5、树莓派连接官方CSI摄像头的使用

本篇博文大部分转https://blog.csdn.net/u013162035/article/details/78580486

其中有部分细节根据自己的实际操作进行了修改

5.1树莓派基本操作

      目前提供了三个应用程序，分别为：raspistill、raspivid、raspistillyuv。其中 raspistill 和 raspistillyuv 非常相似，并且都是用于捕捉图像，而 raspivid 用于捕捉视频。 在树莓派3B+的树莓派的 raspberry 2018.04.18 stretch版本的系统中已经自带raspistill,raspivid这两个应用程序，另外一个不支持。
       所有应用程序均基于命令行方式运行，通过 OpenMAX 的 mmal API 进行编写。OpenMAX 的 mmal API 提供了更易使用的系统组件。注意，mmal 是一个由 Broadcom 为 Videocore 4 系统定制的 API。
       应用程序使用了四个 OpenMAX（mmal）组件：camera（摄像）、preview（预览）、encoder（编码）、null_sink。所有应用程序均使用了摄像组件，raspistill 使用了图像编码组件，raspivid使用了视频编码组件，raspistillyuv没有使用编码组件，而是直接将 YUV 或 RGB 从摄像组件输出到文件。
      预览显示为可选参数，但是可以用于全屏或输出到指定的显示器显示区域进行显示。如果预览被禁用，那么 null_silk 组件将会对预览帧进行“吸收”。这是由于尽管不需要摄像头生成供显示所用的的预览帧，但是仍需要使用它们进行曝光计算和白平衡设置的缘故。
   此外，还可以省略文件名参数，这样既可以直接预览显示而不写入文件，或者直接输出到标准输出设备上。命令行帮助可以通过直接输入应用程序名称获得。

5.1.1安装摄像头硬件

警告：摄像头对静电非常敏感。如果您在安装摄像头电路板时没有防静电手环，可以尝试触摸一下水龙头、金属水槽或其它类似的东西即可。
     摄像头电路板与 Raspberry Pi 通过一条 15 芯的排线进行连接。仅有两个连接座需要连接，排线需要安装到摄像头电路板和 Raspberry Pi 上。您需要正确安装，否则摄像头无法工作。对于摄像头电路板，排线末端的蓝色标记应该背对着电路板。而 Raspberry Pi 部分，蓝色标记应该正对着网络接口方向。 

     尽管两部分连接座不尽相同，但它们的工作方式很相似。对于 Raspberry Pi，拉起连接座两端的卡扣。它应该很容易拉起，并能够轻微活动。把排线完全插入到连接座中，并保证竖直，然后轻轻按下两端的卡扣。摄像头电路板方面，也需要您将卡扣向电路板相反方向拉开，然后轻轻插入排线，最后将卡扣推回。摄像头电路板的连接座与 Pi 上的区别就在这里。

5.1.2安装摄像头软件

执行下文介绍的命令行进行下载并安装最新的内核，GPU 固件及应用程序。您需要连接到互联网才可以实现以下操作。

$sudo apt-get update
$sudo apt-get upgrade

• 
  

       接下来，您首先需要在 Raspberry Pi 的 raspi-config 程序中启用摄像头的支持。
1）连接摄像头与树莓派
2）修改树莓派配置，开启摄像头模块。

sudo raspi-config

• 
  

图1
       将光标移动到摄像头选项（Camera option）处，并选择启用（Enable）。在退出 raspi-config 时会要求您重新启动。启用选项是为了确保重启后 GPU 固件能够正确运行（包括摄像头驱动和调节电路），并且 GPU 从主内存划分到了足够的内存使摄像头能够正确运行。

