模板: Raspberry Pi Documentation-GPIO
GPIO
说明
- GPIO全称：通用型输入输出端口（General-purpose input/output）
- 树莓派引脚分类
- 电源引脚:5v，3.3v，GND(Ground)。
- 常规GPIO控制引脚:可以通过编写程序控制这些引脚的高低电平。
- 特殊GPIO通讯引脚: SPI通讯，12C通讯，TxD/RxD串口通讯。
- 树莓派引脚编码
- 功能物理引脚：这种编码方式是按照树莓派主板上引脚排针编号。分别对应1~40号排针。 从左到右，从上到下：左边基数，右边偶数。
- BCM：这种方式是参考 Broadcom SOC的通道编号侧重CPU寄存器。使用Python控制树莓派引脚时，使用的是WiringPi编码。
- WiringPi编码:WiringPi编码，把扩展GPIO端口从0开始编码。使用 C语言控制树莓派引脚时，使用的是WiringPi编码。
- 终端窗口查看引脚编号
- 在终端输入指令：
pinout
- 使用树莓派输入gpio readall命令查看pin状态
- 输入以下命令安装Git：
sudo apt install git-core
- 输入以下命令，将 WiringPi 文件下载到树莓派系统的当前目录。
sudo git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi
- 耐心等待其安装完成。下载完成后，我们可以在当前目录下看到一个WiringPi文件夹。如下所示。
- 输入以下命令进入 WiringPi 文件夹目录。
cd WiringPi/
- 输入以下命令安装 WiringPi。
sudo ./build
- 耐心等待它的安装完成。当我们看到下面的界面没有任何错误时，就意味着安装完成了。
- 输入以下命令查看gpio的版本。
gpio -v
- 最后，我们可以查看树莓派各个管脚的状态，输入指令：
gpio readall
- 在终端输入指令：
使用RPi.GPIO模块
- RPi.GPIO是Python的一个模块，树莓派默认已经安装了该模块。本节详细介绍如何使用Python的RPi.GPIO模块控制GPIO。
- 导入RPi.GPIO模块
import RPi.GPIO as GPIO
- 设置指定模式（强制）管脚编号
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) #物理引脚编码 GPIO.setmode(GPIO.BCM) #BCM编码
- 设置禁用警告
- 如果GRIO检测到一个引脚已经被设置成了非默认值，可以使用setwarnings()关闭警告信息。
GPIO.setwarnings(False)
- 如果GRIO检测到一个引脚已经被设置成了非默认值，可以使用setwarnings()关闭警告信息。
- 设置引脚输入和输出
- 要将通道配置为输入：
GPIO.setup(channel, GPIO.IN)
- 要将通道设置为输出，请调用：
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT)
- 为输出通道指定一个初始值：
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
- 将通道设置为输出时，同时设置多个通道：
channels = [18, 12, 13] GPIO.setup(channels, GPIO.OUT)
- 要读取通道的值：
GPIO.input(channel) #返回 GPIO.LOW 或 GPIO.HIGH。
- 要设置配置为输出的引脚的值：
GPIO.output(channel, state)
其中状态可以是 GPIO.LOW 或 GPIO.HIGH。 - 还可以输出到通道列表或元组：
channels = [18, 12, 13] GPIO.output(channels, GPIO.HIGH) # or GPIO.LOW GPIO.output(channel, (GPIO.LOW, GPIO.HIGH, GPIO.HIGH))
- 要将通道配置为输入：
- 清理所有使用的通道
- 在程序结束时，最好清理通道，以便将所有引脚设置为默认状态。
GPIO.cleanup()
- 在程序结束时，最好清理通道，以便将所有引脚设置为默认状态。
点亮LED
- 本教程是WaveShare设计的Pioneer600扩展板为例。
- Pioneer600扩展板包括了GPIO，I2C， SPI，Serial等接口的器件，是学习树莓派编程很好的扩展板。
-
我们使用的是Pioneer600扩展板上的LED1，有原理图可知，LED1连接树莓派的25号引脚(BCM编码为 26)。
shell脚本控制
-
设置 BCM26输出:
cd /sys/class/gpio echo 26 > export cd gpio26 echo out > direction echo 1 > value # 输出高 echo 0 > value # 输出低
标准I/O
下载例程
在树莓派终端运行：
sudo apt-get install p7zip wget https://www.waveshare.net/w/upload/3/3a/Pioneer600_code.zip unzip Pioneer600_code.zip sudo chmod 777 -R Pioneer600_code cd Pioneer600_code/LED/
- bcm2835程序
进入Linux终端，在终端执行以下命令:
cd bcm2835 make sudo ./led
预期结果：可以看到LED1闪烁。按下Ctrl+C结束程序。
- wiringPi程序
进入Linux终端，在终端执行以下命令:
cd wiringPi make sudo ./led
预期结果：可以看到LED1闪烁。按下Ctrl+C结束程序。
呼吸灯：
sudo ./pwm
预期结果：可以看到LED1亮度逐渐改变。
按下Ctrl+C结束程序。
- python程序
在终端输入以下命令执行程序：
cd python sudo python led.py
预期结果：可以看到LED1闪烁。按下Ctrl+C结束程序。
呼吸灯：
