RPi Camera (F)

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RPi-Camera-F
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功能简介
特性 500万像素 带红外 可调焦
模组 OV5647
视场角 75.7
' 无特性,不解释
' 无特性,不解释
接口 CSI

硬件连接

要测试树莓派摄像头,需要给树莓派接入HDMI屏幕或者DSI屏幕

树莓派主板上的CSI (摄像头) 和 DSI (显示器) 两个接口的封装是相似的,接线的时候注意不要接错了。CSI接口在音频接口和HDMI接口中间, 树莓派Zero系列的摄像头接口在Power接口边上。 如果你使用的计算模块,具体以底板的布局为准。

  • 接入树莓派5
将排线的金属面朝向有线网口位置,插入接口
Pi5有两个CSI接口,任意口都可以接入
Pi5-IMX219-77-details-5.jpg
  • 接入树莓派Zero 系列
将排线的金属面朝下,接入摄像头接口
RPi-Camera-F-5.jpg
  • 其他树莓派主板
将排线的金属面朝向HDMI接口,接入摄像头接口
RPi-Camera-F-4.jpg

关于型号

感光芯片型号 支持的树莓派主板型号 支持的驱动类型
OV5647 所有树莓派主板 libcamera / Raspicam
OV9281 所有树莓派主板 libcamera
IMX219 (树莓派官方) 所有树莓派主板 libcamera / Raspicam
IMX219 (第三方) 树莓派计算模块 libcamera
IMX290/ IMX327 所有树莓派主板 libcamera
IMX378 所有树莓派主板 libcamera
IMX477 (树莓派官方) 所有树莓派主板 libcamera / Raspicam
IMX477 (第三方) 树莓派计算模块 libcamera
IMX519 树莓派主板 libcamera(另装驱动)
IMX708 (树莓派Camera Module 3) 所有树莓派主板 libcamera
IMX296(树莓派Global Camera) 所有树莓派主板 libcamera


测试摄像头

软件配置

如果使用的是最新的Raspberry Pi Camera Module 3 或者Raspberry Pi Global Shutter Camera,需要运行以下指令进行系统更新(需要联网操作).

sudo apt-get update -y
sudo apt-get upgrade -y

如果只调用一个摄像头,请将摄像头接入到CAM1口.
如果使用的是是非树莓派官方的摄像头,均需要另外配置config.txt 文件.
如果使用的是最新的Bookworm系统,需要配置的是/boot/firmware/config.txt。

sudo nano /boot/config.txt
#如果是bookworm系统
sudo nano /boot/firmware/config.txt

找到camera-auto-detect=1 语句,修改为 camera_auto_detect=0

在文件结尾,根据摄像头型号加入以下设置语句

型号 设置语句
OV9281 dtoverlay=ov9281
IMX290/IMX327 dtoverlay=imx290,clock-frequency=37125000
IMX378 dtoverlay=imx378
I.MX219 dtoverlay=imx219
IMX477 dtoverlay=imx477
IMX708 dtoverlay=imx708
双目摄像头配置
  • 目前CM4底板和树莓派5均支持接入两路摄像头
  • 如果用户需要同时接入两路摄像头调用,可以在对应的摄像头配置语句后面加入cam0和cam1指定摄像头。
    • 例如,如果同时接入imx219在cam0接口,ov5647摄像头接口在cam1
dtoverlay=imx219,cam0
dtoverlay=ov5647,cam1

测试摄像头指令

打开树莓派终端,并开启摄像头预览:
sudo libcamera-hello -t 0

如果要关掉预览窗口,可以直接组合按键Alt-F4,或者点击x关掉。 也可以回到终端界面,用ctrl-c终止程序。
注:如果是Camera module 3,会开启自动对焦功能

测试双目摄像头
  • 测试双目摄像头的时候,需要加--camera 指定摄像头,不加该参数设置默认指定cam0
sudo libcamera-hello -t 0 --camera 0
sudo libcamera-hello -t 0 --camera 1

前言

树莓派镜像在Bullseye版本之后,底层的树莓派驱动由Raspicam切换成libcamera。libcamera是一个开源的软件栈(后面会称呼做驱动,方便理解),方便于第三方移植和开发自己的摄像头驱动。截止到20231211,官方已经针对libcamera提供了pycamera2库,方便用户使用Python程序调用

调用摄像头

libcamera软件栈提供了六个指令方便用户预览测试摄像头接口.

libcamera-hello

这个是一个简单的“hello world" 程序,用来预览摄像头并将摄像头画面显示在屏幕上。

使用示例
libcamera-hello

这个指令会在屏幕上预览摄像头大概5秒时间,用户可以用-t <duration>参数来设置预览的时间, 其中<duration>的单位是毫秒,如果设置为0的话就是保持一直预览。比如:

libcamera-hello -t 0
调谐文件

树莓派的libcamera驱动会针对不同的摄像头模块调用一个调谐文件,调谐文件中提供了各种参数,器调用摄像头的时候,libcamera会调用调谐文件中的参数,结合算法对图像进行处理最终输出成预览画面。由于libcamera驱动只能自动感光芯片信号,但是摄像头的最终显示效果还会受整个模块的影响,调谐文件的使用就是为了可以灵活处理不同模块的摄像头,调整提高图像质量。
如果在使用默认调谐文件的情况下,摄像头的输出图像不理想的话,用户可以通过调用自定义的调谐文件来对图像进行调整。比如,如果你使用的是官方的NOIR版本摄像头,相对于于Raspberry Pi Camera V2 常规款,NOIR摄像头可能需要不同的白平衡参数,这种情况下就可以通过调用调谐文件来进行切换。

libcamera-hello --tuning-file /usr/share/libcamera/ipa/raspberrypi/imx219_noir.json

用户可以复制默认的调谐文件,根据自己的需求进行修改。
备注:调谐文件的使用适用于其他的libcamera指令,后续指令中就不再做介绍

预览窗口

大部分的libcamera指令都会显示一个预览窗口在屏幕上,用户可以通过--info-text 参数来自定义预览窗口的标题信息, 同时也可以通过%directives 调用一些摄像头参数并显示在窗口上
比如如果使用HQ Camera: 可以通过--info-txe "%focus" 在窗口上显示摄像头的焦距

libcamera-hello --info-text "focus %focus"

备注:更多关于参数的设置,可以参考后续的指令参数设置章节

libcamera-jpeg

libcamera-jpeg 是一个简单的静态图片拍摄程序,不同于libcamera-still的复杂功能,libcamera-jpeg代码更简洁,并且有很多相同的功能来完成图片拍摄。

拍摄一张全像素的JPEG图像
libcamera-jpeg -o test.jpg

这个拍摄指令会显示一个5秒左右的预览串口,然后拍摄一张全像素的JPEG图像,保存为test.jpg
用户可以通过-t 参数来设置预览时间,同时可以通过--width 和 --height来设置拍摄图像的分辨率。例如:

libcamera-jpeg -o test.jpg -t 2000 --width 640 --height 480
曝光控制

所有的libcamera指令都允许用户自己设置快门时间和增益,比如:

libcamera-jpeg -o test.jpg -t 2000 --shutter 20000 --gain 1.5

这个指令会拍摄一张图像,拍摄中会曝光20ms并且摄像头增益被设置为1.5倍。设置的增益参数,会首先设置感光芯片内部的模拟增益参数,如果设置的增益超过了驱动内置的最大的模拟增益的数值,会先设置芯片的最大模拟增益,然后将剩下的增益倍数作为数字增益来生效。
备注:数字增益是通过ISP(图像信号处理)来实现的,并非是直接调整芯片内置寄存器。正常情况下,默认的数字增益趋近于1.0,除非是有有以下三种情况。