图2
测试系统已经完成安装并正常工作，可尝试以下命令：

$raspistill -v -o test.jpg

• 
  

      这个命令将显示来自摄像头 5 秒钟的预览图像，并且拍摄一张照片，然后保存为文件 test.jpg，保存在/home/pi的目录下面，同时显示出需要相关信息。

5.1.3通用命令行参数

 预览窗口
–preview, -p 预览窗口设置 <‘x,y,w,h’>
      允许用户在屏幕上定义预览窗口的大小和位置。注意，这将在所有其它窗口/图像的上层显示。
–fullscreen, -f 全屏预览模式
     强制预览屏幕全屏显示。注意，这将会保留输入图像的长宽比例，所以可能会在图像的边缘出现填充条。
–nopreview, -n 不显示预览窗口
    完全禁用预览窗口。注意，尽管预览窗口被禁用，但摄像头仍然在进行处理，所以会继续消耗资源。
–opacity, -op 设置预览窗口透明度
    设置预览窗口的透明度。0 为完全透明，255 为完全不透明。
 摄像头控制参数
–sharpness, -sh 设置图像锐度（-100 – 100）
     设置图像的锐度，默认为 0。
–contrast, -co 设置图像对比度（-100 – 100）
     设置图像的对比度，默认为 0。
–brightness, -br 设置图像亮度（0 – 100）
     设置图像的亮度，默认为 50。0 为最暗，100 为最亮。
–saturation, -sa 设置图像饱和度（-100 – 100）
    设置图像色彩饱和度。默认为 0。
–ISO, -ISO 设置捕捉 ISO
    为捕捉图像设置 ISO。范围为 100 到 800。
–vstab, -vs 打开视频稳定
    仅用于视频模式，用于开启视频稳定。
–ev, -ev 设置曝光补偿
    设置图像的曝光补偿。范围为 -10 到 10，默认为 0。
–exposure, -ex 设置曝光模式
    可能用到的参数为：
    auto – 使用自动曝光模式
    night – 夜间拍摄模式
    nightpreview -夜间预览拍摄模式（暂且这么称呼）
    backlight – 逆光拍摄模式
    spotlight – 聚光灯拍摄模式
    sports – 运动拍摄模式（高速快门等）
    snow – 雪景优化拍摄模式
    beach – 海滩优化拍摄模式
    verylong – 长时间曝光拍摄模式
    fixedfps – 帧约束拍摄模式
    antishake – 防抖模式
    fireworks – 烟火优化拍摄模式
    注意，不是所有的设置都会在对摄像头进行微调时得到相应作用。
–awb, -awb 设置自动白平衡
    可能用到的参数为：
    off – 关闭白平衡测算
    auto – 自动模式（默认）
    sun – 日光模式
    cloud – 多云模式
    shade – 阴影模式
    tungsten – 钨灯模式
    fluorescent – 荧光灯模式
    incandescent – 白炽灯模式
    flash – 闪光模式
    horizon – 地平线模式
–imxfx, -ifx 设置图像特效
    设置应用于图像上的特效
    可能用到的参数为：
    none – 无特效（默认）
    negative – 反色图像
    solarise – 曝光过度图像
    posterize – 色调图像
    whiteboard – 白板特效
    blackboard – 黑板特效
    sketch – 素描风格特效
    denoise – 降噪图像
    emboss – 浮雕图像
    oilpaint – 油画风格特效
    hatch – 草图特效
    gpen – 马克笔特效
    pastel – 柔化风格特效
    watercolour – 水彩风格特效
    film – 胶片颗粒风格特效
    blur – 模糊图像
    saturation – 色彩饱和图像
    colourswap – 暂未可用
    washedout – 暂未可用
    posterise – 暂未可用
    colourpoint – 暂未可用
    colourbalance – 暂未可用
    cartoon – 暂未可用
    –colfx, -cfx 设置色彩特效
    指定图像 U 和 V 通道的参数（范围 0 到 255）。例如：–colfx 128:128 将得到一张单色图像。
 –metering, -mm 设置测光模式
    为预览和捕捉指定测光模式
    可能用到的参数为：
    average – 全画面平衡测光
    spot – 点测光
    backlit – 模拟背光图像
    matrix – 阵列测光
–rotation, -rot 设置图像旋转（0 – 359）
对取景器和最终得到的图像进行旋转。可以接受 0 以上任何值，但由于硬件限制，只支持 0、90、180、270 度。
    –hflip, -hf 设置水平翻转
    水平翻转预览和保存的图像。
    –vflip, -vf 设置垂直翻转
    垂直翻转预览和保存的图像。
    –roi, -roi 设置传感器感光区域
允许指定用于预览和捕捉的源所使用的传感器区域。该功能中 x 和 y 参数指定了坐上角的坐标，以及定义了宽度和高度值，并且所有值都为标准化坐标（0.0 到 1.0）。那么，感光区域设置为横向和纵向都为一半，并且宽度和高度都为传感器的四分之一时，可以写为：
-roi 0.5,0.5,0.25,0.25
–shutter, -ss 设置快门速度
设置快门的速度为指定的值（单位为微秒）。据当前的考证，目前未定义时，快门速度上限大约为 330000us（330ms 或 0.33s）。

