GenICam标准

GenICam标准1、概述如今的数码摄相机包含了很多的功能，而不仅仅是采集图像。对于机器视觉相机来说，处理图像并把结果附加到图像数据流上，控制附加的硬件，代替应用程序作实时的处理等都是很平常的事情。这也导致了相机的编程接口变得越来越复杂。GenICam的目标是为所有类型的相机提供一个统一的编程接口。无论相机使用的是哪种传输协议或者实现了哪些功能，编程接口（API）都是一样的。见图1。图1TheGenICamvisionGenICam标准包含多个模块（module），按照主要功能分为如下部分：GenApi：用于设置相机的应用程序开发接口（API）GenTL：获取图像用的传输层（TL）协议，尚未完成这两个模块可以相互独立地发布。2GenApi模块–配置相机2.1.简介GenApi模块解决如何去配置相机的问题。主要的思路是，让相机生产厂商为他们的相机提供机器可以识别的产品说明。这些相机描述文件（cameradescriptionfiles）包含所有需要的信息，用以自动地把相机的属性（features）和其寄存器（registers）相对应。相机的Gain属性是一个典型的例子，假设用户想令Gain=42，利用GenICam，通用的软件可以读相机的描述文件并发现，要把Gain属性设成42意味着向地址为0x0815的寄存器写入值0x2A。其他要做的工作可能是检查相机是否提供Gain属性，并检查要写入的值是否在Gain的允许范围内。请注意，给相机添加新的属性仅仅意味着扩展相机的描述文件，就可以对所有符合GenICam标准的程序立即生效。图2Layersforaccessingacamera2.3.节点、接口和抽象特征相机描述文件中的每个节点只描述一个项目。基于项目的自然性，节点有一个特定的类型（nodetype）和一个特定的接口（interface）。下列接口目前可用3（每个接口有一个控件用于映射到GUI）：IInteger–映射到一个带有value、min、max和increment的sliderIFloat–映射到一个带有value、min、max和一个物理单位的sliderIString–映射到一个显示字符串的编辑框IEnumeration–映射到一个下拉框ICommand–映射到一个命令按钮IBoolean–映射到一个复选框（checkbox）IRegister–映射到一个显示16进制字符串的编辑框ICategory–映射到一个可以反映相机属性结构的树控件IPort–映射到一个相机端口，通常不用图形显示第2.9章给出了接口特性的更多细节。可用的节点类型在第2.8章中说明。可能有多种节点类型实现同样的接口类型。例如，IInteger接口，被下列（不是全部）节点类型实现：IntReg–根据字节边界，从寄存器取出一个整数MaskedIntReg–从寄存器的一段取出一个整数，例如，从第8位到第12位Integer–从不同的节点得到value、min、max和increment属性，合并在一起每个节点类型从不同的源，用不同的方法取出一个整数值。对于需要输入一个整数值的连接，所有这些节点的输出值都可以用作类型安全的输入。抽象特征（Abstractfeatures）总是用一个接口类型（interfacetype）、一个名称（name）和一个含义（meaning）来描述。例如，相机的Gain（名称）可以被定义为IInteger（接口类型），并且可以描述相机内的增益（含义）。注意，其它的定义也可能存在，例如，Gain可以被定义为一个IEnumeration或一个IFloat。2.4.取得和设置值当用户读或写一个节点的值，节点会触发节点图内一系列的读写操作。为了说明这一点，图4显示了Gain属性的一个更复杂的例子。Gain属性可以抽象成一个IInteger接口，通过这个接口，用户可以设置Value并且可以读（或其它操作）Min和Max值。图4的例子假定相机有3个寄存器，一个是Gain的Value，另两个是Min和Max。利用IntReg节点可以从每个寄存器取出相应的值。名字为Gain的Integer节点收集并合并这些数据，再通过IInteger接口把结果传递出来。图4Exampleofthecontrolflowwhengettingandsettingfeatures如果用户读取Gain节点的值，调用会被分派到GainValue节点，而GainValue节点会通过IPort接口向Device节点查询正确的寄存器。如果用户试图设置Gain节点的值，实现程序可能首先会从GainMin和GainMax节点读出Min和Max值以检查范围。如果输入值在允许的范围内，Gain节点会通过GainValue节点和Device节点把值写入相机。注意，根据相应IntReg节点的Cacheable属性，实现程序可能会把Min和Max值放入缓存。2.5.访问模式每个节点都有一个下表定义的访问模式：ReadableWritableImplementedAccessMode＊＊0NI–未实现001NA–不可用011WO–只写101RO–只读111RW–读写1=yes,0=no,＊=don’tcare属性可能已经被相机实现，但暂时不可用。如果可用，则根据定义，属性被实现并且可以读和/或写。有些节点由某些元素来控制访问权限，例如寄存器节点（参见2.8.3）。另外，GenICam还提供3种在运行时改变访问权限的机制。根据另一个节点的值，属性可能暂时被锁定（locked）。属性在锁定的状态下不可写。根据上面的表格，写标志位暂时强制为0。根据另一个节点的值，属性可能暂时不可用（notavailable）。根据上面的表格，写标志位和读标志位暂时强制为0。根据另一个节点的值，属性可能没有实现（notimplemented）。根据上面的表格，实现标志位始终强制为0。“可用”和“已实现”是不同的，因为GUI可能想用不同的方法来处理这两种情况。