机器视觉C# 调用相机：从 USB 摄像头到海康工业相机（WinForms & WPF）

🎥 机器视觉C# 调用相机：从 USB 摄像头到海康工业相机（WinForms & WPF）

📝 前言

在工业自动化、医疗影像或简单软件开发中，调用摄像头是一个绕不开的话题。在项目中同时遇到了两种需求：

1. 通用 USB 相机：如笔记本自带摄像头、普通免驱 USB 摄像头。
2. 专业工业相机：如海康威视（Hikvision）的机器视觉相机，需要调用厂商 SDK。

本文将带你分别使用 WinForms 和 WPF 框架，通过 C# 语言实现这两种相机的调用。文章不仅会提供可直接运行的代码，还会附带详细的思路解析和常见踩坑点，希望能为你的项目提供一份可靠的参考。

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🛠 环境准备

• 开发工具：Visual Studio 2022 / 2019
• 目标框架：.NET 6.0 / .NET Framework 4.7.2 及以上
• NuGet 包 ：
  • 通用 USB：OpenCvSharp4.Windows 或 AForge.NET（本文使用 OpenCvSharp）
  • 海康相机：需前往 海康机器人官网 下载 MVS（机器视觉软件）并引用其 SDK。

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第一部分：通用 USB 相机调用（基于 OpenCvSharp）

对于普通的 USB 摄像头，Windows 系统通过 DirectShow 驱动识别。我们可以使用 OpenCvSharp 库来轻松操作。

1. 核心思路

OpenCV 的 VideoCapture 类封装了 DirectShow，只需传入摄像头 ID（通常为 0, 1, 2...）即可打开设备。

2. WinForms 实现（实时显示）

步骤一：安装 NuGet

Install-Package OpenCvSharp4.Windows

步骤二：界面设计

拖拽一个 PictureBox 用于显示画面，一个 Button 用于启动。

步骤三：后台代码

using OpenCvSharp;
using OpenCvSharp.Extensions;
using System;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;

namespace USBCamera_WinForms
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        private VideoCapture _capture;
        private Thread _captureThread;
        private bool _isRunning = false;

        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void btnStart_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (_isRunning) return;

            // 0 代表第一个 USB 摄像头，如果笔记本自带摄像头通常是 0，外接可能是 1
            _capture = new VideoCapture(0);
            if (!_capture.IsOpened())
            {
                MessageBox.Show("无法打开摄像头，请检查设备连接。");
                return;
            }

            _isRunning = true;
            _captureThread = new Thread(CaptureFrame);
            _captureThread.IsBackground = true;
            _captureThread.Start();
        }

        private void CaptureFrame()
        {
            while (_isRunning)
            {
                using (Mat frame = new Mat())
                {
                    _capture.Read(frame);
                    if (frame.Empty()) continue;

                    // 将 OpenCV 的 Mat 转换为 WinForms 的 Bitmap
                    using (Bitmap bitmap = BitmapConverter.ToBitmap(frame))
                    {
                        // 跨线程更新 UI
                        pictureBox1.Invoke(new Action(() =>
                        {
                            pictureBox1.Image?.Dispose(); // 释放旧图像防止内存泄漏
                            pictureBox1.Image = new Bitmap(bitmap);
                        }));
                    }
                }
                Thread.Sleep(30); // 控制帧率约 30fps
            }
        }

        private void Form1_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
        {
            _isRunning = false;
            _captureThread?.Join(1000);
            _capture?.Release();
            _capture?.Dispose();
        }
    }
}

3. WPF 实现

WPF 与 WinForms 不同，不能直接接收 Bitmap。我们需要借助 WriteableBitmap 来实现高性能渲染。

步骤一：界面 XAML

<Window x:Class="USBCamera_WPF.MainWindow"
        xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
        xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
        Title="USB相机 WPF版" Height="450" Width="800">
    <Grid>
        <Image x:Name="videoImage" Stretch="Uniform" Background="Black"/>
        <Button x:Name="btnStart" Content="打开相机" Width="100" Height="30" 
                HorizontalAlignment="Right" VerticalAlignment="Bottom" 
                Margin="10" Click="BtnStart_Click"/>
    </Grid>
</Window>