5.1.4应用程序专有设置

 raspistill
–width, -w 设置图像宽度
–height, -h 设置图像高度
–quality, -q 设置 JPEG 品质，品质为 100 时几乎等同于未压缩。75 相对是比较好的选择。
–raw, -r 向 JPEG 元数据中添加 RAW 信息，该参数将从摄像头获取到的 RAW 信息插入到 JPEG 元数据中。
–output, -o 输出文件名，指定输出的文件名。如果不指定，将不保存到文件。如果文件名为“-”，将输出发送至标准输出设备。
–latest, -l 链接最后一帧到文件名，基于该名称做一个指向最后一帧的文件系统链接。
–verbose, -v 在运行过程中输出详细信息，在程序运行过程中，输出调试/详细信息。
–timeout, -t 获取图片前的时间，程序将执行指定的时长，然后进行获取操作（前提是 output 已指定）。如果未指定，将设置为 5 秒。
–timelapse, -tl 间隔拍摄模式，指定多次拍摄之间所间隔的毫秒值。注意，您需要在文件名中加入 %04d 做为画面计数。
-t 30000 -tl 2000 -o image%04d.jpg，将会在 30 秒的时间内，每两秒拍摄一次，并且将文件命名为：image1.jpg、image0002.jpg…image0015.jpg。注意 %04d 表示在文件名中数字部分加入前导零，使其成为 4 位数。例如，%08d 将生成 8 位数字。如果间隔时间设置为 0，程序将不间断（取决于系统负担及存储速度）进行拍摄。不过需要注意，每次捕捉前还是会有 30ms 的最小暂停时间，用于曝光计算操作。
–thumb, -th 设置缩略图参数（x:y:quality），允许指定插入到 JPEG 文件中缩略图信息。如果不指定，将为默认的 64×48 质量为 35 的缩略图。如果设置为 –thumb none，那么将不会向文件中插入缩略图信息。文件的尺寸也会稍微变小。
–demo, -d 运行演示模式，该参数将循环使用所有摄像头参数，并且不会捕捉。而且无论是否完成所有的循环，在超时周期到达时都会停止演示操作。循环之前的时间需要设置毫秒值。
–encoding, -e 指定输出文件的编码，可用的参数为 jpg、bmp、gif、png。注意，未被硬件加速支持的图像格式（gif、png、bmp）在保存的时候要比 jpg 格式耗时更长。还需要注意，文件扩展名在编码时将被完全忽略。
–exif, -x 在捕捉的内容中加入 EXIF 标签（格式为 ‘key=value’），允许在 JPEG 图像中插入特定的 EXIF 标签。您可以插入 32 条记录。这是非常实用的功能，比如插入 GPS 元数据。例如设置经度。
–exif GPS.GPSLongitude=5/1,10/1,15/100，该命令将会设置经度为 5 度 10 分 15 秒。查看 EXIF 文档获得所有可用标签的详细信息。支持的标签如下：
IFD0. 或 IFD1.

$raspivid -o test.h264 -t 25000 -timed 2500,5000

• 
  

    将进行 25 秒的录制操作。录制操作包括若干个 2500 毫秒（2.5 秒）录制和 5000 毫秒（5秒）暂停的操作，并且重复时长超过 20 秒。所以该录制过程中实际只录制了 10 秒的内容。包括 4 段 2.5 秒的视频片断 = 被若干个 5 秒钟暂停操作分隔开的 10 秒钟视频。
–keypress, -k 使用回车键在录制和暂停两种状态间进行切换，每次点击回车键将会暂停或重新开始录制进程。点击 X 键后点击回车键将停止录制并关闭程序。注意，超时设置值将影响录制结束时间，但仅在每次回车键点击后进行检查，所以如果系统正在等待按键操作，尽管超时设置已过期，录制进程退出前也会等待按键操作。
–signal, -s 使用 SIGUSR1 信号在录制和暂停两种状态间进行切换，向 Raspivid 进程发送 USR1 信号来切换录制和暂停。该操作可以通过使用 kill 命令来实现。您可以使用“pgrep raspivid” 命令找到 raspivid 的进程 ID。
kill -USR1
【注意】超时设置值将影响录制结束时间，但仅在每次发送 SIGUSR1 信号后进行检查，所以如果系统正在等待信号，尽管超时设置已过期，录制进程退出前也会等待信号的发送操作。
–initial, -i 定义启动时的初始状态。定义摄像头初始状态为暂停或立即开始录像。选项可以为“record”（录像）或“pause”（暂停）。注意，如果您设置的超时时长很短，而且初始状态设置为“暂停”，那么将不会录制任何输出的内容。

–segment, -sg 将视频流分段存储到多个文件，与存储在单个文件中不同，该参数将视频分段存储在以毫秒为单位所指定长度的数个文件中。为了将生成的文件命名为不同的名称，您需要在文件名中合适的位置添加 %04d 或类似的参数来让文件名中显示计数值。例如：
–segment 3000 -o video%04d.h264，将分割成每段长度 3000 毫秒（3 秒）并且命名为 video0001.h264，video0002.h264 等。每个段落都是可无缝连接的（段落之间不会丢帧），但每个片段的长度将取决于帧内周期值，原因是每个分割的段落都需要起始于 I-frame 处。因此，每个段落都会等于或大于指定的时间长度。 

