铜陵Basler巴斯勒贴片机相机维修
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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。
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。
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。