引言
以光學為基礎，融光電子學、計算機技術、激光技術、圖像處理技術等現代科學技術為一體的圖像測量技術在測量領域中形成了新的測量技術，基於數字圖像處理技術的圖像測量系統目前已廣泛應用於幾何量的測量、航空等遙感測量、精密復雜零件的微尺寸測量和外觀測量，以及光波干涉圖、應力應變場狀態分布等和圖像有關的技術領域中。在基於數字圖像處理技術的圖像測量系統中，必須解決的問題就是圖像采集，即圖像數據的獲取，采集的圖像數據用於後期的圖像處理。
視頻圖像捕獲一般來講有兩種方法，一種是利用視頻捕獲卡所附帶的SDK開發工具，這種捕獲方法的實現是與設備有關的，依賴於視頻捕獲卡與攝像頭的類型，不利於靈活應用；另外一種捕獲方法是Microsoft的Visual C++自從4．0版就開始支持Video for Windows(簡稱VFW)，這給視頻捕獲編程帶來了很大的方便，利用VFW技術的可以提高視頻捕獲的靈活性，減少了對視頻設備的依賴。在VC++6.0中，含有MCIAVI、DRAWDIB、AVIFILE和AVICAP等組件。通過它們之間的協調工作，可以完成播放、編輯、文件管理和視頻捕獲等功能，為視頻圖像處理和分析帶來非常大的便利,本文就利用VFW進行視頻數據的實時采集中的碰到的幾個實際問題進行探討。
VFW庫函數簡介
視頻數據的實時采集主要是通過調用AVICap32.dll創建AVICap窗口類 ,由AVICap窗口類中的消息、宏函數、結構以及回調函數來完成。 AVICap在捕獲視頻方面具有明顯的優勢，它能直接訪問視頻緩沖區，不需要生成中間文件，實時性很高，它也可將數字視頻保存到事先建好的文件中。實際應用表明，通過這種方法，提高了視頻采集的效果和程序運行的效率，同時也減少了對硬件的依賴性，提高了程序的兼容性和移植性。
VFW的視頻采集功能主要包括捕獲視頻流至AVI文件(capCaptureSequence)、捕獲視頻流至緩存(capCaptureSequenceNofile)、捕獲視頻流至AVI文件(capCaptureSingleFrame)、本地預覽(capPrevIEw/capOverlay)和捕獲單幀預覽(capGrabFrame/capGrabFrameNoStop)等。ＶＦＷ還提供了回調函數 ,允許應用程序精確控制視頻流的捕獲、檢測錯誤、監控狀態變化 ,以及在捕獲兩幀數據的空隙和每捕獲新幀時對實時數據進行處理。
幾個實際問題的探討
1、回調函數處理的問題
回調函數是至今為止最有用的編程機制之一。在Windows中，回調函數更是窗口過程、鉤子過程、異步過程調用所必需的，在整個回調過程中自始至終地使用回調方法。人們可以注冊回調方法以獲得加載/卸載通知，未處理異常通知，數據庫/窗口狀態修改通知，文件系統修改通知，菜單項選擇，完成的異步操作通知，過濾一組條目等等。在VFW中有幾條這樣的宏函數,如用於設置在發生某事件後能作出反應的回調函數的宏函數,它和中斷服務機制很相似,條件一滿足,程序會自動進入相應的回調函數體中,該函數究竟要做些什麼,全由開發者借助其參數自行編制程序來確定。利用VFW獲取實時視頻數據通常可以運用視頻處理的回調機制(call-backmechanism) 獲得實時數據緩沖區的首址和長度並對圖像數據進行處理，同時也可以進行視頻數據的直接傳輸，在這一方面很多文章都作了具體的介紹。但是按照大多數文章的介紹，在具體的應用過程中，對回調函數作如下定義時，程序總是無法通過編譯：
{
LRESULT CALLBACK FrameCallbackProc(HWND ghWnd,LPVIDEOHDR lpVData)
unsigned char *data;
data=lpVData->lpData;//獲得視頻數據首地址，並將數據存入data數組中以便處理
}
通過研究，發現根本原因是回調函數是基於C編程的Windows SDK的技術，不是針對C++的，可以將一個C函數直接作為回調函數，但是如果試圖直接使用C++的成員函數作為回調函數將發生錯誤，甚至編譯就不能通過。其錯誤是普通的C++成員函數都隱含了一個傳遞函數作為參數，亦即“this”指針，C++通過傳遞一個指向自身的指針給其成員函數從而實現程序函數可以訪問C++的數據成員。這也可以理解為什麼C++類的多個實例可以共享成員函數但是確有不同的數據成員。由於this指針的作用，使得將一個CALLBACK型的成員函數作為回調函數安裝時就會因為隱含的this指針使得函數參數個數不匹配，從而導致回調函數安裝失敗。要解決這一問題的關鍵就是不讓this指針起作用，通過采用以下兩種典型技術可以解決在C++中使用回調函數所遇到的問題。這種方法具有通用性，適合於任何C++。
(1) 不使用成員函數，直接使用普通C函數，為了實現在C函數中可以訪問類的成員變量，可以使用友元操作符(frIEnd)，在C++中將該C函數說明為類的友元即可。這種處理機制與普通的C編程中使用回調函數一樣。