–wrap, -wr 设置最大分段数，当输出分段视频时，该参数设置了最大分段数，并且达到最大值时，将返回到初始的第一个段落。该参数赋予了录制分段视频的功能，但是将覆盖之前生成的文件。所以，如果设置为4，那么上面的例子中所生成的文件名为 video0001.h264，video0002.h264，video0003.h264，video0004.h264。而且，一旦 video0004.h264 文件录制完毕后，计数将回到 1，并且 video0001.h264 将被覆盖。
–start, -sn 设置初始段落数，当输出分段视频时，该参数为初始的段落数，它允许从指定的段落恢复之前的录制操作。默认值为 1。

5.1.5应用示例

 图像捕捉
    默认情况下，传感器将以其支持的最高分辨率进行捕捉。可以在命令行中通过使用 -w 和 -h 参数进行更改。
# 两秒钟（时间单位为毫秒）延迟后拍摄一张照片，并保存为 image.jpg
raspistill -t 2000 -o image.jpg 

# 拍摄一张自定义大小的照片。
raspistill -t 2000 -o image.jpg -w 640 -h 480 

# 降低图像质量，减小文件尺寸
raspistill -t 2000 -o image.jpg -q 5 

# 强制使预览窗口出现在坐标为 100,100 的位置，并且尺寸为宽 300 和高 200 像素。
raspistill -t 2000 -o image.jpg -p 100,100,300,200 

# 禁用预览窗口
raspistill -t 2000 -o image.jpg -n 

# 将图像保存为 PNG 文件（无损压缩格式，但是要比 JPEG 速度慢）。注意，当选择图像编码时，文件扩展名将被忽略。
raspistill -t 2000 -o image.png –e png 

# 向 JPEG 文件中添加一些 EXIF 信息。该命令将会把作者名称标签设置为 Dreamcolor，GPS 海拔高度为 123.5米。
raspistill -t 2000 -o image.jpg -x IFD0.Artist=Dreamcolor -x GPS.GPSAltitude=1235/10
# 设置浮雕风格图像特效
raspistill -t 2000 -o image.jpg -ifx emboss
# 设置 YUV 图像的 U 和 V 通道为指定的值（128:128 为黑白图像）
raspistill -t 2000 -o image.jpg -cfx 128:128
# 仅显示两秒钟预览图像，而不对图像进行保存。
raspistill -t 2000
# 间隔获取图片，在 10 分钟（10 分钟 = 600000 毫秒）的时间里，每 10 秒获取一张，并且命名为 image_number_001_today.jpg，image_number_002_today.jpg… 的形式，并且最后一张照片将命名为 latest.jpg。
raspistill -t 600000 -tl 10000 -o image_num_%03d_today.jpg -l latest.jpg
# 获取一张照片并发送至标准输出设备
raspistill -t 2000 -o -
# 获取一张照片并保存为一个文件
raspistill -t 2000 -o - > my_file.jpg
#摄像头一直工作，当按下回车键时获取一张照片。
raspistill -t 0 -k -o my_pics%02d.jpg
 视频捕捉
图像尺寸和预览设置与图像捕捉相同。录制的视频默认尺寸为 1080p（1920×1080）
# 使用默认设置录制一段 5 秒钟的视频片段（1080p30）
raspivid -t 5000 -o video.h264 

