双相机采集的数据解包方案设计

摘 要:为了解决PCIE-1429采集卡不支持双相机同时进行数据采集的问题,通过LabVIEW搭建高速数据采集系统,由VC++生成具有解包功能的动态链接库,再利用LabVIEW对其进行调用,实现了双相机采集数据的实时解包。实验证明,该方案成功利用PCIE-1429采集卡在“双Base模式”下进行连续的数据采集,具有快速、有效、稳定、操作方便等优点。

关键词:LabVIEW;双相机采集;数据解包;动态链接库

中图分类号:TP311文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2010)02-175-04

Design of Data Detaching Scheme to Double Cameras Acquisition

WANG Huan1,2,QIU Yuehong1,GUO Haichao3,CHEN Zhi1,2

(1.Xian Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Xi′an,710119,China;

2.Graduation University,Chinese Academy of Sciences,Beijing,100039,China;

3.Xi′an Branch,Chinese Space Technology Academe,Xi′an,710110,China)

Abstract:PCIE-1429 acquisition card doesn′t support data acquisition synchronously of tow cameras.To solve this problem,a high_speed data acquisition system based on LabVIEW is designed,the dynamic link library with function of data detaching by VC++is created,and LabVIEW is adopted to call the DLL,a data detaching scheme of double cameras acquisition is achieved.Experiment proves that continuous data acquisition with PCIE-1429 acquisition card under "double_base mode",And it has advantages of expeditious,effective,stable and operating expediently.

Keywords:LabVIEW;double cameras acquisition;data detaching;dynamic link library

0 引 言

随着科学技术的不断发展,人们对相机或光谱仪在军事国防、移动通信、遥感探测、资源勘查、气象观测等领域所采集到图像数据的要求越来越高,比如更高的图像分辨率、更丰富的光谱信息、多角度多视场观测等,在现有的CCD和CMOS工艺水平的情况下,增加相机或光谱仪的数量进行观测是一个值得考虑的办法。然而多相机观测会产生多路信号,这对于只有一块数据采集卡和一套数据采集及处理的系统来说,采集和处理都会显得比较麻烦。

在众多数据采集卡中,有很多支持CameraLink接口协议的“双Base模式”,也就是说一块采集卡可以直接支持双相机分别在Base模式下进行数据采集,如美国Epix公司的PIXCI EL1DB采集卡、德国SiliconSoftware公司的MicroEnable IV Base×1 和MicroEnable IV Full×4采集卡等。但是,这些采集卡的采集速度往往不够快,不能满足某些特殊应用的需求。在某高速数据采集项目中,为了满足高速数据采集,选用NI公司的PCIE-1429采集卡。它支持CameraLink接口协议中的基本(Base)、中档(Medium)、全部(Full)等的三种模式,但这三种模式支持的数据来源必须是一个数据源,不允许多路数据同时采集,所以需要把多个相机看成一个数据源。但这样一来,计算机采集的数据是错误乱码,因此需要对数据进行解包。这里依托相关项目,对此问题进行了一定的研究,提出一种双相机采集的数据解包方案,可以实现用一块采集卡来支持双相机数据的采集。

1 数据采集和存储系统的设计及实现

1.1 相关背景知识介绍

LabVIEW是美国NI公司开发的一种用图标代替文本进行创建应用程序的图形化编程语言,其核心概念是“软件即是仪器”[1]。PCIE-1429数据采集卡也是NI公司生产的一款专门用于数据采集的采集卡,它采用的是Camera Link接口规范,有丰富的接口资源和优良的性能,是航空航天、各种工业、生命科学和生物医学等图像采集应用的理想之选[2]。然而CameraLink接口协议[3],是从美国国家半导体公司的驱动平板显示器的Channel Link技术过渡而来,专为机器视觉的高端应用设计的,可以提供高分辨率、高数字化率和各种帧频,不仅改善了信噪比,而且根据不同的应用速度和数据,提供了基本(Base)、中档(Medium)、全部(Full)等模式,可以根据分辨率、速度等自由选择。图像卡和摄像机之间的通信采用了低压差分信号(Low Voltage Differential Signaling,LVDS),速度快且抗噪较好[4]。

1.2 基于LabVIEW的数据采集系统设计

该采集系统通过LabVIEW软件和NI公司的IMAQ软件编程进行。IMAQ软件采集的具体过程如下[5]:

(1) 初始化。用高级和低级函数进行数据采集,首先进行初始化一个相机节点,驱动程序应用相机节点来鉴别PC机上的采集卡。在初始化相机节点时,需要标定两个参数:相机名字和相机控制模式,每一个相机都有接口文件(*.iid)和相机文件(*.icd)。

(2) 配置。在初始化接口后,进行采集的接口配置时,比较关注单点采集、连续采集、中断缓存数目和采集感兴趣区域。对于连续采集需要分配3倍连续图像数据的缓存。

(3) 采集。当采集开始后,采集的过程就是把FIFO中的数据复制到自己设置的缓存中。图像的解码和处理都是在自己设置的缓存中。当采集开始后,IMAQ会通过驱动自动重新定义大小。

系统数据的采集流程为:先通过Camera File Generator软件对相机配置文件(*.icd)进行设置;然后通过测量与自动化浏览器(Measurement & Automation Explorer,MAX)软件对采集卡进行配置,如设置通道名、输入输出类型、测量类型等,最后在PC机上通过操作LabVIEW的采集界面程序来实现数据采集。

LabVIEW数据采集及控制的程序框图及通过程序产生高速数据源,系统模拟采集过程得到的“图像”(尺寸大小为4 096×512像素)分别如图1,图2所示。

1.3 存储系统设计