作者：David Plowman 2023年6月26日

本次#MagPiMonday，我們?yōu)槟鷰?lái)樹莓派攝像頭模塊靜態(tài)圖像捕捉模式和設(shè)置的深入指南。

高品質(zhì)攝像頭模塊采用手動(dòng)對(duì)焦；新的攝像頭模塊3具有可通過(guò)軟件控制的自動(dòng)對(duì)焦功能


在MagPi#129（https://magpi.raspberrypi.com/issues/129）中，我們介紹了libcamera-still，它允許我們捕捉靜止圖像。但它還有更多的選項(xiàng)來(lái)控制如何捕捉圖像，以及文件格式和可用的圖像編碼器。我們將在本教程中介紹這些特性?，F(xiàn)在，我們將繼續(xù)假設(shè)您的鍵盤和顯示器直接接入了您的樹莓派。

以不同分辨率拍攝圖像


默認(rèn)情況下，libcamera-still 將以攝像頭支持的最大可用分辨率拍攝圖像。例如，對(duì)于HQ攝像頭，這意味著圖像大小為4056×3040像素。但是，使用--width和--height參數(shù)可以很容易地更改它。例如，如果您想拍攝1536×1024像素的圖像，則應(yīng)使用：

libcamera-still --width 1536 --height 1024 -o smaller.jpg

樹莓派攝像頭模塊3提供自動(dòng)對(duì)焦功能，使您能夠聚焦圖像的特定部分

圖像編碼器和文件格式


圖像通常以某種方式進(jìn)行編碼（通常會(huì)進(jìn)行壓縮，使其不那么大），然后保存為磁盤上的標(biāo)準(zhǔn)文件格式。

JPEG文件


libcamera-still使用的默認(rèn)文件格式仍然是JPEG，因?yàn)樗哂蟹浅V泛的支持，再加上有用的壓縮級(jí)別。通常，JPEG文件的擴(kuò)展名是.jpg，或者有時(shí)是.JPEG，正如我們已經(jīng)看到的那樣。


JPEG是一種有損壓縮格式，這意味著加載JPEG文件的結(jié)果不再與您開始使用的圖像相同，盡管差異被安排為您最不會(huì)注意到的差異。您可以指定一個(gè)質(zhì)量因子來(lái)指示您想要的壓縮程度。在非常低的值下，您的圖像確實(shí)會(huì)惡化，但在非常高的值下JPEG過(guò)程在視覺(jué)上是無(wú)損的；也就是說(shuō)，它真的會(huì)看起來(lái)和原始圖像一樣好。


質(zhì)量因子的范圍從1到99，如果你不給它指定一個(gè)，它會(huì)選擇值93，非正式地等同于“相當(dāng)高的質(zhì)量”。要以不同的質(zhì)量級(jí)別保存JPEG，請(qǐng)使用-q（或等效的--quality）參數(shù)，如下所示：

libcamera-still -q 80 -o test.jpg

嘗試使用10和50這樣的質(zhì)量值，看看你得到了什么！

PNG文件


PNG（或“Portable Network Graphic”）是另一種廣泛支持的文件和壓縮格式。PNG是一種無(wú)損壓縮格式，這意味著您可以保證恢復(fù)與開始時(shí)完全相同的圖像（與JPEG不同）。不利的一面是，PNG文件通常比JPEG文件大，而且它們更難創(chuàng)建，需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

要保存PNG文件，您需要告訴libcamera-still ，您希望使用-e或--encoder參數(shù)使用不同的編碼器，如下所示：

libcamera-still -e png -o test.png

請(qǐng)注意，必須指定-e選項(xiàng)才能獲得PNG文件——僅更改文件名是不夠的。PNG不支持質(zhì)量參數(shù)。

DNG文件


DNG（或“Digital NeGative”）文件與PNG文件截然不同。顧名思義，它們?cè)谀撤N程度上類似于我們?cè)趯⑵滹@影成照片之前從膠片相機(jī)中獲得的“底片”。在我們的案例中，在樹莓派上的硬件將其“開發(fā)”為可視（JPEG或PNG）圖像之前，DNG文件存儲(chǔ)從圖像傳感器接收的原始數(shù)字。DNG文件與同一圖像的“開發(fā)”JPEG或PNG版本一起保存。要保存DNG文件，請(qǐng)使用-r（或--raw）參數(shù)：

libcamera-still -r test.jpg

libcamera-still會(huì)自動(dòng)將dng文件名中的.jpg替換為.dng，在這種情況下同時(shí)提供test.dng和test.jpg。

存在許多第三方軟件程序以交互方式“開發(fā)”這些DNG文件——這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，超出了本指南的范圍。

延時(shí)捕獲

延時(shí)捕捉是指我們每隔一段時(shí)間（可能是每分鐘、每小時(shí)或每一天）捕捉一張圖像，然后將它們重新組合成視頻，以更快的速度播放。libcamera-still已經(jīng)準(zhǔn)備好了，可以直接捕獲我們需要的圖像。

樹莓派攝像頭模塊能夠捕捉各種不同格式的圖像，包括JPEG、PNG和DNG


我們需要引入——延時(shí)選項(xiàng)，我們將回顧我們之前看到的幾個(gè)選項(xiàng)。


-t或–timeout。執(zhí)行捕獲的時(shí)間長(zhǎng)度（以毫秒為單位）。在延時(shí)的情況下，libcamera-still會(huì)在這段總的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行捕獲。您可以傳遞值0，意思是“無(wú)限期運(yùn)行”（您必須手動(dòng)停止libcamera-still，例如按鍵盤上的CTRL+C）。