# 使用指定码率（3.5Mbits/s）录制一段 5 秒钟的视频片段
raspivid -t 5000 -o video.h264 -b 3500000 

# 使用指定帧率（5fps）录制一段 5 秒钟的视频片段
raspivid -t 5000 -o video.h264 -f 5 

# 发送到标准输出设备一段 5 秒钟经过编码的摄像头流图像
raspivid -t 5000 -o - 

# 保存到文件一段 5 秒钟经过编码的摄像头流图像
raspivid -t 5000 -o - > my_file.h264

6.1.6查看图片

 方式一
安装可以通过终端打开截图的shotwell。

$sudo apt-get install shotwell

• 1

查看图片命令。

$ sudo shotwell image.jpg

• 1

 方式二
安装可以通过终端打开截图的gpicview，这个应用树莓派系统出厂自带了。

$sudo apt-get install gpicview 

• 
  

查看图片命令。

$sudo gpicview image.jpg

•      

6.1.7截图

想在树莓派上面截图或截屏用截图工具scrot 通过命令行就能做到。
1.安装
在Raspbian上安装scrot：
命令： sudo apt-get install scrot
2.截屏
截取整个屏幕：scrot （截取图片的默认名称通常会有日期时间和分辨率，比如：“2016-10-10-062821_1024x768_scrot.png”）
指定截取图片的名字：scrot example.png （那么文件名就会叫“example” ，扩展名不要丢，另外改变扩展名也不能改变文件格式）
    指定文件位置：scrot /home/pi/Desktop/example.png（截图文件“example.png”就会被保存在 “/home/pi/Desktop/” ，注意，只有路径没有文件名是不行的）
截取部分图片：scrot -s 然后拖动要截图的区域（scrot -s /home/pi/Desktop/example.png 命名和指定路径）
 其他命令参数：
-h 显示更多帮助
-v 获取当前版本
-d x 添加X秒的延迟拍摄
-c 添加一个倒计时延迟拍摄
-s 允许用户用鼠标捕捉特定区域
-u 捕捉当前活动窗口
-q X 指定图像质量百分率X（默认75）
-t X 创建一个百分比大小为X的缩略图
-e 在截图后指定一个命令来运行

6.1.8视屏播放

 MP4Box
raspivid 通常会将录制的视频保存为 .h264 格式的文件。而我们使用的很多播放器可能无法正常播放该格式的视频文件。这就需要我们将生成的 .h264 格式的文件封装到播放器能够识别的视频容器格式中（比如封装为 mp4 格式）。有很多视频处理软件可以达到这个目的，您也可以直接在 Raspberry Pi 上直接进行封装。这里介绍的是“gpac”中的“MP4Box”。安装和使用的方法如下：

$sudo apt-get update
$sudo apt-get install gpac
$sudo MP4Box -add filename.h264 filename.mp4

• 
  

 Omxplayer
 播放

$sudo omxplayer –o hdmi 文件名

• 
  

 播放控制
Key Action
　　加速
　　减速
j 　　上一条音轨
k 　　下一条音轨
i 　　上一节
o 　　下一节
n 　　上一条字幕轨
m 　　下一条字幕轨
s 　　显示/不显示字幕
q 　　退出
空格或p　　暂停/继续
- 　　减小音量
+ 　　增加音量
左 　　后退30
右 　　前进30
上 　　后退600
下 　　前进600

5.1.9 扩展阅读

  树莓派专用CSI摄像头插到树莓派的CSI口上并在在raspi-config中打开后就可以使用Raspistill命令直接使用，但如果在OpenCV中调用CSI摄像头会出现无数据的现象（cv2.VideoCapture（0）这时不会报错）。
这是因为树莓派中的camera module是放在/boot/目录中以固件形式加载的，不是一个标准的V4L2的摄像头驱动，所以加载起来之后会找不到/dev/video0的设备节点。我们在/etc/modules里面添加一行bcm2835-v4l2（小写的L）就能解决问题。

$sudo vi /etc/modules

• 添加：bcm2835-v4l2
  

6.2树莓派实现动作捕捉、抓拍并存储照片

6.2.1开通树莓派SSH、VNC服务、开通摄像头

将树莓派接上键盘、鼠标和显示屏。进入Raspbian系统，打开命令行终端，输入：

$ sudo raspi-config

• 1

图3
当然也可直接在树莓派上配置。
远程登录，默认用户名：pi, 默认密码：raspberry

6.2.2 PC机远程操作树莓派

使用PC机远程通过命令行或VNC操作树莓派要比树莓派接上键盘鼠标，盯着小屏幕看方便很多。具体操作步骤如下：
1）树莓派接入网络，在PC终端输入：(注：Windows下要用PuTTY软件作为命令行终端，Mac电脑可以直接输入)

$ ssh pi@树莓派的IP地址

• 1

输入远程连接密码。如果跳到：
pi@raspberrypi:~ $
说明连接成功，你现在可以在pc机上用命令行操作树莓派了。
2）在pc机上用VNC连接树莓派。关于SVN的使用请读者看前面的章节。

6.2.3安装动作捕捉脚本

将附件的脚本拷贝到树莓派的 /home/pi 目录下创建一个新目录用来保存抓拍的照片：

$ sudo mkdir picam  

• 
  

然后就可以执行脚本了：

$ sudo python picam.py  

• 
  

   这时，如果有任何物体在移动，树莓派的摄像头就会抓拍，并保存到/home/pi/picam文件夹，在pc机上，就可以远程用VNC查看这些照片。
【附件】picam.py的代码

#!/usr/bin/python

# original script by brainflakes, improved by pageauc, peewee2 and Kesthal
# www.raspberrypi.org/phpBB3/viewtopic.php?f=43&t=45235

# You need to install PIL to run this script
# type "sudo apt-get install python-imaging-tk" in an terminal window to do this

import StringIO
import subprocess
import os
import time
from datetime import datetime
from PIL import Image

