OpenCV中摄像头设置与视频捕获全解析

### OpenCV 中摄像头设置与视频捕获全解析 #### 1. 摄像头属性的更改与读取 即使使用相同型号的网络摄像头，也可能会看到不同的设置。可以使用 `v4l2-ctl` 工具来更改和读取摄像头的属性。 - **更改属性**：使用 `--set-ctrl` 参数。例如，将对比度从 32 更改为 40，可在终端输入： ```bash root@clanton:~# v4l2-ctl --set-ctrl=contrast=40 ``` 也可以使用分隔符 `=`： ```bash root@clanton:~# v4l2-ctl --set-ctrl contrast=40 ``` - **读取单个属性**：使用 `--get-ctrl` 而不是 `--all`（`--all` 会列出所有属性）。例如读取对比度： ```bash root@clanton:~# v4l2-ctl --get-ctrl contrast contrast: 40 ``` - **获取控制列表**：使用 `-L` 参数，示例如下： ```bash root@clanton:~# v4l2-ctl -L brightness (int) : min=0 max=255 step=1 default=128 value=128 contrast (int) : min=0 max=255 step=1 default=32 value=40 saturation (int) : min=0 max=255 step=1 default=32 value=32 white_balance_temperature_auto (bool) : default=1 value=1 gain (int) : min=0 max=255 step=1 default=64 value=64 power_line_frequency (menu) : min=0 max=2 default=2 value=2 0 : Disabled 1 : 50 Hz 2 : 60 Hz white_balance_temperature (int) : min=0 max=10000 step=10 default=4000 value=4000 flags=inactive sharpness (int) : min=0 max=255 step=1 default=24 value=24 backlight_compensation (int) : min=0 max=1 step=1 default=0 value=0 exposure_auto (menu) : min=0 max=3 default=3 value=3 1 : Manual Mode 3 : Aperture Priority Mode exposure_absolute (int) : min=1 max=10000 step=1 default=166 value=166 flags=inactive exposure_auto_priority (bool) : default=0 value=1 ``` #### 2. 像素格式与分辨率 - **检查支持的编码**：使用 `v4l2-ctl --list-formats` 命令，示例如下： ```bash root@clanton:~# v4l2-ctl --list-formats ioctl: VIDIOC_ENUM_FMT Index : 0 Type : Video Capture Pixel Format: 'YUYV' Name : YUV 4:2:2 (YUYV) Index : 1 Type : Video Capture Pixel Format: 'MJPG' (compressed) Name : MJPEG ``` 此摄像头支持两种编码：YUYV（索引 0）和 Motion JPEG（索引 1）。 - **更改分辨率**：以 C270 摄像头为例，将当前 640x480 分辨率更改为 1920x720，使用命令： ```bash root@clanton:~# v4l2-ctl --set-fmt-video width=1920,height=780,pixelformat=0 ``` 这里索引 0 代表 YUYV 像素格式。 - **确定当前像素格式和分辨率**：使用 `v4l2-ctl --get-fmt-video` 命令，示例如下： ```bash root@clanton:~# v4l2-ctl --get-fmt-video Format Video Capture: Width/Height : 1280/720 Pixel Format : 'YUYV' Field : None Bytes per Line: 2560 Size Image : 1843200 Colorspace : SRGB ``` - **检查支持的分辨率和帧率**：使用 `v4l2-ctl --list-formats-ext` 命令，该命令会列出每个像素格式支持的多种分辨率以及对应的帧率。例如： ```bash root@clanton:~# v4l2-ctl --list-formats-ext ioctl: VIDIOC_ENUM_FMT Index : 0 Type : Video Capture Pixel Format: 'YUYV' Name : YUV 4:2:2 (YUYV) Size: Discrete 640x480 Interval: Discrete 0.033 s (30.000 fps) Interval: Discrete 0.040 s (25.000 fps) Interval: Discrete 0.050 s (20.000 fps) Interval: Discrete 0.067 s (15.000 fps) Interval: Discrete 0.100 s (10.000 fps) Interval: Discrete 0.200 s (5.000 fps) Size: Discrete 160x120 Interval: Discrete 0.033 s (30.000 fps) Interval: Discrete 0.040 s (25.000 fps) Interval: Discrete 0.050 s (20.000 fps) Interval: Discrete 0.067 s (15.000 fps) Interval: Discrete 0.100 s (10.000 fps) Interval: Discrete 0.200 s (5.000 fps) ... ``` 不同像素格式下相同分辨率支持的帧率可能不同，若设置错误可能导致视频或图片捕获失败。 - **更改帧率**：使用 `--set-parm` 参数，例如设置为 30 fps： ```bash root@clanton:~# v4l2-ctl --set-parm=30 Frame rate set to 30.000 fps ``` #### 3. 使用 libv4l2 捕获视频和图像 使用 V4L2 捕获视频和图像的过程相似，涉及相同的 IOCTL 调用和序列。摄像头有单平面和多平面之分，单平面意味着单个视频帧有一个起始的缓冲区地址，多平面则需要多个起始地址。捕获视频的序列基本相同，但软件保存帧的方式有所不同，可单独保存或作为整个流保存。 V4L2 API 支持三种 I/O 操作： |操作类型|说明| | ---- | ---- | |Memory mapped buffers (mmap)|缓冲区在内核空间分配，设备决定可分配的缓冲区数量和大小。通常使用 `mmap()` 函数，应用程序在查询缓冲区前需使用 `V4L2_MEMORY_MMAP` 告知此方法。C270 摄像头使用此方法。| |Userspace pointers|使用常规的 `malloc()` 或 `calloc()` 函数在用户空间分配缓冲区，使用 `V4L2_MEMORY_USERPTR` 查询缓冲区。| |Direct Read/Write|应用程序可直接读写缓冲区，无需映射内存（`mmap`）或在用户空间分配内存（`malloc/calloc`）。| 在进行操作前，必须设置分辨率、像素格式和帧率。 #### 4. 视频捕获程序 以下是一个视频捕获程序的详细步骤及代码： ```mermaid graph TD; A[打开设备] --> B[初始化设备]; B --> C[重置图像裁剪设置]; C --> D[设置像素格式和分辨率]; D --> E[分配缓冲区]; E --> F[查询缓冲区状态并映射内存]; F --> G[入队缓冲区]; G --> H[开始捕获]; H --> I[出队缓冲区读取帧]; I --> J[停止流]; J --> K[释放缓冲区并取消内存映射]; K --> L[关闭设备]; ``` - **封装 IOCTL 调用函数**：为方便多次使用 `ioctl()` 函数向内核发送 IOCTL，封装如下函数： ```c static int xioctl(int fh, int request, void *arg) { int r; do { r = ioctl(fh, request, arg); } while (-1 == r && EINTR == errno); return r; } ``` - **打开设备**：使用文件描述符打开设备，示例代码如下： ```c static void open_device(void) { fd = open(dev_name, O_RDWR /* required */ | O_NONBLOCK, 0); if (-1 == fd) { fprintf(stderr, "Cannot open '%s': %d, %s\n", dev_name, errno, strerror(errno)); exi ```