未实现的属性不会显示给用户；而暂时不可用的项目只是灰色的并且值会被替换，例如替换成“—”；暂时被锁定的属性是灰色的，但是属性的值仍然会显示。以硬件Trigger为例来说明让一个属性暂时不可用（temporarilynotavailable）的情况，硬件Trigger的值可以为On或Off。如果Trigger是On，另外一个属性TriggerPolarity变得可用，TriggerPolarity属性指示硬件信号是ActiveHigh还是ActiveLow。如果Trigger是Off，则TriggerPolarity属性是无意义的，应该被置为灰色。图5显示了这个信息在相机描述文件中如何处理，Trigger和TriggerPolarity属性用Enumeration类型的节点来实现，这种类型把一组枚举型的入口映射到整数值。例如，Trigger属性的入口是On=1和Off=0。利用IntReg类型的节点把整数值映射到寄存器。图5ControllingwhetherafeatureisaccessibleTriggerPolarity节点有个叫pIsAvailable的连接，这个连接需要指向一个提供IInteger接口的节点。如果这个被指向的节点的值为0，那么TriggerPolarity节点暂时不可访问。在这个例子中，pIsAvailable可以直接指向TriggerReg，因为Trigger=On被映射为1，Trigger=Off被映射为0。如果不是这样的话，一个类型为IntSwissKnife的节点会很有用，它能根据数学公式计算其他整数节点的值，并得到一个整数的结果。在XML文件中，节点看起来像这个样子：viewplaincopytoclipboardprint?1.IntSwissKnifeName=TriggerEnabled2.ToolTipDeterminesiftheTriggerfeatureisswitchedon/ToolTip3.pVariableName=TRIGGERTriggerReg/pVariable4.FormulaTRIGGER==1/Formula5./IntSwissKnifeIntSwissKnifeName=TriggerEnabledToolTipDeterminesiftheTriggerfeatureisswitcpVariableName=TRIGGERTriggerReg/pVariableFormulaTRIGGER==1/Formula/IntSwissKnifeFormula入口的数学公式被计算，得到节点的计算结果。在计算之前，变量的符号名称被对应节点的整数值替换。在本例中，只有一个pVariable入口指向TriggerReg节点，符号名称是TRIGGER。这个名称在公式“TRIGGER==1”中也有。如果GUI升级了，就会去查看TriggerPolarity节点是否可用。而TriggerPolarity节点会去检查IntSwissKnife，而IntSwissKnife又会根据TriggerReg节点的值去计算结果。兼容DCAM的1394相机的BytesPerPacket属性是“暂时锁定属性”（temporarilylocked）的一个典型例子。用户可以改变相机的这个参数，仅当PC适配器的DMA未被设定为采集图像的时候5。设定DMA的意思是，传输层查询相机的BytesPerPacket参数，并把这个参数设置到DMA。这个工作完成后，直到传输层释放DMA之后才能改变BytesPerPacket。在这之前，相机的这个参数必须被锁定。注意，相机本身没有办法知道DMA是否设置。因此，相机描述文件中“普通的”节点不能被用来控制BytesPerPacket的锁定状态。图6LockingafeatureGenApi内的解决方案是提供一个浮动的Boolean型节点TLParamsLocked（参见图6）。BytesPerPacket通过pIsLocked连接到这个节点。传输层（TL）需要通过更新TLParasLocked节点的值来反映其DMA状态。在设定DMA之前，它会通过令TLParamsLocked为true的方式来锁定相机参数（例如BytesPerPacket），在采集图像完成之后，它会把TLParamsLocked设置回false。改变TLParamsLocked节点会更新所有关联节点的锁定状态，例如BytesPerPacket节点。注意，为保证这种方式正常工作，TLParamsLocked必须是标准的节点名，并且传输层必须有访问相机的GenApi接口的权限。另外，相机描述文件的设计者必须注意哪个参数要被传输层锁定。这个信息包含在传输层标准之中，例如DCAM规范，这个规范规定，在采集数据的时候每桢的包数和每个包的大小必须固定。“属性没有被实现”（notimplemented）的一个典型的例子是，同一个家族的某些相机有Gamma属性而有些则没有。如果相机有一个查询位（inquirybit）来标识是否实现了Gamma属性，就可以为这个家族的所有相机维护一个相机描述文件。图7显示了GenICam如何处理这种情况。Gamma属性节点有一个叫pIsImplemented的连接指向GammaInq节点，GammaInq节点映射相机的查询位。通常把多个查询位合并到一个寄存器里。为了取得这些位，要使用MaskedIntReg节点类型。这个类型有点像IntReg节点，但是，你可以像查询整数一样取查询想要的一个或一组连续的位。图7Checkingwhetherafeatureisimplemented2.6.缓存如果某个实现对每个写操作支持范围、实现和可用状态的检查，通常会触发一系列对相机的读操作。大多数用于有效性检查的数值很少或不会发生变化，所以可以放入缓存。相机描述文件包含所有必需的定义以确保缓存的一致性。图8