  1. 整体的增益参数需求,也就是当模拟增益无法满足设定的增益参数需求的时候,会需要数字增益来做补偿
  2. 其中一个颜色增益小于1 (颜色增益是通过数字增益来实现的),在这种情况下, 最后获得增益就是稳定为 1/min(red_gain, blue_gain), 也就是实际是上应用了统一的数字增益, 且是其中一个颜色通道的增益值(非绿色通道)。
  3. AEC/AGC被修改了。如果AEC/AGC有变化的时候, 数值增益也会一定程度上会发生变化,从何来来消除任何波动,但是这种变化会被快速恢复到"正常"值

树莓派的AEC/AGX算法允许程序指定曝光补偿,也就是通过设置光圈数值来调整图像的亮度。比如:

libcamera-jpeg --ev -0.5 -o darker.jpg
libcamera-jpeg --ev 0 -o normal.jpg
libcamera-jpeg --ev 0.5 -o brighter.jpg

libcamera-still

libcamera-still和libcamera-jpeg非常相似,不同的是libcamera继承了更多raspistill的功能。和之前一样,用户可以用以下指令拍摄一张图片.

测试指令
libcamera-still -o test.jpg
编码器

libcamea-still支持不同格式的图像文件,可以支持png和bmp编码,也支持直接不带编码或者任何图像格式地将RGB或者YUV像素的二进制转储保存成文件。如果是直接保存RGB或者YUV数据,程序在读取此类文件的时候必须了解文件的像素排列方式。

libcamera-still -e png -o test.png
libcamera-still -e bmp -o test.bmp
libcamera-still -e rgb -o test.data
libcamera-still -e yuv420 -o test.data

备注:图像保存的格式是通过-e参数控制的, 如果没有调用-e参数设置的话,默认按照输出的文件名的格式保存。

原始图像拍摄

原始图像(Raw image)图像就是直接图像传感器输出的图像, 没有经过任何ISP或者CPU处理。对于彩色相机传感器,一般来说原始图像的输出格式是Bayer. 注意原始图和我们之前说的位编码的RGB和YUV图像不同,RGB和YUV也是经过ISP处理后的图像的。
拍摄一张原始图像的指令:

libcamera-still -r -o test.jpg

原始图像一般是以DNG (Adobe digital Negative) 格式保存的,DNG格式可以兼容大部分标准程序, 比如dcraw 或者RawTherapee. 原始图像会被保存为.dng后缀的相同名字的文件,比如如果运行上面的指令,为被另存为test.dng, 并同时生成一张jpeg文件。DNG文件中包含了已图像获取有关的元数据, 比如白平衡数据,ISP颜色矩阵等, 下面是用exiftool工具显示的元数据编码信息:

File Name                       : test.dng
Directory                       : .
File Size                       : 24 MB
File Modification Date/Time     : 2021:08:17 16:36:18+01:00
File Access Date/Time           : 2021:08:17 16:36:18+01:00
File Inode Change Date/Time     : 2021:08:17 16:36:18+01:00
File Permissions                : rw-r--r--
File Type                       : DNG
File Type Extension             : dng
MIME Type                       : image/x-adobe-dng
Exif Byte Order                 : Little-endian (Intel, II)
Make                            : Raspberry Pi
Camera Model Name               : /base/soc/i2c0mux/i2c@1/imx477@1a
Orientation                     : Horizontal (normal)
Software                        : libcamera-still
Subfile Type                    : Full-resolution Image
Image Width                     : 4056
Image Height                    : 3040
Bits Per Sample                 : 16
Compression                     : Uncompressed
Photometric Interpretation      : Color Filter Array
Samples Per Pixel               : 1
Planar Configuration            : Chunky
CFA Repeat Pattern Dim          : 2 2
CFA Pattern 2                   : 2 1 1 0
Black Level Repeat Dim          : 2 2
Black Level                     : 256 256 256 256
White Level                     : 4095
DNG Version                     : 1.1.0.0
DNG Backward Version            : 1.0.0.0
Unique Camera Model             : /base/soc/i2c0mux/i2c@1/imx477@1a
Color Matrix 1                  : 0.8545269369 -0.2382823821 -0.09044229197 -0.1890484985 1.063961506 0.1062747385 -0.01334283455 0.1440163847 0.2593136724
As Shot Neutral                 : 0.4754476844 1 0.413686484
Calibration Illuminant 1        : D65
Strip Offsets                   : 0
Strip Byte Counts               : 0
Exposure Time                   : 1/20
ISO                             : 400
CFA Pattern                     : [Blue,Green][Green,Red]
Image Size                      : 4056x3040
Megapixels                      : 12.3
Shutter Speed                   : 1/20
超长曝光

如果要拍摄一张超长曝光的图片,我们需要禁用AEC/AGC和白平衡,否则这些算法会导致图片在收敛的时候多等待很多帧数据。禁用这些算法需要另设置显式值,另外, 用户可以通过--immediate设置来跳过预览过程。
这里是拍摄一张曝光100秒的图像指令:

libcamera-still -o long_exposure.jpg --shutter 100000000 --gain 1 --awbgains 1,1 --immediate

备注:几款官方摄像头的最长曝光时间参考表格.

模块 最长曝光时间(s)
V1(OV5647) 6
V2(IMX219) 11.76
V3(IMX708) 112
HQ(IMX477) 670

libcamera-vid

libcamera-vid是一个视频录制程序, 默认使用的是树莓派的硬件H.264编码器。这个程序运行之后会在屏幕上显示一个预览窗口,同时将比特流编码输出到指定文件。比如,录制一个10s的视频。

libcamera-vid -t 10000 -o test.h264

如果要查看视频可以用vlc来进行播放

vlc test.h264

备注:录制的是未打包的视频流, 用户可以使用--save-pts 设置输出时间戳,方便后续将比特流转成其他视频格式。

libcamera-vid -o test.h264 --save-pts timestamps.txt

如果想要输出mkv文件,可以用以下指令:

mkvmerge -o test.mkv --timecodes 0:timestamps.txt test.h264
编码器

树莓派支持JPEG格式以及没有压缩和格式的YUV420:

libcamera-vid -t 10000 --codec mjpeg -o test.mjpeg
libcamera-vid -t 10000 --codec yuv420 -o test.data

--codec选项设置的是输出格式,而不是输出文件的扩展名。
使用--segment参数可以将输出文件分割成段(单位是ms),适用于需要脚JPEG视频流分割成单独的时间比较短(大概1ms)的JPEG文件

libcamera-vid -t 10000 --codec mjpeg --segment 1 -o test%05d.jpeg
UDP 视频流传输

可以使用UDP进行视频流传输,树莓派端运行(server):

libcamera-vid -t 0 --inline -o udp://<ip-addr>:<port>

其中<ip-addr>需要替换成实际的客户端IP地址或者组播地址。
在客户端(client),输入以下指令进行视频流获取和显示(两个指令使用一种即可);

vlc udp://@:<port> :demux=h264
vlc udp://@:<port> :demux=h264

注意:port需要跟你在树莓派端设置的一致

TCP视频流传输

可以使用TCp进行视频流传输, 树莓派端运行(server):

libcamera-vid -t 0 --inline --listen -o tcp://0.0.0.0:<port>

客户端(client)运行:

vlc tcp/h264://<ip-addr-of-server>:<port> #两条指令选一条即可
ffplay tcp://<ip-addr-of-server>:<port> -vf "setpts=N/30" -fflags nobuffer -flags low_delay -framedrop
RTSP视频流传输