(2) 使用靜態成員函數，靜態成員函數不使用this指針作為隱含參數，這樣就可以作為回調函數了。靜態成員函數具有兩大特點：其一，可以在沒有類實例的情況下使用；其二，只能訪問靜態成員變量和靜態成員函數，不能訪問非靜態成員變量和非靜態成員函數。由於在C++中使用類成員函數作為回調函數的目的就是為了訪問所有的成員變量和成員函數，如果作不到這一點將不具有實際意義。解決的辦法也很簡單，就是使用一個靜態類指針作為類成員，通過在類創建時初始化該靜態指針，如pThis=this，然後在回調函數中通過該靜態指針就可以訪問所有成員變量和成員函數了。這種處理辦法適用於只有一個類實例的情況，因為多個類實例將共享靜態類成員和靜態成員函數，這就導致靜態指針指向最後創建的類實例。為了避免這種情況，可以使用回調函數的一個參數來傳遞this指針，從而實現數據成員共享。這種方法稍稍麻煩，這裡就不再贅述。
因此，可以對回調函數作如下定義:
static LRESULT CALLBACK FrameCallbackProc(HWND ghWnd,LPVIDEOHDR lpVData)
{
unsigned char *data;
data=lpVData->lpData;//獲得視頻數據首地址，並將數據存入data數組中以便處理
}
2、圖像采集中的問題
視頻數據的采集是整個應用的關鍵，根據應用的不同可以將視頻幀采集到的文件或采集的緩存直接加以處理。利用VFW獲取實時視頻數據通常可以運用視頻處理的回調機制(call-backmechanism) 獲得實時數據緩沖區的首址和長度並對圖像數據進行實時處理，但是在這個過程中圖像處理程序不能太長，否則視頻顯示不流暢。另外，在實際采集過程中，有些圖像采集卡驅動程序對通過回調機制所獲取的數據進行了壓縮，比如DC10，而在圖像測量系統高精度的要求，壓縮後的圖像數據直接影響以後的圖像處理工作。通過采用以下兩種典型技術可以實現將沒有壓縮的視頻幀的圖像數據的采集。
(1) 通過研究發現，盡管圖像采集卡驅動程序對通過回調機制所獲取的數據進行了壓縮，但是利用VFW中的capEditCopy( )宏函數將幀圖像緩沖區中的圖像數據拷貝到剪貼板上時，並沒有壓縮圖像數據，因此可以不采用回調機制而直接利用capGrabFrameNoStop()捕獲一幀圖像，然後將數據拷貝拷貝到剪貼板上，再通過DIB（Device Independent Bitmap）操作獲取內存中圖像數據首地址，進行後續的圖像數據處理。具體的代碼片段如下：
//獲得capEditCopy( )拷貝到剪貼板中的圖像數據句柄，通過CF_DIB參數指定數據
HANDLE hData;
::GlobalFree ((HGLOBAL)hData);
hData=(HANDLE)CopyHandle(::GetClipboardData(CF_DIB));
(2) 利用capFileSaveDIB將緩沖區中的圖像數據轉化為DIB位圖直接保存為文件，需要處理時，再讀取位圖中的圖像數據到內存進行後續的處理。這種方式因為有一個文件存儲和讀取的延遲，對於實時的圖像處理來說，響應速度比前者要稍慢，經過多次實驗證明，只要圖像處理算法的計算量不是很大，仍然可以保證比較好的實時性。
3、圖像采集窗口建立的問題
在視頻捕獲之前需要創建一個捕獲窗，所有的捕獲操作及其設置都以它為基礎。一個AVICap視窗口句柄描述了聲頻與視頻流的細節，這樣就使程序員的應用程序從AVI文件格式，聲頻視頻緩沖管理，低層聲頻視頻驅動訪問等解脫出來。AVICap即是預定義的Windows窗口類，利用該窗口類創建的子窗口可以與視頻采集設備的驅動程序相聯系，該子窗口的客戶區用來顯示采集設備捕獲的實時視頻圖像。
但是在實際應用過程中，應用程序可能會基於單文檔（SDI）、多文檔或者是基於對話框的界面，由於三種類型的不同，捕獲窗的具體創建應根據具體要求而有所區別。不管是采用哪種類型，根據實時視頻的顯示的具體要求，關鍵是如何獲取捕獲窗口的父窗口句柄。通常捕獲窗口的創建可以如下兩種方式：
(1)獲取動態創建的父窗口的句柄，動態的創建捕獲窗口。具體的代碼片段如下：
CFrameWnd m_wndSource;
if(!m_wndSource.CreateEx(WS_EX_TOPMOST,NULL,"source",WS_CAPTION,CRect(100,100,150,180),NULL,0))
return -1;
m_wndSource.ShowWindow(SW_HIDE);
m_WndCap=capCreateCaptureWindow((LPSTR)" 視頻捕捉測試程序",WS_CHILD|WS_VISIBLE,0,0,300,240,m_wndSource.m_hWnd ,0);
(2)獲取顯示的實時視頻窗口的句柄，靜態的創建捕獲窗口。具體的代碼片段如下：
m_hCapWnd = capCreateCaptureWindow((LPSTR)TEXT("視頻捕捉測試程序"),WS_CHILD|WS_VISIBLE,
0,0,768,576,this->m_hWnd,0);
結束語
利用VFW技術實現視頻數據實時獲取，提高了視頻采集的效果和程序運行的效率，同時也減少了對硬件的依賴性，提高了程序的兼容性和移植性。在很多基於數字圖像處理技術的圖像測量系統中都使用了這種方法。本文就具體應用中所碰到的實際問題進行了詳細的討論，並給出了具體的解決辦法。
