C/C++实战——基于Qt框架和visual studio的海康相机SDK二次开发_海康工业相机二次开发

        最近在进行机器视觉系统的搭建，积累了经验，想和大家讨论、互相学习。相机是图像的来源。为了搭建视觉系统，完成图像分析、机器视觉任务，需要编程控制相机按工作所需的曝光、增益和帧率同步采集和存储图像。工业相机通常支持C/C++程序进行控制，提供了SDK(Software Development Kit)。这些SDK包括对相机进行基本控制的函数，利用这些函数，就可以控制相机参数（如曝光时间、增益、帧率、像素格式），满足视觉系统任务需求。

1.1相机选型

        工业相机分为彩色工业(CCD芯片)相机和黑白工业相机(CMOS芯片)。芯片的三个关键参数是：靶面尺寸(感光芯片的尺寸)、分辨率（图像宽高）和像元大小。在同样的镜头焦距和同样的靶面尺寸下，分辨率越高，图像的物面分辨率就越高。相同的价格下黑白工业相机的分辨率更高、噪声更小图像处理更简单，适合用于视觉测量、工业视觉等任务场景；彩色相机能获取的信息则更为丰富，适用于人脸检测、物体识别等任务。

        另外选择相机还需要注意其数据传输方式，一般有Gige和usb3.0两种。Gige数据传输更稳定，usb3.0传输速度更快。

1.2相机SDK

        我参与的项目采用的是海康MV-023-10UM相机，相机分辨率230万，像元尺寸5.86um。首先下载海康SDK。https://www.hikrobotics.com/cn/machinevision/service/download?module=0。下载机器视觉工业相机客户端MVS。建议默认安装路径安装。安装好后打开下面的文件夹，这里就是海康相机的软件开发包了。

         Includes文件夹下就是SDK的头文件，包括了用户可以使用的函数和变量的声明。Libraries文件夹下是静态链接库，内容应该是头文件里声明的函数的定义。Samples目录下就是二次开发示例。

我用的是VS2015，打开这个sample进行解读。因为在C盘下，所以需要给权限运行。如图选择使用不同的凭据重新启动此应用程序。 

 跑起来后可以看到一个的界面。可以打和初始化相机。

 

        这是一个基于MFC框架的界面程序，需要了解的实际上只有三组文件(或者说三路文件)。一是MvCameraControl.h和MvErrorDefine.h和PixelType.h和CameraParams.h这几个文件就是前面的SDK的include里的头文件；二是MvCamera.h和MvCamera.cpp这是海康对SDK里的API和变量进行的二次封装，方便用户使用；三是BasicDemoDlg.h和BasicDemo.cpp，这是这个界面应用程序的主体。其他的则是一些资源文件和系统文件。因此，只要了解了海康二次开发的内容和界面程序的内容，就可以照猫画虎进行二次开发了。可以将这个demo划为3个层次

        这里还需要借助海康给出的二次开发文档，这里面有相机工作的方式和流程，以及SDK里API的说明。

 首先看MvCamera.h

/************************************************************************/
/* 以C++接口为基础，对常用函数进行二次封装，方便用户使用                */
/************************************************************************/
 
class CMvCamera
{
public:
    CMvCamera();
    ~CMvCamera();
    // ch:获取SDK版本号 | en:Get SDK Version
    static int GetSDKVersion();
    // ch:枚举设备 | en:Enumerate Device
    static int EnumDevices(unsigned int nTLayerType, MV_CC_DEVICE_INFO_LIST* pstDevList);
    // ch:判断设备是否可达 | en:Is the device accessible
    static bool IsDeviceAccessible(MV_CC_DEVICE_INFO* pstDevInfo, unsigned int nAccessMode);
    // ch:打开设备 | en:Open Device
    int Open(MV_CC_DEVICE_INFO* pstDeviceInfo);
    // ch:关闭设备 | en:Close Device
    int Close();
    // ch:判断相机是否处于连接状态 | en:Is The Device Connected
    bool IsDeviceConnected();
   /**********这里博主略了很多内容，细节大家可以看自己SDK里的文档****************/
/**********这里博主略了很多内容，细节大家可以看自己SDK里的文档****************/
/**********这里博主略了很多内容，细节大家可以看自己SDK里的文档****************/
/**********这里博主略了很多内容，细节大家可以看自己SDK里的文档****************/
/**********这里博主略了很多内容，细节大家可以看自己SDK里的文档****************/
    // ch:保存图片 | en:save image
    int SaveImage(MV_SAVE_IMAGE_PARAM_EX* pstParam);
    // ch:保存图片为文件 | en:Save the image as a file
    int SaveImageToFile(MV_SAVE_IMG_TO_FILE_PARAM* pstParam);
private:
    void*               m_hDevHandle;
};