在树莓派上,通常使用vlc来对RTSP视频流做处理,

libcamera-vid -t 0 --inline -o - | cvlc stream:///dev/stdin --sout '#rtp{sdp=rtsp://:8554/stream1}' :demux=h264

播放端,可以运行以下任一条指令:

vlc rtsp://<ip-addr-of-server>:8554/stream1
ffplay rtsp://<ip-addr-of-server>:8554/stream1 -vf "setpts=N/30" -fflags nobuffer -flags low_delay -framedrop

在所有预览指令中,如果想要关掉树莓派端的预览窗口,可以用参数-n(--nopreview)设置。另外注意--inline参数的设置,改设置会强制将视频流的报头信息包含在每个 I (intra)帧中,这个设置可以让客户端在丢失视频头的情况下仍然可以正确解析视频流。

高帧率模式

如果使用libcamera-vid指令录制高帧率视频(一般高于60fps),同时减少丢帧情况,需要注意以下几点:

  1. H.264 的目标级别需要设置成4.2, 可以使用--level 4.2 参数设置
  2. 必须关闭彩色降噪功能,可以使用--denoise cdn_off参数设置
  3. 如果设置的帧率高于100fps,关掉预览窗口,释放更多CPU资源,避免丢帧。可以使用参数-n设置
  4. 建议在/boot/config.txt文件中添加设置force_turbo=1, 来保证视频流或中中,CPU时钟不会被限制
  5. 调整ISP输出分辨率,使用-width 1280 --height 720 设置分辨率,或者设置成更低的分辨率,具体以摄像头型号为准。
  6. 如果你使用的是Pi 4或这个更高性能的型号,可以在/boot/config.txt文件中添加设置gpu_freq=550或者更高,来对主板GPU进行超频,来达到更高的性能效果。

例如,录制 1280 x720 120fps视频。

libcamera-vid --level 4.2 --framerate 120 --width 1280 --height 720 --save-pts timestamp.pts -o video.264 -t 10000 --denoise cdn_off -n

libcamera-raw

libcamera-raw类似于视频录制程序,不同的地方时,libcamera-raw录制的是直接传感器输出的Bayer格式的数据,也就是原始图像数据。libcamera-raw不会显示预览窗口。比如录制一个2秒的原始数据片段.

libcamera-raw -t 2000 -o test.raw

程序会在没有格式信息的情况下直接转储原始帧, 程序会将像素格式和图像尺寸直接打印在终端,用户可以根据输出的数据查看像素数据.
默认情况下,程序会将原始帧保存成一个文件,文件通常比较大,用户可以通过--segement参数将文件进行分割。

libcamera-raw -t 2000 --segment 1 -o test%05d.raw

如果内存条件比较好(比如使用SSD), libcamera-raw可以以大概10帧每秒的速度将官方的HQ Camera的数据(大概18MB每帧)写入到硬盘中, 为了达到这个速度,程序写入的是没有格式化过的原始帧,没有办法像libcamera-still那样保存成DNG文件。 如果想要确保不出现丢帧的情况,可以使用--framerate 降低帧率。

libcamera-raw -t 5000 --width 4056 --height 3040 -o test.raw --framerate 8

通用的指令设置选项

通用的指令设置选项适用于libcamera的所有指令

--help, 	-h

打印程序帮助信息,可以打印每个程序指令的可用设置选项,然后退出.

--version

打印软件版本,打印libcamera和libcamera-app的软件版本,然后退出.

--list-cameras

显示识别到的可支持的摄像头。 比如:

Available cameras
-----------------
0 : imx219 [3280x2464] (/base/soc/i2c0mux/i2c@1/imx219@10)
    Modes: 'SRGGB10_CSI2P' : 640x480 [206.65 fps - (1000, 752)/1280x960 crop]
                             1640x1232 [41.85 fps - (0, 0)/3280x2464 crop]
                             1920x1080 [47.57 fps - (680, 692)/1920x1080 crop]
                             3280x2464 [21.19 fps - (0, 0)/3280x2464 crop]
           'SRGGB8' : 640x480 [206.65 fps - (1000, 752)/1280x960 crop]
                      1640x1232 [41.85 fps - (0, 0)/3280x2464 crop]
                      1920x1080 [47.57 fps - (680, 692)/1920x1080 crop]
                      3280x2464 [21.19 fps - (0, 0)/3280x2464 crop]
1 : imx477 [4056x3040] (/base/soc/i2c0mux/i2c@1/imx477@1a)
    Modes: 'SRGGB10_CSI2P' : 1332x990 [120.05 fps - (696, 528)/2664x1980 crop]
           'SRGGB12_CSI2P' : 2028x1080 [50.03 fps - (0, 440)/4056x2160 crop]
                             2028x1520 [40.01 fps - (0, 0)/4056x3040 crop]
                             4056x3040 [10.00 fps - (0, 0)/4056x3040 crop]

按照打印的信息, IMX219摄像头后缀0, IM新477摄像头后缀1. 在调用摄像头的时候,就可以对应的后缀进行指定

--camera

指定摄像头,对应的后缀可以参考指令--list-camera的打印信息。
比如: libcamera-hello -c config.txt
其中的设置文件中,一行一个设置参数,用key=value的格式:

timeout=99000
verbose=
--config,	-c

一般情况下,我们可以通过指令直接设置摄像头参数,这里使用--config参数,可以指定设置文件,直接读取文件中的设置参数来对摄像头预览效果进行设置

--timeout, 	-t

-t选项 设置了libcamera程序运行时间, 如果运行的是视频录制指令,timeout选项设置的是录制时长,如果运行的是图像拍摄指令,timeout设置的拍摄并输出图像之前的预览时间。
如果在运行libcamera程序的时候没有设置timeout,默认的timeout数值就是5000(5秒), 如果将timeout设置为0,那程序就会一直运行。
示例: libcamera-hello -t 0

--preview,  -p

-p 设置预览预览窗口大小以及窗口的位置(则合格设置在 X和DRM版本的窗口中都有效), 设置格式为 --preview <x. y, w, h> 其中x y设置预览窗口在显示屏上的坐标位置, w和h设置的是预览窗口的宽度和长度
预览串口的设置不会影响摄像头图像预览的分辨率和宽高比。 程序会将预览图像缩放到预览窗口中显示,并会按照原来的图像宽高比做适配。
示例: libcamera-hello -p 100,100,500,500

--fullscreen, -f

-f选项设置预览窗口全屏显示,全屏显示模式的预览窗口和边框。同-p一样,不会影响分辨率和宽高比,会自动适配。
示例: libcamera-still -f -o test.jpg

--qt-preview

使用基于QT框架的预览窗口, 正常情况下不推荐用这个设置,因为这个预览程序不会使用零拷贝缓冲区共享以及GPU加速, 这个会导致占用资源过高。 QT预览窗口支持X转发(默认预览程序不支持).
Qt预览串口不支持--fullscreen设置选项, 如果用户要使用Qt预览,建议保持小预览窗口,避免资源占用过高影响系统正常运行。
示例: libcamera-hello --qt-preview

--nopreview, -n

不预览图像。这个设置会关掉图像预览功能.
示例:libcamera-hello -n

--info-text

设置预览窗口的标题和信息显示(只在X图形窗口下有效)使用格式为 --info-text <string>。调用改选项,有多个参数可以设置,参数通常以%指令格式调用。 程序会按照指令调用图形元数据中的对应数值。
如果没有指定窗口信息,默认的--info-text设置为 "#%frame (%fps fps) exp %exp ag %ag dg %dg"
示例: libcamera-hello --info-test "Focus measure: %focus 可用参数:

指令 说明
%frame 帧序列号
%fps 瞬时帧速率
%exp 捕捉图像时的快门速度, 单位是ms
%ag 感光芯片控制的图像模拟增益
%dg 通过ISP控制的图像数值增益
%rg 每个像素点红色组件的增益
%bg 每个像素点蓝色组件的增益
%focus 图像的角点度量,数值越大表示图像越清晰
%lp 当前镜头的屈光度 (1/米为单位的距离)
%afstate 自动对焦状态 (idle, scanning, focused, failed)
--width
--height

这两个参数分别设置图像的宽度和高度。对于libcamera-still, libcamera-jpeg和libcamera-vid指令,这两个参数可以设置输出图像/视频的分辨率。
如果使用libcamera-raw指令,这两个参数会影响获取的元数据帧的大小。 摄像头有一个2x2的分块读取模式,如果设置的分辨率小于分开模式, 摄像头会按照2x2的分块大小获取元数据帧。
libcamera-hello无法指定分辨率.< br /> 示例:
libcamera-vid -o test.h264 --width 1920 --height 1080 录制1080p视频
libcamera-still -r -o test.jpg --width 2028 --height 1520 拍摄一张分辨率为2028x1520的JPEG图像。

--viewfinder-width
--viewfinder-height

这个设置选项也是用来设置图像的分辨率,不同的是只设置的预览的图像大小。并不会影响最终输出的图像或者视频的分辨率。 预览图像大小的设备不会影响预览窗口尺寸,会根据窗口适配。
示例: libcamera-hello --viewfinder-width 640 --viewfinder-height 480

--rawfull

这个设置强制感光芯片活了--width和--height的设置, 在全分辨率读取模式下输出静态图像和视频。这个设置libcamera-hello无效。
使用该设置,会牺牲帧率。全分辨率模式下,帧读取速度会比较慢。
示例: libcamera-raw -t 2000 --segment 1 --rawfull -o test%03d.raw 示例指令会捕获多张全分辨率模式下的元数据帧。 如果你使用的是HQ摄像头。 每个帧的大小为18MB, 而如果没有设置--rawfull, HQ摄像头默认的是2x2模式, 每帧的数据大小只有4.5MB.

--mode

这个参数比rawfull更通用,用于设置摄像头模式,使用的时候,需要指定宽度,高度,位深度和打包模式,并用冒号分割。设置的数值不一定要完全精确,系统会自动匹配最接近的数值,另外位深度和打包模式是可设置的(默认为12 和 P 表示打包)

  • 4056:3040:12:P - 4056x3040分辨率,12bit每像素, 打包。打包意味着原始图像数据会在缓冲区被打包,这种情况下,两个像素点仅会占用3个字节,可以节省内存
  • 1632:1224:10 - 1632x1224分辨率,10bit每像素, 默认打包。10-bit 打包的模式下,4个像素点数据会占用5 bytes.
  • 2592:1944:10:U -2592x1944分辨率,10bits每像素,不打包。不打包的情况下,每个限速会占用2bytes内存,这种情况下,最高的6 bits会被设置为0
  • 3262:2448 -3264x2448分辨率, 默认使用12bits和打包模式。 但是,如果摄像头型号,比如Camera V2 (IMX219)不支持12bits模式,系统会自动选择为10bits模式
--viewfinder-mode       #Specify sensor mode, given as <width>:<height>:<bit-depth>:<packing>

--mode参数是用来在录制视频和拍摄静态图像的时候设置摄像头模式,如果想要在预览的时候设置,可以用--viewfinder-mode参数

--lores-width
--lores-height	

这个两个选项设置低分辨率图像。 低分辨率数据流会压缩图像,导致图像的纵横比改变。在使用libcamera-vid录制视频的时候,如果设置了低分辨率,会禁用掉颜色去噪处理等功能。
示例: libcamera-hello --lores-width 224 --lores-height 224 注意,低分辨率设置通常要结合图像后处理使用,否则效用不大。

--hflip   #水平翻转图像
--vflip    #垂直翻转图像
--rotation     #根据给出的角度,水平或者垂直翻转图像 <angle>

这三个选项用来翻转图像。 --rotation的参数目前只支持0 和180, 其实就是相当于--hflip和--vflip.
示例: libcamera-hello --vflip --hflip

--roi   #裁剪图像<x, y, w, h>

--roi允许用户从传感器提供的完整图像中根据坐标裁剪自己想要的图像区域,也就是数字缩放,注意坐标值要是在有效范围的。 比如 --roi 0, 0, 1, 1就是无效的指令。
示例:libcamera-hello --roi 0.25,0.25,0.5,0.5 示例指令会从图像中心裁剪1/4图像出来。

--hdr				Run the camera in HDR mode (supported cameras only)

hdr参数用来设置摄像头的宽动态模式。这个设置只有在摄像头支持宽动态的情况下才能生效。你可以使用--list-camera来查看摄像头是否支持hdr模式

--sharpness #设置图像的锐度 <number>

通过<number>数值调整图像的锐度。 如果设置为0,就是不应用锐化。 如果设置的值超过1.0,会使用而外的锐化量。
示例: libcamera-still -o test.jpg --sharpness 2.0

--contrast  #设置图像对比度 <number>

示例: libcamera-still -o test.jpg --contrast 1.5

--brightness  #设置图像亮度<number>

设置范围是-1.0 ~ 1.0
示例: libcamera-still -o test.jpg --brightness 0.2

--saturation  #设置图像色彩饱和度 <number>

示例:libcamera-still -o test.jpg --saturation 0.8

--ev  #设置EV补偿<number>

以光圈为单位来设置图像的EV补偿,设置范围是-10 ~ 10, 默认值是0. 程序通过提高获奖度AEC/AGC算法的目标方式来作用。
示例:libcamera-still -o test.jpg --ev 0.3

--shutter  #设置曝光时间 ,单位是ms <number>

注意:如果相机的帧率太快,可能会导致无法按照设定的快门时间工作,如果遇到这种情况,可以尝试用--framerate来降低帧速率。
示例:libcamera-hello --shutter 30000

--gain  #设置增益值 (数值增益和模拟增益组合) <number>
--analoggain  #--gain的代名词

--analoggain和--gain是一样的,使用analoggain只是为了兼容raspicam的程序。

--metering  #设置测光模式 <string>

设置AEC/AGC算法的测光模式, 可用的参数有:

  • centre - 中心测光 (默认)
  • spot -点测光
  • averag -平均或者全幅测光
  • custom -自定义测光模式, 可以通过调谐文件设置

示例:libcamera-still -o test.jpg --metering spot

--exposure   #设置曝光配置文件 <string>

曝光模式可以设置为normal或者sport. 这两种模式的报告配置文件不会影响图像的整体曝光,但是如果是sport模式的话,程序会缩短曝光时间和提高正义来达到同样的曝光效果。
示例:libcamera-still -o test.jpg --exposure sport

--awb  #设置白平衡模式<string>

可用的白平衡模式:

模式 色温
auto 2500K ~ 8000K
incadescent 2500K ~ 3000K
tungsten 3000K ~3500K
fluorescent 4000K ~ 4700K
indoor 3000K ~ 5000K
daylight 5500K ~ 6500 K
cloudy 7000K ~ 8500K
custom 自定义范围, 通过调谐文件设置

示例: libamera-still -o test.jpg --awb tungsten

--awbgains   #设置固定的颜色增益<number,number>

设置红色和蓝色增益。
示例: libcamera-still -o test.jpg --awbgains 1.5, 2.0

--denoise  #设置去噪模式 <string>

支持的去噪模式:

  • auto -默认模式, 使用标准空间去噪, 如果是视频,会使用快速色彩降噪,拍摄静态图片的时候会使用高质量的色彩降噪。预览图像不会使用任何色彩去噪
  • off - 关闭空间去噪和色彩去噪
  • cdn_off -关闭色彩去噪
  • cdn_fast - 使用快速色彩去噪
  • cdn_hq - 使用高质量色彩去噪,不适用于视频录制。

示例: libcamera-vid -o test.h264 --denoise cdn_off

--tuning-file #指定摄像头调谐文件 <string>

关于更多调谐文件的说明, 可以参考官方教程
示例: libcamera-hello --tuning-file ~/my~camera-tuning.json

--autofocus-mode			Specify the autofocus mode <string>

设置自动对焦模式。

  • default -默认情况下,摄像头会凯子连续自动对焦模式,除非设置了--lens-position 或者 --autofocus-on-capture 手动对焦的方式
  • manual -手动对焦模式,可以通过--lens-position来设置对焦位置
  • auto -只有在开启摄像头的时候会做一次对焦,其他情况下不调整对焦。(如果使用的是libcamera-still指令,只有使用--autofocus-on-capture情况下,会在拍照前做一次对焦)
  • continuous -摄像头会根据场景变化,自动调整对焦位置
--autofocus-range   Specify the autofocus range <string>

设置自动对焦范围

  • normal --默认项, 从最近到无穷远
  • macro -微距模式,只对近处的物体对焦。
  • full -全距离模式,对最近物体调整到无穷远
--autofocus-speed   Specify the autofocus speed <string>

设置对焦速度。

  • normal -默认项,正常速度
  • fast -快速对焦模式
--autofocus-window   --autofocus-window

显示对焦窗口,需要设置x,y,width, height, 其中的坐标值设置是根据图像的比例来的。比如--autofocus-window 0.25,0.25,0.5,0.5 会设置一个窗口,这个窗口大小是图像的一半,并且在居中位置。

--lens-position	    Set the lens to a given position <string>

设置对焦位置。

  • 0.0 --设置对焦位置为无穷远
  • number --设置对焦位置为 1/number number是你设置的任意数值, 比如,如果设置2, 表示会对焦到0.5m的位置
  • default -- 对焦到镜头超焦距相对于的默认位置
--output, -o  #输出文件名 <string>

设置输出图像或者视频的文件名。 除了设置文件名之外,还可以指定输出的udp或者tcp服务器地址,从而将图像输出到服务器上。 有兴趣的可以查看后续tcp和udp的相关设置说明。
示例: libcamera-vid -t 100000 -o test.h264

--wrap  #将输出文件计数器打包<number>

示例: libcamera-vid -t 0 --codec mjpeg --segment 1 --wrap 100 -o image%d.jpg

--flush  #马上刷新输出文件

--flush会将每一帧图像写入的同时都马上更新到硬盘中,降低延迟。
示例:libcamera-vid -t 10000 --flush -o test.h264

静态图片拍摄设置参数

--qiality, -q  #设置JPEG图像质量 <0 ~ 100>
--exif, -x #添加而外的EXIF标志
--timelapse  #延时拍照的时间间隔, 单位是ms
--framestart #帧计数的开始数值
--datetime  #用日期格式命名输出文件
--timestamp #用系统时间戳命名输出文件
-- restart  #设置JPEG重启时间间隔
--keypress, -k  # 设置回车按键拍照模式
--signal, -s  #设置信号触发拍照
--thumb #设置缩略图参数 <w:h:q>
--ebcoding, -e  #设置图像编码类型。 jpg / png / bmp / rgb / yuv420
--raw, -r  #保存原始图像
--latest #关联符号到最新保存的文件
--autofocus-on-capture  #设置在拍照前做一次对焦动作

视频录制图像设置参数

--quality, -q  # 设置JPEG指令 <0 - 100>
--bitrate, -b  # 设置H.264比特率
--intra, -g #设置内部帧周期 (只支持H.264)
--profile #设置H.264配置
--level  #设置H.264等级
--codec  #设置编码类型 h264 / mjpeg / yuv420
--keypress, -k  #设置回车暂停和录制
--signal, -s #设置信号暂停和录制
--initial #在录制或者暂停状态下启动程序
--split #切割视频并保存到另外的文件
--segment #将视频分割成多个视频段
--circular  #将视频写入循环缓冲区中
--inline #在每个I帧中写入数据头(只支持H.264)
--listen #等待TCP连接
--frames #设置录制的帧数

前言

如果你使用的是Buster版本的镜像,系统默认安装的是Raspicam驱动,可以直接开启摄像头,然后使用。
如果使用的是最新的Bullseye系统,需要另外安装配置一下。
适用于OV5647,官方IMX219,官方IMX477.

安装Raspicam(可选)

打开树莓派终端,并输入以下指令安装驱动. 注意:此驱动暂时无法支持64位的树莓派系统。

sudo apt-get update
cd
sudo apt install cmake
git clone https://github.com/raspberrypi/userland
cd userland
./buildme
cp build/bin/* ~/bin/

按照后之后需要重启系统

sudo reboot

调用摄像头

raspistill

raspistill指令用于拍摄静态图片。 示例:raspistill -o cam.jpg

raspivid

raspivid指令用于录制视频。 示例: raspivid -o vid.h264

raspiyuv

raspiyuv指令具有跟raspisitll相同的功能,不同的是raspiyuv不是输出jpgs等标准图像文件,而是从相机的ISP输出中生成YUV420或者RGB888图像文件。
大部分情况下,拍摄图像,用raspistill比较好,但是如果你想用未压缩的黑白图像的时候,可以选择使用raspiyuv指令。 示例:raspiyuv -o cam.jpg

指令设置选项

raspicam 指令在使用的时候,可以通过设置选项来调整图像最终成像效果。以下列出可用的设置选项以供参考.

--preview, -p  #设置预览窗口<x, y, w, h>

用户可以通过设置x, y的值来设置预览窗口的位置, 设置w, h的值来调整预览图像的分辨率。

--fullscreen, -f  #全屏预览窗口

将预览窗口全屏显示

--nopreview, -n  #不显示预览窗口

关掉预览窗口,指令会直接输出图像或者视频到文件。

--opacity, -op  #设置预览窗口透明度

设置预览窗口的透明度, 0 是不可见, 255 是全透明

--sharpness, -sh  #设置图像锐度 (-100 - 100)

默认锐化值为0

--contrast. -co  #设置图像对比度 (-100 - 100)

默认的对比度为0

--brightness, -br  #设置图像对比度 (0 - 100)

默认亮度为50, 0是全黑,100是全白。

--saturation, -sa  #设置图像饱和度 (-100 - 100)

默认饱和度是0

--ISO  #设置快门感光度 (100 - 800)

设置拍照时的感光度

--vstab, -vs  #开启视频稳定

只有视频录制模式有效,开启视频防抖。

--ev  #设置EV补偿

设置图像的EV补偿值, 默认0

--exposure,  -ex  #设置曝光模式

可设置的曝光选项:

  • auto: 自动曝光模式
  • night: 夜间拍摄模式
  • nightpreview
  • backlight: 背光模式
  • spotlight
  • sports: 运动模式(运动模式下会缩短快门时间
  • snow: 雪景模式
  • beach: 海滩模式
  • verylong: 长曝光模式
  • fixedfps: 固定fps
  • antishake: 防抖模式
  • fireworks: 烟花模式

注:根据摄像头型号,有部分模式不可用

--flicker, -fli   #闪烁避免

可设置的模式:

  • off: 关闭防闪烁模式
  • auto: 自动检测注频率
  • 50Hz: 设置防闪烁频率是50Hz
  • 60Hz: 设置防闪烁频率是60Hz
--awb,  #设置自动白平衡模式
  • off: 关闭自动白平衡
  • auto: 自动白平衡模式(默认)
  • sun: 晴天模式 (5000K ~ 6500K)
  • cloud: 多云模式 (6500K ~ 12000K)
  • shade:阴影模式
  • tungsten: 钨丝灯模式(2500K ~ 3500K)
  • incandescent: 白炽灯模式(2500K ~ 4500K)
  • flash: 闪光灯模式
  • horizon: 地平线模式
  • greyworld: 如果使用的是不带红外滤光片的相机(比如NoIR), 可以修复因为缺少IR滤镜而导致的白平衡失调的情况

注:根据摄像头型号,有部分模式不可用

--imfx, -ifx  #设置图像滤镜效果

可设置的图像滤镜效果:

  • none: 无效果(默认)
  • negative:颜色翻转
  • solarise: 日照效果
  • posterise: 海报效果
  • whiteboard: 白板效果
  • backboard:黑板效果
  • sketch: 素描
  • denoise: 去噪
  • emboss: 浮雕
  • oilpaint: 油画
  • hatch: 纹理
  • gpen: 铅笔素描
  • pastel: 彩色铅笔
  • watercolour: 水彩
  • film: 胶片
  • blur: 模糊
  • saturation: 饱和

注:根据摄像头型号,有部分模式不可用

--colfx, -cfx  #设置颜色效果<U:V>

U和V参数的设置范围是 0 ~ 255, 用来调整U和Y通道的数值。 比如: --colfx 128:128 会讲图像设置成单色图。

--metering, -mm  #设置测光模式

可设置选项:

  • average: 平均或者全幅测光
  • spot:点测光
  • backlit: 预设一个背光图像
  • matrix: 矩阵测光
--rotation, -rot  #设置图像旋转 (0 - 359)

可以通过角度参数设置图像旋转角度

--hflip, -hf  #设置图像水平翻转

设置图像水平翻转

--vflip, -vf  #设置图像垂直翻转

垂直翻转图像

--roi, #裁剪图像 <x, y, w, h>

根据参数裁剪图像,注意参数都是规划化在(0,0 ~ 1.0), 比如,如果要裁剪1/4图像,可以用指令 -roi 0.5,0.5,0.25,0.25

--shutter, --ss  设置快门速度/时间

设置快门时间(单位:ms)。 快门时间根据感光芯片的不同,可设置的最大快门时间不同。

型号 最大数字(ms)
V1 (OV5647) 6000000 (6s)
V2 (IMX219) 10000000 (10s)
HQ (IMX477 200000000 (200s)
--drc, -drc  #启用/关闭动态范围压缩
  • off (默认)
  • low
  • med
  • high
--stats, -st  #通过静态图像帧来统计图像
--awbgains, -awbg

设置蓝色和绿色增益, 在设置 --awb off 的情况下生效

--analoggain, -ag

设置模拟增益值

--digitalgain, -dg

设置数字增益值

--mode, -md

设置传感器模式:

  • OV5647
模式 分辨率 纵横比 帧率 FoV
0 自动选择
1 1920 x 1080 16:9 1-30fps 局部
2 2592 x 1944 4:3 1-15fps 全幅
3 2592 x 1944 4:3 0.1666 - 1fps 全幅
4 1296 x 972 4:3 1 - 42fps 全幅
5 1296 x 730 16:9 1- 49fps 全幅
6 640 x 480 4:3 42.1 - 60fps 全幅
7 640 x 480 4:3 60.1 - 90fps 全幅
  • IMX219
模式 分辨率 纵横比 帧率 FoV
0 自动选择
1 1920 x 1080 16:9 0.1-30fps 局部
2 3280 x 2464 4:3 0. 1-15fps 全幅
3 3280 x 2464 4:3 0.1 - 15fps 全幅
4 1640 x 972 4:3 1 - 42fps 全幅
5 1296 x 730 16:9 1- 49fps 全幅
6 640 x 480 4:3 42.1 - 60fps 全幅
7 640 x 480 4:3 60.1 - 90fps 全幅
  • HQ Camera
模式 分辨率 纵横比 帧率 FoV
0 自动选择
1 2028 x 1080 169:90 0.1-50fps 局部
2 2028 x 1080 4:3 0. 1-50fps 全幅
3 4056x3040 4:3 0.005 - 10fps 全幅
4 1332x990 74:55 50.1-120 fps 局部
--camselect, -cs

当系统接入多个摄像头时,选择摄像头, 0 或 1.

--annotate, -a #启用/设置注释

在元数据中使用位掩码的方式来表示参数,可以直接用加法表示。 比如, 12 可以表示显示时间(4)和显示日期 (8), 就是通过加法 4+8 =12表示的。
可设置的选项

参数说明
-a 4 时间
-a 8 日期
-a 12 时间和日期,实际就是 4 + 8
-a 16 快门设置
-a 32 CAF设置
-a 64 增益设置
-a 128 镜头设置
-a 256 动画设置
-a 512 帧数
-a 1024 黑色背景
-a "ABC %Y-%m-%d %X" 显示文本
-a 4 -a "ABC %Y-%m-%d %X" 显示自定义格式的时间/日期
-a 8 -a "ABC %Y-%m-%d %X" 显示自定义格式的时间/日期
--annotateex, -ae  #设置额外注解参数
--stereo, -3d

设置双目模式。

  • sbs - 并排模式
  • tb: -竖排模式
  • off -关掉双目模式(默认)
--decimate, -dec

将双目图像的宽度和高度减半

--setting, -set

输出当前的摄像头设置

raspistill 设置参数

--width, -w  #设置图像宽度
--height, -h  #设置图像高度
--quality, 0q  #设置JPEG质量 <0 ~ 100>
--raw, -r  #将原Bayer数据添加到JPEG元数据中
--output, -o #输出文件 <filename>
--latest, -l  #关联最后一帧图像到文件 <filename>
--verbose, -v #打印详情
--timeout, -t  #设置程序预览时间
--timelapse, -tl  #设置演示摄影
--framestart, -fs #保存第一帧的编号
--datetime, -dt  #用日期时间命名文件
--timestamp, -ts #用时间戳命名文件
--thumb, -th #设置缩略图参数 <x:y:qulity>, 默认为(64:48:35)
--demo, -d  #运行演示模式<ms》
--encoding, -e #按照指定格式编码, jpg, bmp或者png
--restart, -rs  #设置JPEG重启标志
--exif, -x   #设置EXIF标记
--gpsdexif, -gps #设置实时exif 时间 (需要有GPS Dongle接入)
--fullpreview,  -fg  #全屏预览
--keypress, -k  #按键拍照模式
--signal, -s  # 信号模式
--burst, -bm #抓拍模式

raspivid 设置参数

--width, -w #设置视频宽度
--height, -h #设置视频高度
--bitrate, -b #设置比特率
--output, -o #设置输出文件名 <filename>
--listen, -l #使用网络连接的时候,等待网络连接
--versbose, -v #打印详情
--timeout, -t  #设置预览时间
--demo, -d #运行演示 <ms>
--framerate, -fs #设置帧率
--penc, -e #显示编码后的预览图像
--intra, -g #设置内部刷新周期
--qp, -qp #设置量化参数
--profile, -pf #指定H264配置文件, baseline / main / high
--level, -lev  #设置H264编码等级
--irefresh, -if #设置 H264内部刷新类型 cyclic / adaptive / both / cyclicrows
--inline, -ih  #插入PPS,SPS头
--spstimings, -stm #将时序信息插入到SPS块中
--timed, -td  #定时切换录制和暂停功能
--keypress, -k  #按键暂停录制
--signal, -s  #根据SIGUSR1 切换暂停和录制状态
--split, -sp  #在signal和keypress 模式下,每次重新录制的时候都会重新创建文件
--vectors, -x  #矢量输出
--flush, -fl  #写入视频数据后立即强制刷新输出数据缓冲区, 绕过了写入数据的任何操作系统缓存,并且可以减少延迟。
--save-pts, -pts  #将时间戳信息保存到指定文件。
--codec, -cd  # 指定编码器 H264 / MJPEG
--initial, -i  #设置启动是的初始状态
--segment, -sg #将视频流分割到多个文件中
--wrap, -wr  #设置分割的最大值
--start, -sn #设置初始分割编码
--raw, -r #设置元数据文件名
--raw-format, -rf #指定元数据格式 yuv / rgb / grey

