计算机视觉¶

这个下一个项目将正式进入计算机视觉领域！

要执行接下来的四个实验，请确保已完成远程桌面。通过 SSH 的远程连接不会显示摄像机图像。

运行代码

注解

这个项目需要访问树莓派的桌面来查看相机模块拍摄的画面。
你可以将屏幕连接到PiCar-X上，或者参考教程远程桌面，用VNC或XRDP访问它。
一旦进入树莓派的桌面，打开Terminal并输入以下命令来运行它，或者直接用Python编辑器打开并运行它。

cd /home/pi/picar-x/example
sudo python3 computer_vision.py

代码运行后，你将在窗口上看到摄像头模块拍摄的画面。

代码

import cv2
from picamera.array import PiRGBArray
from picamera import PiCamera
import time


with PiCamera() as camera:
    camera.resolution = (640, 480)
    camera.framerate = 24
    rawCapture = PiRGBArray(camera, size=camera.resolution)
    time.sleep(2)

    for frame in camera.capture_continuous(rawCapture, format="bgr",use_video_port=True): # use_video_port=True
        img = frame.array
        cv2.imshow("video", img)  # OpenCV image show
        rawCapture.truncate(0)  # Release cache

        k = cv2.waitKey(1) & 0xFF
        if k == 27:
            break

    print('quit ...')
    cv2.destroyAllWindows()
    camera.close()

这个怎么运作？

照片是用 PiCamera 获得的。这个包为树莓派相机提供了一个纯 Python 接口。

PiCamera Docs

将图像捕获到文件只需要将文件名指定为所需的任何 capture() 方法的输出。

from time import sleep
from picamera import PiCamera

with PiCamera() as camera:
    camera.resolution = (640, 480)
    camera.start_preview()
    # Camera warm-up time
    sleep(2)
    camera.capture('foo.jpg')

该项目使用 capturing timelapse sequences 函数。这种方法使 OpenCV 能够获取连续帧。

使用这种方法，相机会不断捕捉图像，直到被告知停止。图像会被自动赋予唯一的名称。 sleep(x) 函数控制捕获之间的延迟。

from time import sleep
from picamera import PiCamera

with PiCamera() as camera:
    camera.resolution = (640, 480)
    camera.start_preview()
    sleep(2)

    for filename in camera.capture_continuous('img{counter:03d}.jpg'):
        print('Captured %s' % filename)
        sleep(10) #  capture images with a 10s delay between each shot

为了捕获 OpenCV 对象，图像将被捕获到 Python 的内存流类： BytesIO。 BytesIO 会将流转换为 numpy 数组，程序将使用 OpenCV 读取该数组：

What is Numpy?

import io
import time
import picamera
import cv2
import numpy as np

# Create the in-memory stream
stream = io.BytesIO()
with picamera.PiCamera() as camera:
    camera.start_preview()
    time.sleep(2)
    camera.capture(stream, format='jpeg')
# Construct a numpy array from the stream
data = np.fromstring(stream.getvalue(), dtype=np.uint8)
# "Decode" the image from the array, preserving colour
image = cv2.imdecode(data, 1)
# OpenCV returns an array with data in BGR order. If you want RGB instead
# use the following...
image = image[:, :, ::-1]

为了避免 JPEG 编码和解码的损失，请使用 picamera.array 模块中的类。这也有可能提高图像处理的速度。

由于 OpenCV 图像只是按 BGR 顺序排列的 numpy 数组， PiRGBArray 类，并且简单地使用 bgr 格式捕获。注：RGB 数据和 BGR 数据大小相同，配置相同，但颜色平面相反。

PiRGBArray

import time
import picamera
import picamera.array
import cv2

with picamera.PiCamera() as camera:
    camera.start_preview()
    time.sleep(2)
    with picamera.array.PiRGBArray(camera) as stream:
        camera.capture(stream, format='bgr')
        # At this point the image is available as stream.array
        image = stream.array

结合捕捉延时序列的方法，这些3维RGB数组由OpenCV展示。

import cv2
from picamera.array import PiRGBArray
from picamera import PiCamera

#init camera
with PiCamera() as camera:
    camera.resolution = (640,480)
    camera.framerate = 24
    rawCapture = PiRGBArray(camera, size=camera.resolution)

    for frame in camera.capture_continuous(rawCapture, format="bgr",use_video_port=True): # use_video_port=True
        img = frame.array
        cv2.imshow("video", img)  # OpenCV image show
        rawCapture.truncate(0)  # Release cache

        # click ESC key to exit.
        k = cv2.waitKey(1) & 0xFF
        if k == 27:
            camera.close()
            break

还有许多其他方法可以使用 OpenCV 读取视频流。这些示例中使用的那些更适合接下来的四个 PiCar-X 任务，例如颜色检测和人脸检测。

更多视频流使用方式请参考： OpenCV-Python教程。