MvvmScaffoldFrame48/MvvmScaffoldFrame48.DLL/ThreadManager/CameraGroup.cs

// CameraGroup.cs 相机组线程管理类，控制相机采集和识别的线程运行，开放有算法的接口
using MvCameraControl;
using MvvmScaffoldFrame48.DLL.CameraTools;
using MvvmScaffoldFrame48.DLL.LogTools;
using MvvmScaffoldFrame48.DLL.SystemTools;
using MvvmScaffoldFrame48.Model.ResultModel;
using MvvmScaffoldFrame48.Model.StorageModel.SystemConfig;
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace MvvmScaffoldFrame48.DLL.ThreadManager
{
    /// <summary>
    /// 相机组配置和状态管理类
    /// 管理单个相机的采集和处理线程及相关资源
    /// </summary>
    public class CameraGroup
    {
        #region 变量与实例
        //相机线程的休眠时间，默认为0，即不休眠。在采集节拍没有那么高时，增加此值降低性能消耗
        private int CameraSleepTime = 0;
        //帧编号记录
        private long lastframeNum = -1;
        //相机
        public HikCamera Camera { get; set; }
        //相机ID
        public int CameraId { get; set; }
        //是否运行中
        public bool IsRunning { get; set; }
        //相机处理线程
        public Task CameraTask { get; set; }
        //图像处理线程
        public Task ProcessingTask { get; set; }
        //图像队列-ConcurrentQueue
        public ConcurrentQueue<IFrameOut> ImageQueue { get; set; }
        //图像队列-自定义RingBuffer
        public LockFreeRingBuffer<IFrameOut> ImageRingBuffer = new LockFreeRingBuffer<IFrameOut>(30);
        //信号量
        public SemaphoreSlim QueueSemaphore { get; set; }
        //取消令牌
        public CancellationTokenSource CancellationTokenSource { get; set; }
        // 图像处理算法（接口方式）
        public IImageProcessingAlgorithmHikVision ImageProcessor { get; set; }
        // 结果发送事件，当图像处理完成时触发
        public event EventHandler<CameraProcessEventArgsResultModel> ProcessResultAvailable;
        // 参数配置
        public CameraProcessConfigModel Configuration { get; set; }
        #endregion

        #region 公共方法
        /// <summary>
        /// 启动相机组（包括采集和处理线程）
        /// </summary>
        public void Start()
        {
            if (Camera == null)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 未初始化");
                return;
            }
            if (Camera.Device == null)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 未初始化");
                return;
            }
            if (Camera.Device.IsConnected == false)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 未打开");
                return;
            }
            if (IsRunning)
                return;

            // 根据配置加载算法
            LoadAlgorithmFromConfiguration();


            //Camera.StartReceiveFuntion();
            Camera.FrameGrabbedEvent += CameraCaptureLoop2;
            Camera.StartReceiveFuntionSetFrameGrabedEvent();

            // 重置取消令牌
            CancellationTokenSource = new CancellationTokenSource();
            var token = CancellationTokenSource.Token;

            // 启动相机采集线程
            //CameraTask = Task.Factory.StartNew(() => CameraCaptureLoop(token),
            //    token, TaskCreationOptions.LongRunning, TaskScheduler.Default);


            // 启动图像处理线程
            ProcessingTask = Task.Factory.StartNew(() => ImageProcessingbatchLoop2(token),
                token, TaskCreationOptions.LongRunning, TaskScheduler.Default);

            IsRunning = true;
            Console.WriteLine($"相机组 {CameraId} 已启动");
        }

        /// <summary>
        /// 停止相机组
        /// </summary>
        public async void Stop()
        {
            if (!IsRunning)
                return;

            // 发送取消信号
            CancellationTokenSource.Cancel();

            // 等待线程完成
            try
            {
                if (CameraTask != null)
                    await CameraTask;

                if (ProcessingTask != null)
                    await ProcessingTask;
            }
            catch (OperationCanceledException)
            {
                // 正常取消，忽略异常
            }

            IsRunning = false;
            Camera.StopReceiveFuntionSetFrameGrabedEvent();
            Console.WriteLine($"相机组 {CameraId} 已停止");
        }

        /// <summary>
        /// 更新算法参数
        /// </summary>
        /// <param name="parameters">新参数</param>
        public void UpdateAlgorithmParameters(object parameters)
        {
            if (ImageProcessor != null && parameters != null)
            {
                string parametersjson = ImageProcessor.GetSaveJson();
                ImageProcessor.Configure(parametersjson);

                // 更新配置
                if (Configuration != null)
                {
                    Configuration.AlgorithmParameters = parametersjson;
                }

                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 算法参数已更新");
            }
        }
        #endregion

        #region 私有方法
        /// <summary>
        /// 设置图像处理算法
        /// </summary>
        /// <param name="algorithmName">算法名称</param>
        private void SetProcessingAlgorithm(string algorithmName, string parameters = null)
        {
            if (string.IsNullOrEmpty(algorithmName))
            {
                ImageProcessor = null;
                return;
            }

            try
            {
                // 根据算法名称创建实例（这里可以使用简单的工厂方法或反射）
                ImageProcessor = ImageProcessingAlgorithmHikVisionFactory.CreateAlgorithm(algorithmName);