        可以看到，这个类里只有一个句柄和一系列和相机控制相关的函数。那么可以推测，相机(一个或许多个)可以通过实例化这个CMvCamera类的对象就可以对相机进行控制了。

再看BasicDemoDlg.h

class CBasicDemoDlg : public CDialog
{
// Construction
public:
	CBasicDemoDlg(CWnd* pParent = NULL);	// Standard constructor
 
    // Dialog Data
	enum { IDD = IDD_BasicDemo_DIALOG };
 
	protected:
	virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX);	// DDX/DDV support
 
// Implementation
protected:
	HICON m_hIcon;
 
	// Generated message map functions
	virtual BOOL OnInitDialog();
	afx_msg void OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam);
	afx_msg void OnPaint();
	afx_msg HCURSOR OnQueryDragIcon();
	DECLARE_MESSAGE_MAP()
 
/*ch:控件对应变量 | en:Control corresponding variable*/
private:
    BOOL                    m_bSoftWareTriggerCheck;
    double                  m_dExposureEdit;
    double                  m_dGainEdit;
    double                  m_dFrameRateEdit;   
 
    CComboBox               m_ctrlDeviceCombo;                // ch:枚举到的设备 | en:Enumerated device
    int                     m_nDeviceCombo;
 
private:
    /*ch:最开始时的窗口初始化 | en:Window initialization*/
    void DisplayWindowInitial();
 
    void EnableControls(BOOL bIsCameraReady);
    void ShowErrorMsg(CString csMessage, int nErrorNum);
 
    int SetTriggerMode();                // ch:设置触发模式 | en:Set Trigger Mode
    int GetTriggerMode();
    int GetExposureTime();               // ch:设置曝光时间 | en:Set Exposure Time
    int SetExposureTime(); 
    int GetGain();                       // ch:设置增益 | en:Set Gain
    int SetGain();
    int GetFrameRate();                  // ch:设置帧率 | en:Set Frame Rate
    int SetFrameRate();
    int GetTriggerSource();              // ch:设置触发源 | en:Set Trigger Source
    int SetTriggerSource();
 
    int CloseDevice();                   // ch:关闭设备 | en:Close Device
    int SaveImage(MV_SAVE_IAMGE_TYPE enSaveImageType);                     // ch:保存图片 | en:Save Image
 
    // ch:去除自定义的像素格式 | en:Remove custom pixel formats
    bool RemoveCustomPixelFormats(enum MvGvspPixelType enPixelFormat);
 
private:
    BOOL                    m_bOpenDevice;                        // ch:是否打开设备 | en:Whether to open device
    BOOL                    m_bStartGrabbing;                     // ch:是否开始抓图 | en:Whether to start grabbing
    int                     m_nTriggerMode;                       // ch:触发模式 | en:Trigger Mode
    int                     m_nTriggerSource;                     // ch:触发源 | en:Trigger Source
 
    CMvCamera*              m_pcMyCamera;               // ch:CMyCamera封装了常用接口 | en:CMyCamera packed commonly used interface
    HWND                    m_hwndDisplay;                        // ch:显示句柄 | en:Display Handle
    MV_CC_DEVICE_INFO_LIST  m_stDevList;         
 
    CRITICAL_SECTION        m_hSaveImageMux;
    unsigned char*          m_pSaveImageBuf;
    unsigned int            m_nSaveImageBufSize;
    MV_FRAME_OUT_INFO_EX    m_stImageInfo;
 
    void*                   m_hGrabThread;              // ch:取流线程句柄 | en:Grab thread handle
    BOOL                    m_bThreadState;
 
public:
    /*ch:初始化 | en:Initialization*/
    afx_msg void OnBnClickedEnumButton();               // ch:查找设备 | en:Find Devices
    afx_msg void OnBnClickedOpenButton();               // ch:打开设备 | en:Open Devices
    afx_msg void OnBnClickedCloseButton();              // ch:关闭设备 | en:Close Devices
   