代码调用摄像头

树莓派官方提供的picamera2库是针对libcamera 驱动提供的 python库。
注意:Picamera2仅支持Raspberry Pi OS Bullseye 镜像。

库安装

安装picamera2,Picamera2 现已预装在最新的几版Raspberry Pi OS Bullseye镜像中,您可以通过终端做以下操作来更新库:

sudo apt update
sudo apt upgrade
sudo apt install -y python3-picamera2

CSI摄像头使用

CSI摄像头检测

使用前需要先打开终端输入以下指令,来检查摄像头是否正常工作

libcamera-hello -t 0 

预览窗口实现

预览窗口参数
  • x - 预览窗口的 x 偏移量
  • y - 预览窗口的 y 偏移量
  • width - 预览窗口的宽度
  • height - 预览窗口的高度
  • transform - 允许相机图像在显示器上水平和/或垂直翻转的变换

所有参数都是可选的,如果省略,将选择默认值。以下示例将放置一个800x600像素的预览窗口位于显示屏上的(100,200),并将水平镜像相机预览图像:

from picamera2 import Picamera2, Preview
from libcamera import Transform
picam2 = Picamera2()
picam2.start_preview(Preview.QTGL, x=100, y=200, width=800, height=600,
transform=Transform(hflip=1))
picam2.start()
支持的转换
  • Transform() - 标识转换,这是默认值
  • Transform(hflip=1) - 水平翻转
  • Transform(vflip=1) - 垂直翻转
  • Transform(hflip=1,vflip=1) - 水平和垂直翻转(相当于180度旋转)

注意:这里的显示转换对实际图像并没有任何影响,在上面的示例中,必须在调用picam2.start()之前调用start_preview()函数,如果相机的图像与预览窗口的长宽比不同,它们将被变成letter-boxed或者pillar-boxed式以使图像保持合适的长宽比

无预览界面

通常是预览窗口通过接收和传递相机图像来驱动libcamera系统到应用程序,然后在用户不再需要这些缓冲区时将它们回收回libcamera。结果是,即使没有显示预览图像,仍然需要运行一些东西来接收和返回这些相机图像。这正是无预览所做的。它什么也没有显示;它只是驱动摄像系统。无预览实际上是在相机系统启动时自动启动的(picam2.start())尚未运行,这就是为什么必须更早地启动替代预览窗口。您可以开启无预览显式,像这样:

from picamera2 import Picamera2, Preview
picam2 = Picamera2()
picam2.start_preview(Preview.NULL)
开启和关闭预览

start_preview函数的第一个参数可以采用以下值:

  • None - 不启动任何类型的预览。应用程序必须提供自己的代码来驱动摄像头系统。
  • False - NULL预览启动。
  • True - 其他三个预览中的一个已经开始。

不建议开始和停止预览窗口同时进行,因为在此期间摄像头帧很可能被丢弃。Start函数会接受一个show_preview形参,该形参可以是这些相同值中的任意一个。这是只是一种简写,可以减少代码的书写量。注意,停止相机(Picamera2.stop)不会停止预览窗口,因此必须在此之前显式调用stop_preview函数,例如,下面的脚本将启动相机系统运行,运行一会儿,然后尝试自动检测要使用哪个预览窗口,以便实际开始显示图像:

from picamera2 import Picamera2, Preview
import time
picam2 = Picamera2()
config = picam2.create_preview_configuration()
picam2.configure(config)
picam2.start() #启动相机捕获
time.sleep(2) #为等待相机初始化完成延迟2秒
picam2.stop_preview() #停止相机预览,防止占用资源,从而开启相机失败
picam2.start_preview(True) #开启相机预览
time.sleep(2) #两秒后关闭相机

Picamera2的高级API

Picamera2有一些高级和非常方便的功能,用于捕获图像和视频录制。寥寥几句代码便可实现捕获图像:

from picamera2 import Picamera2
picam2 = Picamera2()
picam2.start_and_capture_file("test.jpg")

也可以使用start_and_capture_files函数捕获多个图像,或者录制一个五秒钟的视频:

from picamera2 import Picamera2
picam2 = Picamera2()
picam2.start_and_record_video("test.mp4", duration=5)

如果想了解底层代码,您可以参考以下代码:

from picamera2 import Picamera2, Preview
import time
picam2 = Picamera2() # 创建一个 Picamera2 实例
camera_config = picam2.create_preview_configuration() # 创建摄像头预览配置
picam2.configure(camera_config) # 配置摄像头
picam2.start_preview(Preview.QTGL) # 启动摄像头预览(使用 QTGL 预览窗口管理器)
picam2.start() # 启动摄像头
time.sleep(2) # 等待 2 秒,确保摄像头已启动
picam2.capture_file("test.jpg")  # 拍摄照片并保存为 "test.jpg"

配置摄像头

Picamera2提供了许多配置生成方法,可用于提供合适的配置,常见的用例如下:

  • Picamera2. create_preview_configuration 将生成一个适合显示相机预览图像的配置在显示器上或在捕获静止图像之前
  • Picamera2. create_still_configuration 将生成一个适合捕获高分辨率静止图像的配置
  • Picamera2. create_video_configuration 将生成一个适合录制视频文件的配置

例如,设置摄像头,让它开始传送你可能会用到的预览图像流:

from picamera2 import Picamera2
picam2 = Picamera2()
config = picam2.create_preview_configuration()
picam2.configure(config)
picam2.start()
一般参数配置
  • transform -无论相机图像水平或垂直镜像或两者兼而有之(给予180度旋转)。
    可以使用transform关键字参数将转换传递给所有的配置生成方法,Picamera2只支持上面所示的转换。其他变换(包括图像变换)存在,但是不支持。如果未指定,则转换始终默认为单位变换。如下:
    from picamera2 import Picamera2
    from libcamera import Transform
    picam2 = Picamera2()
    preview_config = picam2.create_preview_configuration(transform=Transform(hflip=True))
    

  • colour_space -输出图像的颜色空间。主流和 lores 流必须始终共享相同色彩空间。原始流总是在相机特定的色彩空间中。
    libcamera中色彩空间的实现与Linux V4L2 API非常接近。具体的选择有为每种原色提供传递函数、YCbCr编码矩阵和量化(或范围)。此外,libcamera为常用的色彩空间提供了方便的速记形式:
    >>> from libcamera import ColorSpace
    >>> ColorSpace.Sycc()
    <libcamera.ColorSpace 'sYCC'>
    >>> ColorSpace.Rec709()
    <libcamera.ColorSpace 'Rec709'>
    