# Motion detection settings:
# Threshold          - how much a pixel has to change by to be marked as "changed"
# Sensitivity        - how many changed pixels before capturing an image, needs to be higher if noisy view
# ForceCapture       - whether to force an image to be captured every forceCaptureTime seconds, values True or False
# filepath           - location of folder to save photos
# filenamePrefix     - string that prefixes the file name for easier identification of files.
# diskSpaceToReserve - Delete oldest images to avoid filling disk. How much byte to keep free on disk.
# cameraSettings     - "" = no extra settings; "-hf" = Set horizontal flip of image; "-vf" = Set vertical flip; "-hf -vf" = both horizontal and vertical flip
threshold = 10
sensitivity = 20
forceCapture = True
forceCaptureTime = 60 * 60 # Once an hour
filepath = "/home/pi/picam"
filenamePrefix = "capture"
diskSpaceToReserve = 40 * 1024 * 1024 # Keep 40 mb free on disk
cameraSettings = ""

# settings of the photos to save
saveWidth   = 1296
saveHeight  = 972
saveQuality = 15 # Set jpeg quality (0 to 100)

# Test-Image settings
testWidth = 100
testHeight = 75

# this is the default setting, if the whole image should be scanned for changed pixel
testAreaCount = 1
testBorders = [ [[1,testWidth],[1,testHeight]] ]  # [ [[start pixel on left side,end pixel on right side],[start pixel on top side,stop pixel on bottom side]] ]
# testBorders are NOT zero-based, the first pixel is 1 and the last pixel is testWith or testHeight

# with "testBorders", you can define areas, where the script should scan for changed pixel
# for example, if your picture looks like this:
#
#     ....XXXX
#     ........
#     ........
#
# "." is a street or a house, "X" are trees which move arround like crazy when the wind is blowing
# because of the wind in the trees, there will be taken photos all the time. to prevent this, your setting might look like this:

# testAreaCount = 2
# testBorders = [ [[1,50],[1,75]], [[51,100],[26,75]] ] # area y=1 to 25 not scanned in x=51 to 100

# even more complex example
# testAreaCount = 4
# testBorders = [ [[1,39],[1,75]], [[40,67],[43,75]], [[68,85],[48,75]], [[86,100],[41,75]] ]

# in debug mode, a file debug.bmp is written to disk with marked changed pixel an with marked border of scan-area
# debug mode should only be turned on while testing the parameters above
debugMode = False # False or True

# Capture a small test image (for motion detection)
def captureTestImage(settings, width, height):
    command = "raspistill %s -w %s -h %s -t 200 -e bmp -n -o -" % (settings, width, height)
    imageData = StringIO.StringIO()
    imageData.write(subprocess.check_output(command, shell=True))
    imageData.seek(0)
    im = Image.open(imageData)
    buffer = im.load()
    imageData.close()
    return im, buffer

# Save a full size image to disk
def saveImage(settings, width, height, quality, diskSpaceToReserve):
    keepDiskSpaceFree(diskSpaceToReserve)
    time = datetime.now()
    filename = filepath + "/" + filenamePrefix + "-%04d%02d%02d-%02d%02d%02d.jpg" % (time.year, time.month, time.day, time.hour, time.minute, time.second)
    subprocess.call("raspistill %s -w %s -h %s -t 200 -e jpg -q %s -n -o %s" % (settings, width, height, quality, filename), shell=True)
    print "Captured %s" % filename

# Keep free space above given level
def keepDiskSpaceFree(bytesToReserve):
    if (getFreeSpace() < bytesToReserve):
        for filename in sorted(os.listdir(filepath + "/")):
            if filename.startswith(filenamePrefix) and filename.endswith(".jpg"):
                os.remove(filepath + "/" + filename)
                print "Deleted %s/%s to avoid filling disk" % (filepath,filename)
                if (getFreeSpace() > bytesToReserve):
                    return

# Get available disk space
def getFreeSpace():
    st = os.statvfs(filepath + "/")
    du = st.f_bavail * st.f_frsize
    return du

# Get first image
image1, buffer1 = captureTestImage(cameraSettings, testWidth, testHeight)

# Reset last capture time
lastCapture = time.time()

while (True):

