Raspberry Pi. Подключение и работа с CSI-камерой

В начале

Рассмотрим методы правильного подключения камеры к Raspberry Pi и работу с ней через терминальное окно и с помощью языка программирования Python.
Материалы по теме: Установка ОС Raspbian, Терминал Linux. Основы
Подключая камеру к Raspberry помним следующее:
  • камера боится статического электричества, прикасаться к ней во время работы желательно через антистатический материал
  • камера потребляет 250 мА - при использовании посредственного блока питания Малины подключение камеры может вызвать нехватку питания при активной работе камеры
  • в камере нет микрофона
  • верх камеры находится со стороны противоположной выходу шлейфа, но для отражение изображения по вертикали есть специальная команда - об это ниже.

Подключение

Желательно выполнять подключение камеры к выключенной Raspberry. Быстро выключить Малину можно командой
sudo shutdown now
Шлейфовый разъем CSI находится рядом с HDMI:Плюс подключения камеры через этот разъем в отличие от USB - в разгрузке процессора при передаче данных через интерфейс CSI
Для удобства фиксации камеры есть готовые решения, например - Акриловый холдер.Интерфейс камеры должен быть активирован в настройках Raspberry:После активации камеры (если это требовалось) Малину необходимо перезагрузить:sudo reboot now
Для работы с камерой в Raspbian уже предустановлены необходимые утилиты и драйвера. Обновим пакеты для использования свежих версий:
sudo apt-get update -y
sudo apt-get dist-upgrade -y

Если все сделано верно, попробуем получить пробный кадр с камеры - создадим папку для фотографий, перейдем в нее и выполним команду захвата изображения:
mkdir ~/pi_cam/
cd ~/pi_cam/
raspistill -v -o test.jpg
В случае фейла следует проверить предыдущие шаги, либо прозвонить контакты разъемов на камере и на Малине.
В ОС Raspbian предустановлены следующие пакеты для работы с камерой:
  • raspivid, raspvidyuv - захват видео
  • raspistill, raspiyuv- получение фотографий
Полное руководство по перечисленным утилитам на английском языке находится на офф. сайте Raspberry Pi
Все утилиты запускаются из терминала и достаточно просты в использовании.
Пакеты, с названиями, оканчивающимися на “yuv” не используют компонент кодирования - сохраняют “сырую” необработанную информацию, полученную сенсором камеры.

Рассмотрим работу с каждым пакетом, но прежде познакомимся со списком общих для всех пакетов параметров камеры, а далее рассмотрим специфические аргументы и конкретные примеры их применения.

Общие параметры

Рассмотрим значения параметров. Стоит заметить, что:
  • Если какой то аргумент не указан при обращении к утилите, то применяется его значение по умолчанию.
  • ЕСЛИ КОЛОНКА “ДИАПАЗОН ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ” ПУСТА - значит никаких дополнительных значений передавать не нужно - достаточно передачи самого аргумента.
  • Превью демонстрируется только на подключенном к Raspberry физическом мониторе. В случае доступа к Малине через удаленный рабочий стол (VNC) превью демонстрироваться не будет при любых настройках так как изображение превью посылается напрямую на монитор поверх остальной информации
  • Аналогичная картина с просмотром видео через рабочий стол
Аргумент
Описание
Диапазон допустимых значений
Значение по умолчанию
-p
Параметры окна предпросмотра
ширина,высота,x-координата, y-координата

-f
Предпросмотр во весь экран

no
-n
Без предпросмотра


-op
Прозрачность окна предпросмотра
0...255
255
-sh
Резкость
-100...100
0
-co
Контраст
-100...100
0
-br
Освещенность
0...100
50
-sa
Насыщенность
-100...100
0
-ISO
Чувствительность датчика в камере
-100...100
0
-vs
Стабилизация видео
(только для видео)

no
-ev
Экспокоррекция
-10...10
0
-ex
Экспозиция
  • auto
  • night
  • nightpreview
  • backlight: подсветка позади объекта съемки
  • spotlight: освещение прожектором
  • sports: объект в движении
  • snow: снежный пейзаж
  • beach: пляжный пейзаж
  • verylong: затяжная экспозиция
  • fixedfps: ограничение FPS до фиксированного значения
  • antishake: антитряска
  • fireworks: пейзаж с фейерверками
auto
-awb
Баланс белого
  • off
  • auto
  • sun: 5000K...6500K - солнечно
  • cloud:6500K ... 12000K облачно
  • shade: в тени
  • tungsten: 2500K ... 3500K вольфрам
  • fluorescent: 2500K ... 4500K
  • incandescent: раскаленный металл
  • flash: со вспышкой
  • horizon
auto
-ifx
Разнообразные эффекты
none, negative, solarise, posterise, whiteboard, blackboard, sketch, denoise, emboss, oilpaint, hatch, gpen, pastel, watercolour, film, blur, saturation, colourswap, washedout, colourpoint, colourbalance, cartoon
none
-cfx
Баланс цветов
0...255:0...255
128:128
-mm
Замер экспозиции
  • average: среднее
  • spot: точка
  • backlit: считать изображение с подсветкой
  • matrix: матричный замер
average
-rot
Поворот
0 ... 359
0
-hf
Отражение по горизонтали

No
-vf
Отражение по вертикали

No
-roi
Область интереса сенсора
координаты от левого верхнего угла и ширина и высота области
0 … 1,0 … 1,0 … 1,0 … 1
0,0,1,1
-ss
Скорость затвора
в микросекундах
6000000
-drc
Сжатие динамического диапазона
  • off
  • low
  • med
  • high
off
-st
показывать статистику

No
Далее рассмотрим утилиты по отдельности.


raspistill - захват фото

Эта утилита выдает кодированное сжатое изображение, и для выполнения этого действия есть немало параметров, передающихся аргументами при запуске raspistill.

