个工程，配置好sdk的动态链接库（或者静态），具体动态链接库的使用可参见孙鑫的那本书，这里不多说；
3. 条用sdk开发包中的函数建立相机和pc机件的链接；
4. 建立视频流数据，设立一个回调函数（具体参见各sdk），并将数据拷贝到mat中的data中；
5. 有了opencv中的mat数据结构，接下来就可以实现我们的各种算法了。
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一、工业相机编程模型和流程
不同的工业相机提供不同的编程接口(sdk)，尽管不同接口不同相机间编程接口各不相同，他们实际的api结构和编程模型很相似，了解了这些再对工业相机编程就很简单了。
dma技术：
dma是一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，既不通过cpu，也不需要cpu干预。整个数据传输操作在一个称为dma控制器的控制下进行的。cpu除了在数据传输开始和结束时做一点处理外，在传输过程中cpu可以进行其他的工作。这样，在大部分时间里，cpu和输入输出都处于并行操作。因此，使整个计算机系统的效率大大提高。
对于工业相机来说，当cmos或ccd芯片曝光然后将数据转到相机缓存后，这时候dma会负责将缓存中数据保存到硬盘上指定位置，正好满足相机高速大数据的传输。一般都会使用dma来完成实时的数据采集和保存。
多数时候，dma控制器存在各种接口的图像采集卡中，包括1394/gige/usb/camera link等，这些采集卡有自己的时间控制单元完成和相机曝光的同步，并控制dma的存取行为。
工作流程：
当相机工作时，就是连续的采集-处理-采集-处理...的过程，但是这就存在一个问题，如果采集的速度比处理速度快，处理不过来，怎么办？在实际中，我们使用队列来解决这个问题，当前帧没有处理完，下一帧到来时直接放入队列等待当前处理完成后再处理它。
如下图
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这里使用三个队列完成采集和处理同步。
dma队列：
当cmos或ccd芯片曝光然后将数据转到相机缓存后，这时候dma会负责将缓存中数据写入到“dma队列”头buffer中。
准备队列：
一旦“dma队列”头buffer被填充完成，会被加到“准备队列”尾后，这时候会发送中断通知用户程序：当前又有一帧数据采集完成，您看着处理吧。
处理队列：
当用户接收到中断会自动跳转到中断函数中，使用getframe拿取“准备队列”头buffer，然后加到当前用户程序“处理队列”尾，用户程序从“处理队列”头拿取buffer处理完成后使用putframe将buffer再添加到原始的“dma队列”尾。
需要说明如下几点：
1.这里的初始队列为1-10,都是初始分配为dma队列的，这个内存分配和释放过程有的sdk是自己负责的，有的则需要用户自己分配和释放，sdk只负责托管使用。
2.一般最开始注册一个中断处理函数，当“准备队列”填充完成会自动跳转到中断函数中，借此完成同步操作。也可以是用户自己维护同步结构体，使用查询和等待的方式判断“准备队列”头是否填充完成，是否该用户程序获取数据和处理了。
3.如果用户处理任务非常简单，可以去掉“处理队列”，每次直接getframe->处理->putframe。如果用户处理任务比较复杂而不希望出现丢帧的现象，则需要用户使用“处理队列”来保存所有可用的buffer。
4.这里队列也只是能够解决处理速度比采集速度慢少许的情况，主要是对不同处理速度做平均来保证采集和处理同步。如果每一帧的处理时间太长，这时候“dma队列” buffer全部转移到“处理队列” buffer，就会出现异常情况，这时不同的相机会有不同的处理方法。
数据传输和显示流程
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如图，每个相机可能有不同的流采集器（grab streamer）或同一接口上安装了多个相机(也对应多个流采集器)，对应多个通道（channel）。对每个通道来说，在实际采集时数据传输实际上是拆分成如图的数据包(packet) rawdata形式传递的，内存中存储形式为一维数组，在每一帧图像的起始存在不同的标识表明一帧的开始和结束，每一个packet都有标识表明当前所属的通道。为了显示图像，用户程序需要重新将一维数组数据拼装成图像形式，这一过程由用户完成，通常可借助opencv或mil等图像处理包完成该操作。
