Raspberry Camera详解+picamera库+Opencv控制

使用树莓派的摄像头，将树莓派自身提供的picamera的API数据转换为Python Oencv可用图像数据：

# import the necessary packages
from picamera.array import PiRGBArray
from picamera import PiCamera
import time
import cv2
# initialize the camera and grab a reference to the raw camera capture
camera = PiCamera()
camera.resolution = (640, 480)
camera.framerate = 32
camera.hflip = True
camera.vflip = True
rawCapture = PiRGBArray(camera, size=(640, 480))
# allow the camera to warmup
time.sleep(0.1)
# capture frames from the camera
for frame in camera.capture_continuous(rawCapture, format="bgr", use_video_port=True):
    # grab the raw NumPy array representing the image, then initialize the timestamp
    # and occupied/unoccupied text
    image = frame.array
    # show the frame
    cv2.imshow("Frame", image)
    key = cv2.waitKey(1) & 0xFF
    # clear the stream in preparation for the next frame
    rawCapture.truncate(0)
    # if the `q` key was pressed, break from the loop
    if key == ord("q"):
        break

这里简单的讲一下picamera对象的相关内容：

1、首先使用picamera模块当中的PiCamera方法创建返回一个camera的对象：

camera = PiCamera()

2、初始化camera对象当中的相关参数(可设置也可以读取)：

camera.saturation = 80 # 设置图像视频的饱和度
camera.brightness = 50 # 设置图像的亮度(50表示白平衡的状态)
camera.shutter_speed = 6000000 # 相机快门速度
camera.iso = 800 # ISO标准实际上就是来自胶片工业的标准称谓，ISO是衡量胶片对光线敏感程度的标准。如50 ISO, 64 ISO, 100 ISO表示在曝光感应速度上要比高数值的来得慢，高数值ISO是指超过200以上的标准，如200 ISO, 400 ISO
camera.sharpness = 0 #设置图像的锐度值，默认是0，取值范围是-100~100之间
camera.framrate = 32 #这里可能用的Fraction是一个分数模块来存储分数1/6，保证分数运算的精度(记得调用模块：from fractions import Fraction) 
camera.hflip = Ture # 是否进行水平翻转 
camera.vflip = False #是否进行垂直翻转 
camera.rotation = 0 #是否对图像进行旋转 
camera.resolution = (280,160) #设置图像的width和height 
a_gain = camera.analog_gain #这个值表示摄像头传感器件到数字装换之前的模拟信号的增益，格式是Fraction的格式 一般似乎也用不上
d_gain = camera.digital_gain #这个值表示摄像头的数字增益大小 一般似乎也用不上
camera.led = False #值为False那么led为关灯的状态，True为开灯的状态

注：camera.led这个参数在Raspberry 3代上已经不能使用了！原因是说已经将摄像头led的控制GPIO重定向到了外部扩展接口上......所以你修改/boot/config.txt文件的内容也是没用的，当然对于pi3这一代树莓派修改这个文件也是无济于事。无奈啊~

ISO参数介绍：

   感光度，英文名称为 International Organization for Standardization (ISO)，说到相机中的ISO参数不得不提一下胶片速度（Film Speed）。胶片速度是感光胶片对光敏感度的度量。相对而言灵敏度差的胶片，对应一个低速的索引值，这样就会需要对光进行更长的曝光来达到高灵敏胶片的效果，因此称之为低速胶片，高灵敏的胶片称之为高速胶片，设置的范围ISO100到ISO28000。

ISO调节的实验结果（测试条件:Frame_Rate=32 快门速度shutter_speed=6000000 饱和度saturation = 100 图像亮度brightness = 50）

Shutter参数介绍：

    快门，英文名称为Shutter，快门是相机上控制感光片有效曝光时间的一种装置。快门的工作原理是这样的，为了保护相机内的感光器件，不至于曝光，快门总是关闭的；拍摄时,调整好快门速度后，只要按住照相机的快门释放钮（也就是拍照的按钮）,在快门开启与闭合的间隙间,让通过摄影镜头的光线,使照相机内的感光片获得正确的曝光，光穿过快门进入感光器件，写入记忆卡。快门速度一般的表示方法是1/100s、1/30s、2s。

Shutter调节的实验结果（测试条件:Frame_Rate=32 ISO感光度=800 饱和度saturation = 100图像亮度brightness = 50）

Saturation参数介绍：

    所谓的饱和度，指的其实是色彩的纯度，纯度越高，表现越鲜明，纯度较低，表现则较黯淡，色饱和度表示光线的彩色深浅度或鲜艳度，取决于彩色中的白色光含量，白光含量越高，即彩色光含量就越低，色彩饱和度即越低，反之亦然。saturation的取值范围是 0-100之间。

Saturation调节的实验结果（测试条件:Frame_Rate=32 快门速度shutter_speed=6000000 ISO感光度=800 图像亮度brightness = 50） 

Brightness亮度参数介绍：

   色彩亮度（“Color Brightness”）的新标准将用来测量色彩的光输出情况，评价摄像机的色彩表现，用户可根据此标准的规格来更好地了解产品性能。 设置的范围是0-100之间，50表示的是白平衡状态。

Brightness调节的实验结果（测试条件:Frame_Rate=32 快门速度shutter_speed=6000000 ISO感光度=800 饱和度saturation = 100）

