【重明】机器视觉QT/C++实现工业相机二次开发框架-编程知识

工业相机二次开发是机器视觉行业必不可少的技能之一。
而如何实现一个框架，能够兼容所有工业相机二次开发，从而支持多种类型的工业相机，就是机器视觉行业的进阶技能了。
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重明工业相机二次开发项目就是在实现相机二开框架的基础上，完成了海康工业相机的二次开发。
项目源码下载地址：
https://www.roundvision.cc/softwaredevelopment/qt/chongming/
技术栈：
1、C++
2、 QT 5.14.2
3、Opencv 4.5.5
4、工业相机SDK二次开发
重明工业相机二次开发项目框架如下图所示：
在这里插入图片描述
整个项目分前端部分的界面设计，和后端部分的工业相机框架设计。

1、界面GUI实现

重明的界面实现非常简洁，主要为三个部分：
左侧的相机列表，中间的图像显示，右侧的相机参数属性列表。
在这里插入图片描述
控制窗口的实现非常简单，其实就是一排按钮加一个QListWidget列表，用来显示所有检测到的工业相机。
视觉窗口用来显示图像，采用QT的视图模型框架，采用QGrapicsScene来实现的。
属性窗口主要涉及到了QT的MVD框架，即Model-View-Delegate框架，模型-视图-代理，通过视图代理，完成了对各个不同属性参数类型的支持，完成了相机参数属性Int,double,bool,cmd,string等多种类型的显示。

2、后端框架接口

实现了前端界面，现在我们可以考虑，如何抽象工业相机接口类，实现对不同工业相机的无差别接入，达到工业相机二次开发框架的效果呢？
这里可以借用QT插件的便利性，来设计工业相机抽象插件接口：

 //相机接口类
class CameraInterface
{
public:CameraInterface(const CameraMetaInfo& info){m_cameraInfo = info;}virtual ~CameraInterface() {}//获取相机用户定义名称virtual std::string UserName(){return m_cameraInfo.UserDefineID;}//获取相机序列号virtual std::string Serial(){return m_cameraInfo.Serial;}//获取相机参数列表virtual uint32_t getParamList(std::vector<CameraParam>& paramList) = 0;//判断相机是否连接virtual bool isConnect() = 0;//判断相机是否拉流virtual bool isGrabbing() = 0;//初始化相机对象virtual uint32_t acquire() = 0;//释放相机virtual uint32_t release() = 0;//连接相机virtual uint32_t connect() = 0;//断开连接virtual uint32_t disconnect() = 0;//创建拉流资源virtual uint32_t creatStream() = 0;//销毁拉流资源virtual uint32_t destroyStream() = 0;//开启拉流virtual uint32_t startGrabbing() = 0;//停止拉流virtual uint32_t stopGrabbing() = 0;//导入配置文件virtual uint32_t loadConfig(const std::string path) = 0;//导出配置文件virtual uint32_t saveConfig(const std::string path) = 0;//获取配置文件格式virtual std::string configFormat() = 0;//读取相机参数virtual uint32_t readParam(CameraParam& param) = 0;//写入相机参数virtual uint32_t writeParam(CameraParam& param) = 0;//获取实时图像virtual uint32_t getImageLast(cv::Mat& image) = 0;//获取图像队列virtual CameraImageQueue& ImageQueue(){return m_imageQueue;}protected:CameraImageQueue m_imageQueue;//图像队列std::vector<CameraParam> m_cameraParams;//相机参数列表CameraMetaInfo m_cameraInfo;//相机元信息
};

通过抽象设计统一的相机行为接口，在通过层层封装，即可达到框架效果。

如何实现相机图像队列

相机出图速度是有差异的，而我们处理相机出图也会有所耗时，如果你是出一张图像处理一张，然后再去拿一张图像，那很容易造成丢帧的问题。所以设计一个缓冲队列是非常有必要的。

我们的图像队列内部会包含两个队列，一个空闲队列，一个工作队列。
在我们相机图像队列这个应用场景下，生产者就是相机SDK的回调函数，该回调函数会生成相机的原始图像数据，我们在回调函数内将原始图像数据加入到队列中。
加入到队列是先看空闲队列有没有位置，如果有则加入到空闲队列，然后触发信号量激活消费者。如果空闲队列没有位置，则从工作队列取出最旧的图像，将原始数据加入到该位置。
我们的消费者，就是我们的取图线程，我们软件会不停的从队列中的工作队列中尝试取出图像，当工作队列为空时，会阻塞在信号量中，当生产者生产了一张图像后，会激活该信号量使取图线程取到图像。
图像队列代码实现：


#define TIME_OUT_MS		5000	//取图超时时间
#define ImageQueueSize	10		//图像队列长度宏定义class CameraImageQueue
{
public:CameraImageQueue();CameraImageQueue(int maxSize);//向图像队列中加入图像uint32_t Put(const cv::Mat& m);//从图像队列中取出图像uint32_t Take(cv::Mat& m);//队列是否为空bool Empty();//队列是否为满bool Full();//队列当前长度size_t Size();
private:bool isFull() const{bool full = workImageQueue.size() >= m_queueSize;return full;}bool isEmpty() const{bool empty = workImageQueue.empty();return empty;}bool NotFull() const{bool full = workImageQueue.size() >= m_queueSize;return !full;}bool NotEmpty() const{bool empty = workImageQueue.empty();return !empty;}private:std::mutex m_mutex;std::condition_variable m_condition;std::queue<cv::Mat> freeImageQueue;//空闲队列std::queue<cv::Mat> workImageQueue;//工作队列uint8_t m_queueSize;bool m_needStop;
};

THE END

项目源码下载地址：
https://www.roundvision.cc/softwaredevelopment/qt/chongming/
项目由丰富的视频教程，见BiliBili：
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视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1pp4y1n7X9