    /*ch:图像采集 | en:Image Acquisition*/
    afx_msg void OnBnClickedContinusModeRadio();        // ch:连续模式 | en:Continus Mode
    afx_msg void OnBnClickedTriggerModeRadio();         // ch:触发模式 | en:Trigger Mode
    afx_msg void OnBnClickedStartGrabbingButton();      // ch:开始采集 | en:Start Grabbing
    afx_msg void OnBnClickedStopGrabbingButton();       // ch:结束采集 | en:Stop Grabbing
    afx_msg void OnBnClickedSoftwareTriggerCheck();     // ch:软触发 | en:Software Trigger
    afx_msg void OnBnClickedSoftwareOnceButton();       // ch:软触发一次 | en:Software Trigger Execute Once
  
    /*ch:图像保存 | en:Image Save*/
    afx_msg void OnBnClickedSaveBmpButton();            // ch:保存bmp | en:Save bmp
    afx_msg void OnBnClickedSaveJpgButton();            // ch:保存jpg | en:Save jpg
    afx_msg void OnBnClickedSaveTiffButton();
    afx_msg void OnBnClickedSavePngButton();
  
    /*ch:参数设置获取 | en:Parameters Get and Set*/
    afx_msg void OnBnClickedGetParameterButton();       // ch:获取参数 | en:Get Parameter
    afx_msg void OnBnClickedSetParameterButton();       // ch:设置参数 | en:Exit from upper right corner
  
    afx_msg void OnClose();
 
    virtual BOOL PreTranslateMessage(MSG* pMsg);
    int GrabThreadProcess();
 
};

        这个文件里需要掌握的其实也只有三块：1.public函数：典型的是OnBnClicked开头的一系列函数。这些函数与界面上的按钮相对应，可以在资源文件里，点击按钮看到。比如开始采集，对应着OnBnClickedStartGrabbingButton函数。这类函数就是用户发出指令的。用户需要发出怎样指令，看到怎样的效果，这里就需要编写对应的函数。

 2.private函数：比如SetParams等等。这些是相机和程序交互的函数。

3.private变量：包括相机对象和相机参数。比如  CMvCamera*              m_pcMyCamera; 这就是要实例化的相机对象。

        进一步将程序跑起来，连上相机，结合开发文档。可以了解到整个程序的流程应如下

1.3 相机预览多线程

        整个程序中比较复杂的结构是相机图像的预览。直观地：就是相机不断取流的时候，显示器不断地展示相机拍摄到的图片。首先，程序肯定有循环，不断地取得相机数据。第二，程序需要保持与用户交互，不断显示图片，还能允许用户发送控制指令。第二点就是界面程序的本身任务，界面程序在一个线程里保持与用户交互；因此，还需要一个线程去不断获取相机的图像数据。

        

进行详细的代码解读（沿着打开预览的按钮的函数一直看下去）：

在BasicDemoDlg.h声明了线程对象：

  void*                   m_hGrabThread;              // ch:取流线程句柄 | en:Grab threadhandle

 在BasicDemoDlg.h声明了取流函数：

  int GrabThreadProcess();

观察其定义，确实是循环在取流：

int CBasicDemoDlg::GrabThreadProcess()
{
    MV_FRAME_OUT stImageInfo = {0};
    MV_DISPLAY_FRAME_INFO stDisplayInfo = {0};
    int nRet = MV_OK;
 
    while(m_bThreadState)
    {
        nRet = m_pcMyCamera->GetImageBuffer(&stImageInfo, 1000);
        if (nRet == MV_OK)
        {
            /*********/
        }
        else
        {
            if (MV_TRIGGER_MODE_ON ==  m_nTriggerMode)
            {
                Sleep(5);
            }
        }
    }
 
    return MV_OK;
}

还需要一个函数，决定线程的启动：

unsigned int __stdcall GrabThread(void* pUser)
{
    if (pUser)
    {
        CBasicDemoDlg* pCam = (CBasicDemoDlg*)pUser;
 
        pCam->GrabThreadProcess();
        
        return 0;
    }
 
    return -1;
}

 观察上面函数GrabThread是如何被调用的：

  m_hGrabThread = (void*)_beginthreadex( NULL , 0 , GrabThread , this, 0 , &nThreadID );

注册回调函数的形式启动多线程。线程执行GrabThread，函数调用的是this，而this在线程里被同类的另一对象指向。也就是说，通过子线程里界面对象指针指向主线程的界面对象，从而实现子线程和主线程共同控制相机，完成不同的任务 。

        还需注意合适的位置加锁：

 2.基于Qt双相机控制

        采用Qt开发界面程序更加简单方便，因此这里用Qt进行双目相机控制界面程序开发。

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