Sharpness锐度参数介绍：

    Sharpness决定了图像对细节的表达程度，图像的锐度越高表示图像对物体的边缘和细节的描述越好，从下面的测试结果却是能够看到细节的相关变化却是比较明显。

Sharpness调节的实验结果（测试条件:Frame_Rate=32 ISO感光度=800 饱和度saturation = 0 图像亮度brightness = 50）

光圈参数介绍：(树莓派相机的参数中似乎光圈的大小是固定的，不可以调节，这里列出来记录，方便后面的使用和理解)

   光圈英文名称为Aperture，光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内，光在通过镜头某个位置的多片金属叶片（收拢之后）则能在镜头上就控制光线进入的量。我们平时所说的光圈值 F2.8、F8、F16等是光圈“系数”，是相对光圈，并非光圈的物理孔径，与光圈的物理孔径及镜头到感光器件（胶片或CCD或CMOS）的距离有关。

简单相机的结构图：

相关参数的设置技巧：

1、ISO感光度的设置技巧

• 一般白天光线充足的情况ISO是100到200。
• 在黑暗的条件下（如下雨天），ISO调到300-400，比较暗调到800，灯光非常暗（太阳下山后），调到1000以上，拍夜景（如夜间庆典、演唱会）调到1600以上。
• ISO调到越高，拍出来的照片噪点就越多，所以ISO不是越高越好，只是在光线不足的情况下使用，并且尽可能调低ISO数值。

2、快门速度的设置技巧

• 一般情况下，正常快门速度是在60分之一秒到80分之一秒。
• 拍摄行人、阴天或者日落时候的运动对象快门速度1/125秒。
• 拍摄高速运动的物体或画面，快门速度360/1秒~600/1秒，如拍打篮球的画面。
• 拍摄下落的水滴需要1/1000秒。
• 拍绸缎感的流水，或者夜景汽车灯河用慢速快门。
• 拍运动定格用快速快门。
• 室外光线条件好，则快门可以较快，光线暗则要放慢快门速度。
• 快门数一般是没用常用的，你要是想设置为默认快门，那么就是用A档或是自动挡吧！只有这两个档位是默认快门数。像S档和M档都是可以设置快门速度的。

3、使用camera对象当中的相关函数API：

图像拍照+实时视频

camera.capture('test.jpg', use_video_port = False) # 拍摄一张图片，图片的名称为test.jpg use_video_port用来指定是通过视频接口来使用还是普通的接口，详解如下
camera.capture_continuous(rawCapture, format="bgr", use_video_port=True) # 连续的拍摄一组视频帧，将每一帧都存储在rawCapture这个变量当中，存储的格式是bgr的格式，使用了摄像头的接口

1 capture(output, format=None, use_video_port=False, resize=None, splitter_port=0, bayer=False, **options)  从摄像头中获得一张图像，将这张图像存储在output当中.

2 capture_continuous(output, format=None, use_video_port=False, resize=None, splitter_port=0, burst=False, bayer=False, **options) 从摄像头上获取连续的视频流，相关的参数和上面的函数相似

  参数output是一个用来保存图像数据的区域：

• output为字符串string的时候，表示将得到的数据写入到文件名是string文件当中
• output是一个可以写入的对象时，就相当于将图像的数据追加append到对象的后面
• output也可以是一个具有buffer protocal数据类型的数据（要保证足够大的写入空间来保存图像）

  参数format是表示文件的类型，主要有下面的文件类型：

• 'jpeg' - Write a JPEG file
• 'png' - Write a PNG file
• 'gif' - Write a GIF file
• 'bmp' - Write a Windows bitmap file
• 'yuv' - Write the raw image data to a file in YUV420 format
• 'rgb' - Write the raw image data to a file in 24-bit RGB format
• 'bgr' - Write the raw image data to a file in 24-bit BGR format

  参数use_video_port用来表示获取图像的端口：

• True 表示从视频端口获取图像，这个时候为了保证视频的帧速，画质就会降低
• False 表示从标准的端口获取图像，图像的质量较高，获取的时间较长

下面是Camera拍照的结果对比(注意，这里的相机参数我都没有设置全是默认的参数)：

conclusion：  这里我们明显能够看到，当use_video_port的参数为True和False的图像参数质量的不同之处，所以说在拍照的时候就要记得采用False参数！

视频录像

camera.start_recording('Video.mjpeg',format = 'mjpeg') # 开始进行录制视频的参数设置，param1是录制视频的文件名  param2是设置录制文件的格式 param3是录制视频的尺寸大小，详细如下解释
camera.wait_recording(20) # 启动开始录制，等待总共录制的时间为20s 主要单位是s秒
camera.stop_recording() # 停止视频的录制功能

实验录制结果如下：

 不过看起来效果似乎变暗了，不知道是不是灯光的问题。。。

上面的测试文件为Test_Camera.py 具体的代码我上传到了我博客的文件空间中，大家可以下载使用(总共有三个Section，每调用一个Section的时候去掉注释即可)。

备注：使用摄像头的过程中如果遇到如下的错误说明已经有进程调用了Raspberry的摄像头了，硬件已经被占用，所以不能启动摄像头。

这个时候你只需要关闭对应调用摄像头的进程，释放摄像头的资源就可以继续使用了。

                                                                                                        完~