Аргументы


Аргумент
Описание
Диапазон допустимых значений
Значение по умолчанию
-w
Ширина
0...макс
макс
-h
Высота
0...макс
макс
-q
Качество
0...100
75
-o
Имя файла
путь к файлу
-
-v
Вывод в терминал
Информация о процессе захвата
no
-t
Задержка перед действием
в миллисекундах
0
-tl
Таймлапс
пример: -tl 2000 -o image%04d.jpg
2000 - интервал
%04d - шаблон 4х значного числа
-
-e
Кодирование в формат
jpg, bmp, gif, and png
jpg
-x
Добавление EXIF тегов
до 32 тегов
-
-r
Сохранение массива Байера в Мeta-данных кодированного избражения

-

Примеры

Рассмотрим конкретные примеры использования raspistill:
Захват стандартного изображения через 2 секунды с сохранением в файл image.jpg (в той папке, в которой сейчас находитесь). Разрешение при этом будет стандартным (максимальным)
raspistill -t 2000 -o image.jpg

Тоже самое, но в разрешении 640х480
raspistill -o image.jpg -w 640 -h 480

Захват изображения с заниженным 5% качеством с сохранением в файл image.jpg (в той папке, в которой сейчас находитесь). При таком качестве размер изображения будет существенно меньше
raspistill -o image.jpg -q 5

Получение изображения, кодированного в формат PNG с сохранением в файл image.png
raspistill -o image.png –e png

Получение стандартного изображения с двумя зашитыми EXIF-тегами: Артист - Борис, GPS-высота - 123,5 м
raspistill -o image.jpg -x IFD0.Artist=Boris -x GPS.GPSAltitude=1235/10

Создание таймлапс-набора изображений, которые будут захватываться с интервалом в 10 секунда на протяжении 10 минут (600 000 мс) и называться image_num_001_today.jpg, image_num_002_today.jpg и так далее. Завершающее изображение будет иметь имя latest.jpg
raspistill -t 600000 -tl 10000 -o image_num_%03d_today.jpg -l latest.jpg

Захват изображений при нажатии клавиши Enter, файлы будут сохраняться рядом и называться my_pics01.jpg my_pics02.jpg и т.д.
raspistill -t 0 -k -o my_pics%02d.jpg


raspiyuv

Аргументы запуска в точности как у raspistill (см. выше), из них НЕДОСТУПНЫ только следующие:
-q - качество
-e - указание целевого формата изображения
-x - Добавление EXIF тегов
-r - Сохранение массива Байера в Meta-данных кодированного изображения
Однако имеется СОБСТВЕННЫЙ аргумент
-rgb - сохранение “сырых” raw-данных в формате RGB888 (8 бит/канал)

raspivid - захват видео

Параметры запуска

Аргумент
Описание
Диапазон допустимых значений
Значение по умолчанию
-w
Ширина
0...макс
1920
-h
Высота
0...макс
1080
-b
Битрейт видео
количество бит в секунду.
10Mbits/s задается -b 10000000

-o
Имя файла
путь к файлу
-
-v
Вывод в терминал
Информация о процессе захвата

-t
Задержка перед действием
в миллисекундах
0
-fps
Фреймрейт
Количество кадров в секунду 2...30

-k
Запуск/останов записи по нажатию Enter
процесс прерывается нажатием “X”

-sg
Сохранение отрезков видео с фиксированной продолжительностью в отдельные файлы
Задается длительность одного отрезка и маска файлов
-sg 3000 -o video%04d.h264

-wr
Ограничение максимального количества файлов при сегментации
Применяется с аргументом -sg и по сути реализует циклическую перезапись как в видеорегистраторах

Разрешение по умолчанию - 1080p (1920x1080)
Рассмотрим конкретные примеры:
Запись 5-ти секундного стандартного видео (1920x1080, 30 кадров/сек) с сохранением в файл video.h264
raspivid -t 5000 -o video.h264

Запись 5-ти секундного ролика с разрешением 1080p и специфическим битрейтом 3.5Mbits/s с сохранением в файл video.h264
raspivid -t 5000 -o video.h264 -b 3500000

Запись 5 секунд видео стандартного разрешения с частотой кадров 5fps с сохранением в файл video.h264
raspivid -t 5000 -o video.h264 -f 5

Если к Raspberry подключен монитор через HDMI, то записанное видео можно посмотреть с помощью плеера omxplayer:
sudo apt-get install omxplayer #если плеер еще не установлен
omxplayer video.h264

Через VNC просмотр видео недоступен

Коды ошибок

  • 0 - успешное завершение
  • 64 - передана неверная команда (ошибка в синтаксисе)
  • 70 - ошибка в утилите или при связи с камерой
  • 130 - выполнение прервано пользователем (сочетанием клавиш Ctrl + C)


Библиотека PiCamera

Это библиотека для языка программирования Python позволяющая упростить и автоматизировать работу с камерой Raspberry
Полное описание библиотеки на английском здесь на офф. сайте
В современных версиях дистрибутива Raspbian библиотека уже предустановлена, проверить это можно через консоль Python
python3
import picamera
В случае фейла необходимо покинуть консоль введя команду
exit()

или сочетанием клавиш Ctrl + D и установить библиотеку командой
sudo apt-get install python3-picamera

Работа с камерой из кода Python аналогично рассмотренным выше терминальным командам. Получить стандартное изображение с камеры можно легко прямо в консоли Питона:
import picamera #импортируем библиотеку работы с камерой
camera = picamera.PiCamera() #создаем объект камеры
camera.capture('image.jpg') #вызываем у объекта камеры метод захвата изображения
camera.close() #закрываем сессию работы с камерой

Изображение сохраниться в файл image.jpg в текущей папке.
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.