    # Get comparison image
    image2, buffer2 = captureTestImage(cameraSettings, testWidth, testHeight)

    # Count changed pixels
    changedPixels = 0
    takePicture = False

    if (debugMode): # in debug mode, save a bitmap-file with marked changed pixels and with visible testarea-borders
        debugimage = Image.new("RGB",(testWidth, testHeight))
        debugim = debugimage.load()

    for z in xrange(0, testAreaCount): # = xrange(0,1) with default-values = z will only have the value of 0 = only one scan-area = whole picture
        for x in xrange(testBorders[z][0][0]-1, testBorders[z][0][1]): # = xrange(0,100) with default-values
            for y in xrange(testBorders[z][1][0]-1, testBorders[z][1][1]):   # = xrange(0,75) with default-values; testBorders are NOT zero-based, buffer1[x,y] are zero-based (0,0 is top left of image, testWidth-1,testHeight-1 is botton right)
                if (debugMode):
                    debugim[x,y] = buffer2[x,y]
                    if ((x == testBorders[z][0][0]-1) or (x == testBorders[z][0][1]-1) or (y == testBorders[z][1][0]-1) or (y == testBorders[z][1][1]-1)):
                        # print "Border %s %s" % (x,y)
                        debugim[x,y] = (0, 0, 255) # in debug mode, mark all border pixel to blue
                # Just check green channel as it's the highest quality channel
                pixdiff = abs(buffer1[x,y][1] - buffer2[x,y][1])
                if pixdiff > threshold:
                    changedPixels += 1
                    if (debugMode):
                        debugim[x,y] = (0, 255, 0) # in debug mode, mark all changed pixel to green
                # Save an image if pixels changed
                if (changedPixels > sensitivity):
                    takePicture = True # will shoot the photo later
                if ((debugMode == False) and (changedPixels > sensitivity)):
                    break  # break the y loop
            if ((debugMode == False) and (changedPixels > sensitivity)):
                break  # break the x loop
        if ((debugMode == False) and (changedPixels > sensitivity)):
            break  # break the z loop

    if (debugMode):
        debugimage.save(filepath + "/debug.bmp") # save debug image as bmp
        print "debug.bmp saved, %s changed pixel" % changedPixels
    # else:
    #     print "%s changed pixel" % changedPixels

    # Check force capture
    if forceCapture:
        if time.time() - lastCapture > forceCaptureTime:
            takePicture = True

    if takePicture:
        lastCapture = time.time()
        saveImage(cameraSettings, saveWidth, saveHeight, saveQuality, diskSpaceToReserve)

    # Swap comparison buffers
    image1 = image2
    buffer1 = buffer2

• 
  

6.2.4设置脚本开机启动

在终端上输入：

$ sudo vi /etc/rc.local  

• 
  

就会出现一个文本编辑器，
在文本内容的exit 0 上面添加一行：

$ python /home/pi/picam.py  

• 
  

然后保存更改。
重启树莓派：

$ sudo reboot  

• 
  

   即可实现开机自动运行。之所以选择这个脚本是因为它简洁，有效，而且还能自动清除过期的图片。相比之下，motion这个软件就显得比较复杂。有兴趣的同学还可以修改脚本实现抓拍后自动上传到网盘，或发送邮件等功能。

5.3树莓派+motion 搭建摄像头监控系统

1. 安装

$sudo apt install motion

• 
  

2. 配置motion选项
备份配置文件

$sudo cp /etc/motion/motion.conf /etc/motion/motion.conf.bak

• 
  

打开配置文档

$sudo vim /etc/motion/motion.conf

• 
  

更改文档中以下内容

daemon on                        #开启守护进程（选配）
target_dir /home/pi/motion-images    #图片保存的路径
#videodevice /dev/video0            #摄像头设备（默认）可修改            
stream_localhost off                 #允许通过网页查看摄像头
stream_auth_method 2               #开启密码认证
stream_authentication 用户名:密码    #网页查看摄像头的用户名和密码