    这些实际上是Pi的相机系统所支持的唯一色彩空间。所需的选择可以传递给所有人,使用color_space关键字参数的配置生成方法:

    from picamera2 import Picamera2
    from libcamera import ColorSpace
    picam2 = Picamera2()
    preview_config = picam2.create_preview_configuration(colour_space=ColorSpace.Sycc())
    

    当省略时,Picamera2将根据用例选择默认值: •create_preview_configuration和create_still_configuration将默认使用sYCC颜色空间平均sRGB原色和传递函数和全范围BT.601 YCbCr编码)。 •如果主流请求RGB格式,create_video_configuration将选择sYCC。对于YUV格式,如果分辨率小于1280x720,它会选择SMPTE 170M,否则选择Rec.709。

  • buffer_count -分配给相机系统的缓冲区的数量。一组缓冲区表示每个被请求的流都有一个缓冲区。
    这定义了为相机系统分配多少组缓冲区(每个请求流一个)使用。分配更多的缓冲可以意味着相机将运行更平稳,减少帧数,缺点是,特别是在高分辨率下,可能没有足够的可用内存。 •create_preview_configuration请求四组缓冲区 •create_still_configuration只请求一组缓冲区(因为这些通常是大的全分辨率缓冲区) •create_video_configuration请求六个缓冲区,作为编码和输出视频所涉及的额外工作流使得它更容易受到抖动或延迟的影响,这可以通过更长的缓冲区队列来缓解。 可以使用buffer_count关键字在所有配置生成方法中重写缓冲区的数量参数:
    from picamera2 import Picamera2
    picam2 = Picamera2()
    preview_config = picam2.create_still_configuration(buffer_count=2)
    
  • queue -系统是否允许为捕获请求准备一个帧排队。
    默认情况下,Picamera2保留从相机接收到的最后一帧,当你进行捕获时请求时,此帧可能会返回给您。这对于突发捕获很有用,特别是当应用程序正在进行一些处理时,可能需要比帧周期稍长的时间。在这些情况下,排队的帧可以是立即返回,而不是闲置到下一个相机帧到达。 但这确实意味着返回的帧可以在捕获请求发生之前稍早一点,最多一个帧周期。如果不需要此行为,请将队列参数设置为False。例如:
    from picamera2 import Picamera2
    picam2 = Picamera2()
    preview_config = picam2.create_preview_configuration(queue=False)
    

    注意,当buffer_count设置为1时(仍然是捕获配置的默认情况),则没有帧永远排队(因为唯一的缓冲区会完全停止相机管道)。

  • display - 这个名称(如果有的话)的流将显示在预览窗口。它实际上不会以任何方式影响相机图像,只会影响Picamera2对它们的处理。
    通常我们会在预览窗口中显示主流。在某些情况下,最好是显示较低分辨率的图像(来自lores流)。我们可以用:
    from picamera2 import Picamera2
    picam2 = Picamera2()
    config = picam2.create_still_configuration(lores={"size": (320, 240)}, display="lores")
    

    这将请求一个全分辨率的主流,但随后也会显示一个QVGA图像流(即使应用程序没有显式地请求,主流也总是被定义的)。display参数可以取None值,这意味着没有图像将被呈现到预览窗口。事实上,这是create_still_configuration方法的默认选择。

  • encode - 这个名称(如果有的话)的流是要编码的,如果一个视频录制开始。这也是不会以任何方式影响相机图像,只会影响Picamera2对它们的处理。
    这类似于display参数,因为它命名了在开始视频录制时将被编码的流为main或lores。默认情况下,我们通常会对主流进行编码,但用户可以有一个应用程序,如果用户想要录制低分辨率的视频流的话:
    from picamera2 import Picamera2
    picam2 = Picamera2()
    config = picam2.create_video_configuration(main={"size": (2048, 1536)}, lores={"size": (320,
    240)}, encode="lores")
    

    这将允许录制QVGA流,同时允许同时捕获2048 × 1536静态图像。encode参数也可以取值None,这也是create_still_configuration的默认选择方法。

自动对焦功能

  • 仅适用于能自动对焦的摄像头

自动对焦控制和其他控制一样遵循同样的一般规则。只要使用libcamera的版本(如libcamera),这些控件就可以正常工作(由Raspberry Pi提供)正确地实现了libcamera发布的自动对焦API,以及附加的相机模块实际上有自动对焦(如树莓派相机模块3)。 不支持自动对焦的相机模块(包括早期的树莓派相机模块和HQ相机)这些选项不可用(在 Picamera2.camera_controls属性中),当尝试设置会显示失败。 以下为将相机设置为连续自动对焦模式:

from picamera2 import Picamera2
from libcamera import controls
import time
picam2 = Picamera2()
config = picam2.create_preview_configuration()
picam2.configure(config)
picam2.start(show_preview=True)
picam2.set_controls({"AfMode": controls.AfModeEnum.Continuous})
time.sleep(2)

USB摄像头

Picamera2对USB摄像头(如网络摄像头)的支持有限。可以连接多个USB摄像头和CSI2摄像头(后者连接到Pi的专用摄像头端口),可以用通常的方式创建Picamera2对象,但是只有主流可用。支持的格式将取决于相机,但Picamera2原则上可以处理MJPEG和YUYV相机,在哪里相机支持两种格式,您可以通过请求格式“MJPEG”或“YUYV”来选择。 USB相机只能使用软件渲染的Qt预览窗口(preview . Qt)。没有硬件辅助支持渲染。MJPEG流可以直接渲染,但是YUYV需要安装OpenCV以便将图像转换为Qt可以理解的格式。这两种情况都将使用大量额外的CPU。capture_buffer方法将为你提供每帧的原始相机数据(来自MJPEG相机的JPEG比特流,或来自YUYV相机的未压缩YUYV图像)。如下:

from picamera2 import Picamera2, Preview
picam2 = Picamera2()
config = picam2.create_preview_configuration({"format": "MJPEG"})
picam2.configure(config)
picam2.start_preview(Preview.QT)
picam2.start()
jpeg_buffer = picam2.capture_buffer()

如果您有多个相机,需要发现要打开哪个摄像头,请使用Picamera2.global_camera_info方法。一般来说,用户应该假设其他功能,如视频录制,摄像头控制是支持的树莓派(Raspberry Pi)摄像头等等都是不可用的。USB摄像头也不支持热插拔, 当增加或减少摄像头时,应完全关闭并重新启动。

资料

文档

视频

尺寸图

认证资料

相关链接

树莓派入门教程(新)
树莓派入门教程
树莓派OpenCV教程
树莓派littleGL系列教程
树莓派QT教程
树莓派OpenWrt教程


FAQ


  • 工作电压3.3V,极性如下图所示:
    RPI CAMERA INFRARED01.jpg

红外灯结构图:

Infrared LED Board B.jpg


这是正常现像

  • 红外摄像头在光线充足的位置拍摄时会有偏红现象,而光线不足时,拍摄效果正常
  • 非红外摄像头在光线充足的位置拍摄时效果正常,而光线不足时,无法拍摄

如果用户只在光线充足的情况下使用,推荐使用非红外摄像头

如果用户同时需要在光线不足时使用,那只能使用红外摄像头


  • 约1~2cm

微距实物拍摄图

RPI Camera F FAQ01.jpg

该图取至人民币100元背面以下位置

RPI Camera F FAQ02.jpg


带红外灯的总功耗在0.6W ~ 6.6W 之间

主要看环境光的强度,如果在明亮的环境,红外灯没有工作,此时功耗比较小。如果在昏暗的环境下,则红外灯会开始工作,此时功耗比较大

在红外灯工作的情况下,会发热是正常现像


技术支持


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