–timelapse.。每次延時(shí)捕獲之間的時(shí)間長(zhǎng)度，同樣以毫秒為單位。

-o或–output。輸出文件的名稱。對(duì)于延時(shí)拍攝，我們不能給所有圖像起相同的名字，所以我們使用了一種特殊的語(yǔ)法，其中包括一個(gè)圖像計(jì)數(shù)器。例如，-o capture_%04d.jpg表示所有文件都命名為“capture_”，后面跟著一個(gè)計(jì)數(shù)器，然后是.jpg。%04d指定計(jì)數(shù)器的格式，在這種情況下，0表示將前導(dǎo)零添加到數(shù)字上，4表示“使每個(gè)數(shù)字至少有4位”。這很有用，這樣列出您的圖像文件將按時(shí)間順序返回給您。

讓我們舉一個(gè)例子。

 libcamera-still -o capture_%04d.jpg
--timelapse 5000 -t 30000 --width 1024
--height 768

這將運(yùn)行30秒，每5秒捕獲一張圖像，它們將被命名為capture_0000.jpg到capture_0004.jpg。

請(qǐng)注意，我們是如何將圖像的分辨率降低到更適合我們想要?jiǎng)?chuàng)建的最終視頻的分辨率的。

將圖像組合成視頻

有一個(gè)叫做FFmpeg的方便工具，它能夠?qū)㈧o止圖像序列轉(zhuǎn)換為視頻。我們可以這樣使用它：

ffmpeg -r 2 -i capture_%04d.jpg video.mp4

請(qǐng)注意，我們?nèi)绾问褂锰厥獾?語(yǔ)法來(lái)格式化輸入文件的名稱，方法與我們對(duì) libcamera-still所做的相同。-r參數(shù)給出輸出視頻的幀速率，這里為每秒2幀。我們選擇了MP4格式的輸出文件，并將其命名為video.MP4。

FFmpeg是一個(gè)非常通用的工具，我們建議您學(xué)習(xí)一下。

按下按鍵時(shí)捕獲

我們也可以根據(jù)事件或按鍵進(jìn)行拍攝，而不是定期拍攝。有幾個(gè)新的選項(xiàng)參數(shù)需要學(xué)習(xí)。

–datetime。使用這個(gè)（而不是-o）會(huì)以當(dāng)前日期和時(shí)間命名輸出文件。格式為MMDDhhmmss.jpg，其中MM和DD是月份和日期編號(hào)，hh、MM和ss是小時(shí)、分鐘和秒。

-k或–keypress。按下鍵盤上的ENTER鍵時(shí)拍攝圖像。鍵入X并按ENTER鍵退出。

要使用的命令如下：

libcamera-still -t 0 --keypress --datetime

在這里，我們無(wú)限期地運(yùn)行捕獲，所以我們必須鍵入X，然后鍵入ENTER才能退出（或按CTRL+C）。文件的名稱類似于0405102742.jpg，意思是“4月5日上午10:27，42秒”。

響應(yīng)信號(hào)捕獲


對(duì)于那些熟悉Linux信號(hào)（signals）的人來(lái)說(shuō)，按下按鍵的另一種選擇是發(fā)送信號(hào)。要做到這一點(diǎn)，只需使用-s或--signal而不是-k（或--keypress）。


要向libcamera-still發(fā)送捕獲信號(hào)，請(qǐng)首先啟動(dòng)它，然后在另一個(gè)終端窗口中鍵入以下內(nèi)容：

kill -SIGUSR1 `pidof libcamera-still`

您可以使用以下命令強(qiáng)制libcamera-still退出：

kill -SIGUSR2 `pidof libcamera-still`

HDR（高動(dòng)態(tài)范圍）可以在攝像頭模塊3上使能，以使您拍攝的圖像具有更高的對(duì)比度

自動(dòng)對(duì)焦和高動(dòng)態(tài)范圍在撰寫本文時(shí)，僅樹莓派攝像頭模塊3支持自動(dòng)對(duì)焦和高動(dòng)態(tài)范圍成像。

自動(dòng)對(duì)焦


使用攝像頭模塊3時(shí)，會(huì)在連續(xù)模式下自動(dòng)啟用自動(dòng)對(duì)焦。這意味著攝像頭鏡頭將在必要時(shí)移動(dòng)，以在圖像的中心部分保持最佳焦點(diǎn)，這可能是大多數(shù)用戶在大多數(shù)時(shí)候想要的。


還可以手動(dòng)關(guān)閉自動(dòng)對(duì)焦并設(shè)置鏡頭的對(duì)焦位置。要做到這一點(diǎn)，請(qǐng)使用--lens-position參數(shù)，并傳遞一個(gè)以屈光度測(cè)量的值，即焦距的倒數(shù)。因此，在大約0.1米的非常近的距離處聚焦時(shí)傳入值10（即1/0.1）。若要將焦點(diǎn)集中在無(wú)窮大，請(qǐng)傳入0（也就是 1/無(wú)窮大）。您也可以傳入非整數(shù)值。例如：

libcamera-still --lens-position 0 -o infinity.jpg

…將焦點(diǎn)位置設(shè)置為無(wú)窮遠(yuǎn)，并且不會(huì)再次移動(dòng)鏡頭。

高動(dòng)態(tài)范圍成像

攝像頭模塊3支持高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）成像。要使用它，請(qǐng)?jiān)诿钚兄兄付?-hdr選項(xiàng)，例如：

libcamera-still --hdr -o hdr.jpg

請(qǐng)注意，非HDR捕獲可以以4608×2592像素的最大分辨率執(zhí)行，但由于支持HDR所需傳感器的特殊性質(zhì)，HDR捕獲僅限于2304×1296像素（正好是非HDR模式寬度和高度的一半）。