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▼
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1.初始化操作
首先初始化相机驱动com环境，然后遍历得到当前的相机列表，根据相机id或list 编号选择对应相机。
之后连接指定相机，首先设置本次采集的相机参数(帧速、图像大小、缩放比等)，然后是分配和注册当前dma队列，这里有的是用户完成，有的是sdk完成。
之后先开启dma逻辑等待相机采图，然后使相机开始工作采图，整个系统就按照之前工作流程运作起来了，许多sdk将“开启dma”和“相机开始工作”合并为“开始采集”。
2.结束操作
先停止相机工作再关闭dma逻辑，许多sdk将“开启dma”和“相机开始工作”合并为“结束采集”。
然后清理dma队列，和分配时对应，这里有的是用户完成，有的是sdk完成。
最后断开相机并清理工作环境。
3.中断响应操作
当相机一帧采集完成后，自动跳转进入中断回调函数，这里分了两种中断回调函数。
第一种为简单的取buffer->处理->放回。
第二种结合windows的消息队列，在此处再给一个“处理队列”，给处理一个缓冲时间。
这里的处理包括常见的图像处理、计算和显示及rawdata拼装为图像等用到buffer的地方。
前面也说过，常用的是中断响应处理，除此之外，自己去查询buffer填充状态并作相关同步操作在某些场合也会用到，这个请查询不同相机sdk给出的同步方案。
差不多所有的工业相机sdk都是这样的编程模型和流程，avt 1394相机和basler camera link相机和avt gige相机相关代码在笔者网站可下载，还有之前讲的basler pylon sdk相机编程，他们基本流程都是一样，恕不详述！
二、 工业相机sdk接口使用总结
相机调用 ：
我们利用相机采集图像，首先要对相机进行相关参数设置及控制，这需要对相机的sdk包比较了解，一般相机厂家都会提供相机sdk，其中包含用户手册和调用demo，这些都大大降低了调用门槛，提高了二次开发用户的效率。目前用过balser、海康、大华等相机，其实都是一个套路，都是按照下面几个步骤进行的。
1）枚举设备
2）创建句柄
3）打开设备
4）开始抓图
5）获取一帧并保存图像
6）停止抓图
7）关闭设备
8）销毁句柄
相机同步：
若是开发过程中用到双目或者多目的话，则需要外接同步触发器或者外部触发信号，通过相机同步触发线来实现同步问题。以实际应用过的basler aca1300-200uc为例，其相机同步触发线具体类型如下：
1 -—— +12 vdc 红
2 —— i/o input 1 黄
3 —— vcc(加电阻） 蓝
4 —— i/o out 1 绿
6 —— dccam power gnd 黑
0000—— i/o gnd 白
三、 basler pylon工业相机sdk的使用
pylon库有c++ .net等各种封装版本，一般用c++版本，功能全面效率高，但对于不同接口(gige usb3.0 cameralink)的相机必须对应使用不同的类，之间不能通用。
基于genapi通用相机抽象接口使用的是node结构，以字符串形式访问相机参数，可以统一管理不同接口类型的相机。但效率低，使用不方便。
pylon高层用c++封装，形成本地相机对象
如何管理多个相机，最靠谱的方法是按相机id标定顺序，需要读一个配置文件，比如xml或json，然而一开始不知道id，需要先列举出来。
四、pylon 以实时图像采集讲解pylonc sdk使用流程
一般的对于提供硬件编程来说，硬件生产厂家都会提供好sdk使用的手册和实例。手册中一般包括安装和配置流程，一些基本概念的介绍，sdk每个函数使用，sdk使用流程和实例(有些硬件实例直接写在手册中，有些会以单独文件存在，还有的两者皆有)。对于上位机软件开发人员来说拿到一个硬件上位机编程任务。
首先应该阅读了解其sdk概念，再按照其介绍的sdk开发流程阅读其提供的实例，修改相应的实例为自己所用，有不懂的函数查询一下其用法即可。有些开发人员习惯性的去记其api，这是费时费力的做法，并不推荐。下面主要以实时图像采集讲解basler相机的pylonc sdk的使用流程。
pylonc sdk的使用的总体流程图如下
▼
下面是其中对于不同的工作要求，加载相机对象和卸载相机对象是通用的。而要使用其他模块，如事件对象时，相应的改为加载事件对象和卸载事件对象，以及使用事件对象完成相关任务即可。编程时一定要对整个流程做好规划，特别是硬件编程时一定留意内存泄露，前面分配的资源一定要在后面释放。