                // 配置参数
                if (parameters != null &&  ImageProcessor != null)
                {
                    ImageProcessor.Configure(parameters);
                }

                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 成功设置算法: {algorithmName}");
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 设置算法 {algorithmName} 失败: {ex.Message}");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 根据配置动态加载算法
        /// </summary>
        private void LoadAlgorithmFromConfiguration()
        {
            if (Configuration != null && !string.IsNullOrEmpty(Configuration.ProcessingAlgorithmName))
            {
                SetProcessingAlgorithm(Configuration.ProcessingAlgorithmName, Configuration.AlgorithmParameters);
            }
            else
            {
                // 使用默认算法（无参数）
                SetProcessingAlgorithm("Default");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 加载相机配置
        /// </summary>
        private void LoadCameraConfiguration()
        { 
            if(Configuration != null&& !string.IsNullOrEmpty(Configuration.CameraParameters))
            {

            }
        }

        /// <summary>
        /// 发送处理结果到通信线程的方法
        /// 多个线程可以共用此方法
        /// </summary>
        /// <param name="resultData">处理结果数据</param>
        private void SendProcessResult(object resultData)
        {
            var eventArgs = new CameraProcessEventArgsResultModel
            {
                CameraId = this.CameraId,
                ResultData = resultData,
                Timestamp = DateTime.Now
            };

            // 触发事件，通知订阅者有新的处理结果
            ProcessResultAvailable?.Invoke(this, eventArgs);
        }

        /// <summary>
        /// 图像处理实现
        /// </summary>
        private void ProcessImage(IFrameOut imageData, int cameraId)
        {
            object resultData = null;

            try
            {
                // 优先使用接口方式的算法
                if (ImageProcessor != null && imageData!=null)
                {
                    resultData = ImageProcessor.ProcessImage(imageData, cameraId);
                }
                // 如果都没有设置，则使用默认处理
                else
                {
                    Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 未加载算法");
                    // 默认处理逻辑
                }

                if(resultData!=null)
                {
                    // 发送处理结果
                    SendProcessResult(resultData);
                }

                // 输出处理结果
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 图像处理错误: {ex.Message}");

                // 发送错误结果
            }
        }
        #endregion

        #region 线程主体方法
        /// <summary>
        /// 相机采集循环
        /// </summary>
        private async void CameraCaptureLoop(CancellationToken token)
        {
            //int frameCount = 0;
            try
            {
                while (!token.IsCancellationRequested)
                {
                    // 模拟相机图像采集（无休眠，持续采集）
                    if (Camera.GetOnceImage(out IFrameOut imageData))
                    {
                        // 将图像放入队列
                        ImageQueue.Enqueue(imageData.Clone() as IFrameOut);
                        double QuTuYanshi = (DateTime.Now - TimeStampTools.FromUnixTimestamp((long)imageData.HostTimeStamp)).TotalMilliseconds;
                        //Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 采集到图像,帧号{imageData.FrameNum}");
                        if(QuTuYanshi > 12)
                        {
                            Console.WriteLine($"识别落后时间{QuTuYanshi}");
                        }
                        QueueSemaphore.Release(); // 通知处理线程有新数据
                        imageData.Dispose();
                    }
                    // 这里不添加休眠，保持最大帧率采集
                    await Task.Delay(CameraSleepTime);
                }
            }
            catch (OperationCanceledException)
            {
                // 线程被取消，正常退出
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 采集异常: {ex.Message}");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 相机回调取图
        /// 与循环取图二选一
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void CameraCaptureLoop(object sender, FrameGrabbedEventArgs e)
        {
            try
            {
                // 将图像放入队列
                ImageQueue.Enqueue(e.FrameOut.Clone() as IFrameOut);
                double QuTuYanshi = (DateTime.Now - TimeStampTools.FromUnixTimestamp((long)e.FrameOut.HostTimeStamp)).TotalMilliseconds;
                //Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 采集到图像,帧号{imageData.FrameNum}");
                if (QuTuYanshi > 12)
                {
                    Console.WriteLine($"识别落后时间{QuTuYanshi}");
                }
                QueueSemaphore.Release(); // 通知处理线程有新数据
                e.FrameOut.Dispose();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 采集异常: {ex.Message}");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 相机回调取图
        /// 更换了存储图像的队列
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void CameraCaptureLoop2(object sender, FrameGrabbedEventArgs e)
        {
            try
            {
                // 将图像放入队列
                ImageRingBuffer.TryEnqueue(e.FrameOut.Clone() as IFrameOut);
                double QuTuYanshi = (DateTime.Now - TimeStampTools.FromUnixTimestamp((long)e.FrameOut.HostTimeStamp)).TotalMilliseconds;
                //Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 采集到图像,帧号{imageData.FrameNum}");
                if (QuTuYanshi > 12)
                {
                    Console.WriteLine($"识别落后时间{QuTuYanshi}");
                }
                if (lastframeNum == -1)
                {
                    lastframeNum = e.FrameOut.FrameNum;
                }
                else if (lastframeNum == e.FrameOut.FrameNum - 1)
                {
                    lastframeNum = e.FrameOut.FrameNum;
                }
                else
                {
                    //丢帧记录
                    TxtLog.log(string.Format("lost frame: Width[{0}] , Height[{1}] , FrameNum[{2}] ，Frevous[{3}]",
                        e.FrameOut.Image.Width, e.FrameOut.Image.Height, e.FrameOut.FrameNum, lastframeNum), 6);
                    Console.WriteLine("lost frame: Width[{0}] , Height[{1}] , FrameNum[{2}] ，Frevous[{3}]",
                        e.FrameOut.Image.Width, e.FrameOut.Image.Height, e.FrameOut.FrameNum, lastframeNum);
                    lastframeNum = e.FrameOut.FrameNum;
                }
                QueueSemaphore.Release(); // 通知处理线程有新数据
                e.FrameOut.Dispose();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 采集异常: {ex.Message}");
            }
        }