步骤二：后台逻辑

using OpenCvSharp;
using OpenCvSharp.WpfExtensions;
using System.Threading;
using System.Windows;
using System.Windows.Media.Imaging;

namespace USBCamera_WPF
{
    public partial class MainWindow : Window
    {
        private VideoCapture _capture;
        private Thread _captureThread;
        private volatile bool _isRunning = false;

        public MainWindow()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void BtnStart_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (_isRunning) return;

            _capture = new VideoCapture(0);
            if (!_capture.IsOpened())
            {
                MessageBox.Show("无法打开摄像头");
                return;
            }

            _isRunning = true;
            _captureThread = new Thread(CaptureCamera);
            _captureThread.IsBackground = true;
            _captureThread.Start();
        }

        private void CaptureCamera()
        {
            while (_isRunning)
            {
                using (Mat frame = new Mat())
                {
                    _capture.Read(frame);
                    if (frame.Empty()) continue;

                    // 关键点：Mat 转 WriteableBitmap (WPF 专用)
                    var bitmap = frame.ToWriteableBitmap();

                    // 调度到 UI 线程更新
                    Application.Current.Dispatcher.Invoke(() =>
                    {
                        videoImage.Source = bitmap;
                    });
                }
                Thread.Sleep(30);
            }
        }

        protected override void OnClosing(System.ComponentModel.CancelEventArgs e)
        {
            _isRunning = false;
            _captureThread?.Join(1000);
            _capture?.Release();
            base.OnClosing(e);
        }
    }
}

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第二部分：海康工业相机调用（基于 MVS SDK）

海康的工业相机（如网口或 USB3.0 接口）功能强大，但必须依赖官方 SDK。下面是调用海康相机的基本流程。

1. 环境配置

1. 下载并安装 MVS（机器视觉软件）。
2. 安装完成后，在项目中添加对 MvCameraControl.Net.dll 的引用。
   • 路径通常在：C:\Program Files (x86)\MVS\Development\Bin\
3. 如果是网口相机，请确保 PC 和相机 IP 在同一网段。

2. 核心调用步骤（WinForms & WPF 通用）

这里以 WinForms 为例，展示如何枚举设备、打开相机、注册回调获取图像。

代码示例

using MvCameraControl;
using System;
using System.Drawing;
using System.Windows.Forms;

namespace HikCamera_Demo
{
    public partial class FormHik : Form
    {
        private MyCamera _camera = null;
        private bool _isGrabbing = false;

        public FormHik()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void btnEnum_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            // 1. 枚举设备
            MyCamera.MV_CC_DEVICE_INFO_LIST deviceList = new MyCamera.MV_CC_DEVICE_INFO_LIST();
            int nRet = MyCamera.MV_CC_EnumDevices_NET(MyCamera.MV_GIGE_DEVICE | MyCamera.MV_USB_DEVICE, ref deviceList);
            
            if (nRet != MyCamera.MV_OK || deviceList.nDeviceNum == 0)
            {
                MessageBox.Show("未发现相机！");
                return;
            }

            // 假设取第一个设备
            MyCamera.MV_CC_DEVICE_INFO deviceInfo = (MyCamera.MV_CC_DEVICE_INFO)Marshal.PtrToStructure(deviceList.pDeviceInfo[0], typeof(MyCamera.MV_CC_DEVICE_INFO));
            
            // 2. 创建设备实例
            _camera = new MyCamera();
            nRet = _camera.MV_CC_CreateDevice_NET(ref deviceInfo);
            if (nRet != MyCamera.MV_OK)
            {
                MessageBox.Show("创建设备失败");
                return;
            }

            // 3. 连接设备
            nRet = _camera.MV_CC_OpenDevice_NET();
            if (nRet != MyCamera.MV_OK)
            {
                MessageBox.Show("连接失败");
                return;
            }

            // 4. 设置触发模式为连续（自动出图）
            _camera.MV_CC_SetEnumValue_NET("TriggerMode", 0); // 0: 关, 1: 开

            // 5. 注册图像回调
            _camera.MV_CC_RegisterImageCallBack_NET(ImageCallback, IntPtr.Zero);

