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捕捉图像 - 树莓派

在本课程的这一部分，你将为树莓派添加一个摄像头传感器，并从中读取图像。

硬件

树莓派需要一个摄像头。

你将使用的摄像头是树莓派摄像头模块。这个摄像头专为树莓派设计，通过树莓派上的专用连接器连接。

💁 这个摄像头使用摄像头串行接口（Camera Serial Interface），一种由移动产业处理器接口联盟开发的协议，简称 MIPI-CSI。这是一种专用的图像传输协议。

连接摄像头

摄像头可以通过一条扁平电缆连接到树莓派。

任务 - 连接摄像头

关闭树莓派的电源。
将摄像头附带的扁平电缆连接到摄像头上。为此，轻轻拉动插座中的黑色塑料夹，使其稍微弹出，然后将电缆滑入插座，蓝色一面朝向镜头外侧，金属针脚条朝向镜头。插入到位后，将黑色塑料夹推回原位。

你可以在树莓派摄像头模块入门文档中找到一个动画，展示如何打开夹子并插入电缆。
从树莓派上移除 Grove Base Hat。
将扁平电缆穿过 Grove Base Hat 的摄像头插槽。确保电缆的蓝色一面朝向标有 A0、A1 等的模拟端口。
将扁平电缆插入树莓派上的摄像头端口。同样，拉起黑色塑料夹，插入电缆，然后将夹子推回。电缆的蓝色一面应朝向 USB 和以太网端口。
重新安装 Grove Base Hat。

编程摄像头

现在可以使用 PiCamera Python 库对树莓派进行编程以使用摄像头。

任务 - 启用传统摄像头模式

不幸的是，随着树莓派操作系统 Bullseye 的发布，操作系统附带的摄像头软件发生了变化，默认情况下 PiCamera 不再工作。目前正在开发一个替代方案，名为 PiCamera2，但尚未准备好使用。

目前，你可以将树莓派设置为传统摄像头模式，以使 PiCamera 工作。摄像头插座默认也是禁用的，但启用传统摄像头软件会自动启用插座。

启动树莓派并等待其完成启动。
启动 VS Code，可以直接在树莓派上运行，也可以通过 Remote SSH 扩展连接。
在终端中运行以下命令：
```
sudo raspi-config nonint do_legacy 0
sudo reboot
```
这将切换设置以启用传统摄像头软件，然后重启树莓派以使设置生效。
等待树莓派重启，然后重新启动 VS Code。

任务 - 编程摄像头

对设备进行编程。

在终端中，在 pi 用户的主目录中创建一个名为 fruit-quality-detector 的新文件夹。在此文件夹中创建一个名为 app.py 的文件。
在 VS Code 中打开此文件夹。
要与摄像头交互，可以使用 PiCamera Python 库。使用以下命令安装 Pip 包：
```
pip3 install picamera
```
将以下代码添加到你的 app.py 文件中：
```
import io
import time
from picamera import PiCamera
```
这段代码导入了一些需要的库，包括 PiCamera 库。
在此代码下方添加以下代码以初始化摄像头：
```
camera = PiCamera()
camera.resolution = (640, 480)
camera.rotation = 0

time.sleep(2)
```
这段代码创建了一个 PiCamera 对象，并将分辨率设置为 640x480。虽然支持更高的分辨率（最高 3280x2464），但图像分类器使用的图像尺寸要小得多（227x227），因此无需捕获和发送更大的图像。

camera.rotation = 0 行设置图像的旋转角度。扁平电缆从摄像头底部进入，但如果你的摄像头旋转过以便更容易对准你想要分类的物品，则可以将此行更改为旋转的角度。

例如，如果你将扁平电缆悬挂在某物上，使其位于摄像头顶部，则将旋转设置为 180：
```
camera.rotation = 180
```
摄像头需要几秒钟启动，因此有 time.sleep(2)。
在此代码下方添加以下代码以将图像捕获为二进制数据：
```
image = io.BytesIO()
camera.capture(image, 'jpeg')
image.seek(0)
```
这段代码创建了一个 BytesIO 对象来存储二进制数据。图像以 JPEG 文件的形式从摄像头读取并存储在此对象中。此对象有一个位置指示器，用于指示数据中的当前位置，以便需要时可以将更多数据写入末尾，因此 image.seek(0) 行将位置移回起始位置，以便稍后可以读取所有数据。
在此代码下方添加以下代码以将图像保存到文件：
```
with open('image.jpg', 'wb') as image_file:
    image_file.write(image.read())
```
这段代码打开一个名为 image.jpg 的文件进行写入，然后从 BytesIO 对象中读取所有数据并写入该文件。

💁 你可以直接将图像捕获到文件，而不是使用 BytesIO 对象，只需将文件名传递给 camera.capture 调用即可。使用 BytesIO 对象的原因是稍后在本课程中你可以将图像发送到图像分类器。
将摄像头对准某物并运行此代码。
图像将被捕获并保存为当前文件夹中的 image.jpg。你将在 VS Code 的资源管理器中看到此文件。选择该文件以查看图像。如果需要旋转，请根据需要更新 camera.rotation = 0 行并重新拍摄照片。

💁 你可以在 code-camera/pi 文件夹中找到此代码。

😀 你的摄像头程序运行成功！

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