• 
  

创建一个目录来存储Motion拍下的照片

$mkdir ~/motion-images

• 
  

官方详细配置说明：http://lavrsen.dk/foswiki/bin/view/Motion/ConfigFileOptions
3.开启motion

$ sudo service motion start
$sudo motion

• 
  

     用浏览器登陆树莓派的网址 192.168.8.105：8081 ，会弹出用户名和密码的对话框，输入用户名和密码后看到图像就成功了。需要登录两次。

图4
4. 设置为开机运行（选配）

$sudo vim /etc/rc.local

• 
  

在exit 0前添加 motion , 保存，就会开机自动运行了。
5. 部分详细配置选项的翻译

表1

ffmpeg_duplicate_frames 调试模式，只看到变化的图像

选项	Range/Values Default	说明
auto_brightness	Values: on,off Default: off	让motion自动调节视频的的亮度，只适用于不带有自动亮度调节的摄像机
brightness	Values: 0-255 Default: 0 (disabled)	调整摄像机的亮度
saturation	Values: 0 - 255 Default: 0 (disabled)	调整摄像机的颜色饱和度
hue	Values: 0 - 255 Default: 0 (disabled)	调整摄像机的色调
contrast	Values: 0-255 Default: 0 (disabled)	调整摄像机的对比度
daemon	Values: on,off Default: off	以守护进程在后台运行。这个选项只能放在motion.conf，不能放在 thread config file
emulate_motion	Values: on, off Default: off	即使没有运动物体也要保存图像
ffmpeg_output_movies	Values: on, off Default: off	是否保存视频
ffmpeg_bps	Values: 0 - 9999999 Default: 400000	视频比特率
ffmpeg_variable_bitrate	Values: 0, 2 -31 Default: 0 (disabled)	动态比特率，如果开启这个功能ffmpeg_bps将被忽略，0为关闭，2为最好质量，31为最差质量
Values: on, off Default: on	为了达到每秒的帧数要求，会复制一下帧填充空白时间，关掉这个功能后每个帧都紧接下一个帧，看起来像快进
ffmpeg_output_debug_movies	Values: on, off Default: off
ffmpeg_video_codec	Values:mpeg4, msmpeg4, swf, flv, ffv1, mov, ogg, mp4, mkv, hevc Default: mpeg4	视频格式
framerate	Values: 2 - 100 Default: 100 (no limit)	帧速率，每秒多少帧
frequency	Values: 0 - 999999 Default: 0 (Not set)	频率协调 Hz
lightswitch	Values: 0 - 100 Default: 0 (disabled)	忽略光照强度改变引起的变化
locate_motion_mode	Values: on, off, preview Default: off	给运动物体用方框标出
locate_motion_style	Values: box, redbox, cross, redcross Default: box	标记风格
max_movie_time	Values: 0 (infinite) - 2147483647 Default: 3600	最大视频时间
minimum_frame_time	Values: 0 - 2147483647 Default: 0	最小帧间隔，设置为0表示采用摄像头的帧率
minimum_motion_frames	Values: 1 - 1000s Default: 1	捕捉持续至少指定时间的运动帧
movie_filename	Values: Max 4095 characters Default: %v-%Y%m%d%H%M%S	视频的文件名
ffmpeg_timelapse	Values: 0-2147483647 Default: 0 (disabled)	间隔时间，拍摄延时视频
ffmpeg_timelapse_mode	Values: hourly, daily, weekly-sunday, weekly-monday, monthly, manual Default: daily	延时拍摄模式
timelapse_filename	Values: Max 4095 characters Default: %v-%Y%m%d-timelapse	延时拍摄的文件名
output_pictures	Values: on,off,first,best,center Default: on	是否保存图片和模式设置
output_debug_pictures	Values: on,off Default: off	图片调试模式，只输出运动物体
picture_filename	Values: Max 4095 characters Default: %v-%Y%m%d%H%M%S-%q	图片文件名
picture_type	Values: jpeg,ppm Default: jpeg	图片类型
post_capture	Values: 0 - 2147483647 Default: 0 (disabled)	运动在持续多少帧之后才被捕捉
pre_capture	Values: 0 - 100s Default: 0 (disabled)	输出图像包括捕捉到运动的前几秒
quality	Values: 1 - 100 Default: 75	jpg图像的质量
quiet	Values: on, off Default: off	安静模式，检测到运动不输出哔
rotate	Values: 0, 90, 180, 270 Default: 0 (not rotated)	旋转图像角度
stream_auth_method	Values: 0,1,2 Default: 0	网页监控身份认证方法：0-无，1-基本，2-MD5
stream_authentication	Values: username:password Default: Not defined	网页监控用户名和密码
stream_limit	Values: 0 - 2147483647 Default: 0 (unlimited)	限制帧的数量
stream_localhost	Values: on, off Default: on	是否只能本地访问网络摄像头
stream_maxrate	Values: 1 - 100 Default: 1	限制网络摄像头帧速率
stream_port	Values: 0 - 65535 Default: 0 (disabled)	网络摄像头端口
stream_quality	Values: 1 - 100 Default: 50	网络摄像头传输质量
switchfilter	Values: on, off Default: off	过滤器开关，过滤器用来区分真正的运动和噪声
target_dir	Values: Max 4095 characters Default: Not defined = current working directory	视频和图片的保存路径
videodevice	Values: Max 4095 characters Default: /dev/video0	摄像头设备名
height	Values: Device Dependent Default: 288	图像高度，范围跟摄像机相关
width	Values: Device Dependent Default: 352	图像宽度，范围跟摄像机相关
process_id_file	Values: Max 4095 characters Default: Not defined	保存PID的文件，推荐/var/run/motion.pid
database_busy_timeout	Values: 0 .. positive integer Default: 0	数据库等待超时时间，毫秒