        /// <summary>
        /// 图像处理循环
        /// 适用取图频率不高的处理，或者处理速度远快于取图速度的方法
        /// </summary>
        private async void ImageProcessingLoop(CancellationToken token)
        {
            try
            {
                while (!token.IsCancellationRequested)
                {
                    // 等待图像数据
                    await QueueSemaphore.WaitAsync(token);

                    // 从队列获取图像
                    if (ImageQueue.TryDequeue(out IFrameOut imageData))
                    {
                        // 执行图像处理逻辑
                        ProcessImage(imageData, CameraId);
                        imageData.Dispose();

                        // 可以根据队列长度决定是否短暂休眠以避免过度占用CPU
                        if (ImageQueue.Count == 0)
                        {
                            await Task.Delay(1, token); // 短暂让出CPU
                        }
                    }
                }
            }
            catch (OperationCanceledException)
            {
                // 线程被取消，正常退出
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 处理异常: {ex.Message}");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 图像处理循环-引入批处理
        /// 处理速度与取图速度的差不多的时候
        /// </summary>
        /// <param name="token"></param>
        private async void ImageProcessingbatchLoop(CancellationToken token)
        {
            const int batchSize = 5; // 每批处理的最大图像数量
            var batch = new List<IFrameOut>(batchSize); // 存储当前批次的图像

            try
            {
                while (!token.IsCancellationRequested)
                {
                    // 等待至少一张图像数据
                    await QueueSemaphore.WaitAsync(token);

                    // 收集一批图像（严格按队列顺序）
                    while (batch.Count < batchSize && ImageQueue.TryDequeue(out IFrameOut imageData))
                    {
                        batch.Add(imageData);
                        if (ImageQueue.Count > 0)
                        {
                            QueueSemaphore.Release(); // 提前释放信号量，唤醒其他等待线程
                        }
                    }

                    // 顺序处理当前批次的所有图像
                    foreach (var image in batch)
                    {
                        ProcessImage(image, CameraId); // 严格按顺序执行处理逻辑
                        image.Dispose(); // 处理完成后立即释放资源
                    }

                    // 清空当前批次，准备下一轮处理
                    batch.Clear();

                    // 如果队列为空，短暂休眠以避免过度占用CPU
                    if (ImageQueue.Count == 0)
                    {
                        await Task.Delay(1, token); // 固定短时间休眠
                    }
                }
            }
            catch (OperationCanceledException)
            {
                // 线程被取消，正常退出
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 处理异常: {ex.Message}");
            }
        }

        private async void ImageProcessingbatchLoop2(CancellationToken token)
        {
            const int batchSize = 5; // 每批处理的最大图像数量
            var batch = new List<IFrameOut>(batchSize); // 存储当前批次的图像

            try
            {
                while (!token.IsCancellationRequested)
                {
                    // 等待至少一张图像数据
                    await QueueSemaphore.WaitAsync(token);

                    // 收集一批图像（严格按队列顺序）
                    while (batch.Count < batchSize && ImageRingBuffer.TryDequeue(out IFrameOut imageData))
                    {
                        if (imageData == null) continue;
                        batch.Add(imageData);
                        if (ImageRingBuffer.Count > 0)
                        {
                            QueueSemaphore.Release(); // 提前释放信号量，唤醒其他等待线程
                        }
                    }

                    // 顺序处理当前批次的所有图像
                    foreach (var image in batch)
                    {
                        ProcessImage(image, CameraId); // 严格按顺序执行处理逻辑
                        image.Dispose(); // 处理完成后立即释放资源
                    }

                    // 清空当前批次，准备下一轮处理
                    batch.Clear();

                    // 如果队列为空，短暂休眠以避免过度占用CPU
                    if (ImageRingBuffer.Count == 0)
                    {
                        await Task.Delay(1, token); // 固定短时间休眠
                    }
                }
            }
            catch (OperationCanceledException)
            {
                // 线程被取消，正常退出
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"相机 {CameraId} 处理异常: {ex.Message}");
            }
        }
        #endregion
    }
}