【重明】机器视觉QT/C++实现工业相机二次开发框架

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。

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：

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。

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：

视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1pp4y1n7X9