下面是五个大流程的详细解析，需要的地方已经加以说明，并注解了需要用到的函数
加载相机对象：
卸载相机对象：
加载数据流抓取对象：
卸载数据流抓取对象：
单帧或连续抓图过程：
按照以上介绍的流程即可实现实时图像采集：
在工业控制当中，用到basler工业相机sdk编程，主要是使用c或者c++，当项目庞大时，又需要良好的用户界面，用c++是不错的选择。
以实例和看过的一些参照讲讲pyloncppsdk使用流程。
首先，同c一样，这里给出一个bolg链接，写的不错，即上面文大侠这篇http://blog.csdn.net/wenzhou1219/article/details/7543420。
从中我们知道，总的开发流程图如下
▼
那么，用c++开发也大抵如此。
这里我们看一个basler的cpp sample：
把这个和上面的流程图对比理解，再看看文档和sdk的结构，理解起来就容易多了。
五、关于使用维视工业相机 sdk 采集图像的问题
问：最近一直在研究怎么用相机的sdk采集图像且能实时采集。用的维视mv-1300uc，它提供了demo，还有说明文档（一些函数的定义），我发现例子里面没有给出类，就直接定义类中的函数，看不明白。有开发经验的老师吗？给点指导，自己一个人学习一点进展也没有，谢谢！
答：
引用
工业相机的sdk，为了通用性应该提供的是c接口
既然如此，例子中的类应该就只限那个例子有效，并不是使用该相机必须的
只要你看懂了每个函数的功能，用不着照抄例子中使用的类
有包含文件（.h）和静态链接库（.lib）我看了例子都没有看到主函数基本都是void 类名::函数名（）{ }这种形式。
所以说你的问题在于看不懂例程，而不是看不懂相机开发包
一般工控领域提供的例程都是mfc程序，你到里面找main函数当然找不到
问：哦，这样啊，老师你有这方面的经验吗?这个东西我都弄了两周了，还是无从下手，难怪我还一直找主函数。给的说明文档我都看了好几遍了，感觉例子里面用到的也不多，自己想把里面的函数单独拿出来来实现功能，参数经常发生错误。
答：你说的这款相机我没用过。
建议你简单学习一下mfc。工控方面的编程用mfc比较多，毕竟搞工控的都不是专业程序员，没精力去专研那些复杂先进的软件技术，mfc算是最普及最简单的图形界面库了。
相机的话，应该是程序启动时【open】，关闭时【close】，采集图像前需要【设置采集参数】，采集单幅图像可以随时【采集】，采集连续图像的话需要【start】和【stop】，start前要【设置连续采集参数】大多还需要【设置回调函数】。你可以去找这些功能的函数以及它们在例程中的位置和用法，配合mfc简单编程的学习，应该能快一点上手吧。
转自：csdn论坛
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做视觉的第一步是选好相机镜头等硬件设备，接下来就是将自己开发的算法在硬件上实现。我最近做一个项目，实现了一下opencv在相机sdk上的运用，下面小结一下具体实现步骤.
1. 安装相机自带的驱动和sdk开发包；
2. 用vs2010新建一个工程，配置好sdk的动态链接库（或者静态），具体动态链接库的使用可参见孙鑫的那本书，这里不多说；
3. 条用sdk开发包中的函数建立相机和pc机件的链接；
4. 建立视频流数据，设立一个回调函数（具体参见各sdk），并将数据拷贝到mat中的data中；
5. 有了opencv中的mat数据结构，接下来就可以实现我们的各种算法了。
芯动神州发布DAC2163LFP-500高速DAC芯片
电容器充电器的制作教程
详解计算机缓存Cache以及Cache Line
5G智慧医疗未来的发展会是怎样的
制造行业应该怎样从生成式AI这项新兴技术中获益呢？
工业相机编程模型和流程及SDK接口使用
在STM32平台上实现基于汽车音频总线的解决方案
区域水稻田土壤－作物系统重金属污染高光谱遥感定量估测
中频炉有源滤波器怎么选择
硅基量子点激光器与硅波导单片集成进展
EMC滤波知多少
如何提升介质厚度匹准度来满足阻抗设计要求
利用CPLD器件和微处理器实现I2C总线控制器的应用方案
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如何实现PCB过孔设计？
鸿蒙os系统有什么特点
长虹CN-9机型的电容通病
中京电子预计2023年亏损1.1亿至1.2亿，同比大幅收窄
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