            // 6. 开始采集
            _camera.MV_CC_StartGrabbing_NET();
            _isGrabbing = true;
            
            btnEnum.Enabled = false;
            MessageBox.Show("相机启动成功");
        }

        // 图像回调函数（在 SDK 子线程中执行）
        private void ImageCallback(IntPtr pData, ref MyCamera.MV_FRAME_OUT_INFO_EX pFrameInfo, IntPtr pUser)
        {
            if (!_isGrabbing) return;

            try
            {
                // 将原始数据转换为 Bitmap
                // 根据像素格式进行转换，这里是简单示例（假设是 BGR8）
                byte[] buffer = new byte[pFrameInfo.nFrameLen];
                Marshal.Copy(pData, buffer, 0, (int)pFrameInfo.nFrameLen);

                // 根据宽高创建 Bitmap
                Bitmap bitmap = new Bitmap((int)pFrameInfo.nWidth, (int)pFrameInfo.nHeight, System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format24bppRgb);
                System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpData = bitmap.LockBits(new Rectangle(0, 0, bitmap.Width, bitmap.Height), System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.WriteOnly, bitmap.PixelFormat);
                Marshal.Copy(buffer, 0, bmpData.Scan0, (int)pFrameInfo.nFrameLen);
                bitmap.UnlockBits(bmpData);

                // 更新 UI（注意跨线程）
                pictureBox1.Invoke(new Action(() =>
                {
                    pictureBox1.Image?.Dispose();
                    pictureBox1.Image = bitmap;
                }));
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine("回调异常：" + ex.Message);
            }
        }

        private void FormHik_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
        {
            if (_camera != null)
            {
                _isGrabbing = false;
                _camera.MV_CC_StopGrabbing_NET();
                _camera.MV_CC_CloseDevice_NET();
                _camera.MV_CC_DestroyDevice_NET();
            }
        }
    }
}

⚠️ 注意：

1. 海康 SDK 的像素格式（PixelFormat）很多（如 Mono8、BayerRG8、RGB24），必须根据相机实际设置进行转换。
2. 回调函数是非 UI 线程，更新图像时必须使用 Invoke 或 Dispatcher。
3. 记得在项目属性中勾选"允许不安全代码"（如果使用指针操作）。

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📚 参考文档与资源

1. OpenCV 官方文档 ：https://docs.opencv.org/
2. OpenCvSharp GitHub ：https://github.com/shimat/opencvsharp
3. 海康机器人 MVS 开发指南 ：安装 MVS 后，在 Development\Doc 目录下有详细的《SDK 开发指南.pdf》。
4. DirectShow 替代方案 ：如果不想用 OpenCV，也可以使用 AForge.NET 或 MediaCapture（UWP），但 OpenCV 的跨平台性和功能完整性更强。

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🧩 总结与避坑指南

1. 框架选择建议

• WinForms：开发速度快，适合简单的工业软件原型，但界面美观度稍逊。
• WPF：界面设计灵活，支持 MVVM 模式，适合复杂交互的桌面应用。

2. 常见问题

• 相机打开失败：检查相机是否被其他软件占用（如系统相机应用、其他调试程序）。
• 内存泄漏 ：在实时显示时，务必释放旧的 Bitmap 或 WriteableBitmap 对象，否则内存会持续飙升。
• 海康相机找不到 ：
  • 网口相机：关闭防火墙，固定 IP。
  • USB 相机：安装 MVS 自带的驱动（通过 MVS 工具卸载系统的 UVC 驱动，安装厂商驱动）。

3. 性能优化

• 使用 Queue 缓冲机制处理回调，避免 UI 渲染阻塞相机回调线程。
• 对于高分辨率相机，建议将图像缩放后再显示，减轻 UI 压力。

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🚀 结语

本文覆盖了从简单的 USB 摄像头到专业的海康工业相机在 C# 中的调用方法，并分别给出了 WinForms 和 WPF 的示例。希望这篇博客能帮助你快速上手相机的开发。

如果你在实现过程中遇到任何问题，欢迎在评论区留言交流！

Happy Coding! 🎉