sudo python pwm.py
预期结果：可以看到LED1亮度逐渐改变。按下Ctrl+C结束程序。
- shell程序
在终端输入以下命令执行程序：
cd shell sudo sh LED.sh 26 1 sudo sh LED.sh 26 0
预期结果：LED1状态根据输入的 0/ 1改变。
文件I/O
- 通过上面的操作，我们可以发现在linux系统中，读写设备文件即可操作对应的设备。
- 在linux的世界，一切的都是文件。下面我们可以通过C语言读写文件的方式操作GPIO 。
- sysfs程序
进入Linux终端，在终端执行以下命令:
cd fs make sudo ./led
预期结果：LED1闪烁10次后自动退出程序。按下Ctrl+C结束程序。
Serial串口
说明
- 串口是串行接口（serial port）的简称，也称为串行通信接口或COM接口。
- 串口通信是指采用串行通信协议（serial communication）在一条信号线上将数据一个比特一个比特地逐位进行传输的通信模式。
-
树莓派3/4B有两个串口一个称是硬件串口(/dev/ttyAMA0)一个是mini串口(/dev/ttyS0)。
- 硬件串口由硬件实现，有单独的波特率时钟源，性能高、可靠。
- “mini串口”性能低，功能也简单，并且没有波特率专用的时钟源而是由CPU内核时钟提供，因此“mini串口”有个致命的弱点是：波特率受到内核时钟的影响，内核若在智能调整功耗降低主频时，相应的这个mini串口的波特率便受到牵连。
-
树莓派串口分类:
- 主串口：可以通过引脚实现通讯。
- 辅助串口：不能使用GPIO引脚通信默认被分配给蓝牙端。
- 在树莓派上，引脚8(发送)和引脚10(接收)是作为主串口的收发端引脚8被叫做TXD(Transmit Data)引脚10被称为RXD(Receive Data)
- 在树莓派3/4B中默认将“硬件串口”被默认分配给辅助串口（与蓝牙通信），而把“mini串口”分配给主串口（与引脚GPIO Tx Rx通信），并且“mini串口”默认还是禁用的，需要raspi-config手动开启。
| Linux 设备 | 描述 | |
| /dev/ttyS0 | mini UART | |
| /dev/ttyAMA0 | 硬件串口 | |
| /dev/serial0 | 主串口 | |
| /dev/serial1 | 辅助串口 |
设置步骤
- 为了通讯稳定，需要进行“硬件串口”与“mini串口”默认映射对换，把“硬件串口” /dev/ttyAMA0映射分配给GPIO的Tx Rx。
- 启动串口
先查看一下串口启动的情况，如果没配置过串口，那么正常情况应该会得到下面的结果：
ls -la /dev/serial*
- 只有serial1 -> ttyAMA0，没有看到ttyS0的相关映射。之所以在没有开启串口的时候能看到ttyAMA0的映射，就是上面讲过的，树莓派3/4B将ttyAMA0默认用于板载蓝牙通讯。
- 在终端输入raspi-config开启串口Serial Port (参考配置开启ssh Interface Options)：
-
重启树莓派，在设置中启用串口后，会发现 /dev目录下变成了两个： serial0 -> ttyS0 和 serial1 ->ttyAMA0，这就是开启成功了。
sudo reboot
-
禁用蓝牙（硬件串口与mini串口映射对换）,ttyAMA0 得以释放，这时候树莓派也自动交换了ttyAMA0和ttyS0，把serial0 分配给了 ttyAMA0 。
映射对换的目的是将硬件串口作用在GPIO接口的Tx Rx上。如果项目中有用到蓝牙通讯，那么进行这一步的时候要谨慎。修改系统配置文件/boot/config.txt:
sudo nano /boot/config.txt
在文件中添加：
dtoverlay=pi3-disable-bt
这里有个坑要注意一下：树莓派4B的参数值也是pi3-disable-bt。
-
重启树莓派
sudo reboot
-
查看一下串口状态，看看ttyAMA0和ttyS0的映射是否对调:
ls -la /dev/serial*
- 可以看到结果中，ttyAMA0和ttyS0的映射对调了
-
禁用串口控制台功能
树莓派默认将IO引出的串口用作于控制台使用，在没有网络的时候，可以通过串口对树莓派进行控制管理所以经过前面的步骤做好串口映射交换后，还是不能正常地使用串口模块进行通讯。需要禁用串口控制台功能，使串口为我们自由使用。分别通过如下两个命令停止和禁用串口的控制台功能。（由于我们前面已经交换了串口的映射关系，因此这里注意是ttyAMA0）
sudo systemctl stop serial-getty@ttyAMA0.service sudo systemctl disable serial-getty@ttyAMA0.service
-
最后还需要删除一个东西：
sudo nano /boot/cmdline.txt
在打开的文件中删去或注释掉
console=serial0,115200
这样树莓派的串口就设置好了，可以通过串口进行通讯收发消息了。
- 树莓派安装minicom串口助手：
sudo apt install minicom -y
- 运行minicom，输入命令：
minicom -D /dev/ttyAMA0 -b 9600
- 使用USB转TTL连接电脑，打开串口调试助手SSCOM助手就可以发送数据了。
I2C
简介
- I2C，中文全称为集成电路总线;
- 它是一种串行通信总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在20世纪80年代为了让主板和嵌入式系统用以连接低速周边设备而开发。I2C的正确读法为“I平方C”（"I-squared-C"）或者'I方C'
I2C硬件连接方式
- I2C 总线在物理连接上非常简单，分别由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。
- 通信原理是通过控制SCL和SDA高低电平来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据传输。
- 在总线空闲状态时，SCL和SDA会上拉电阻拉高，保持着高电平。
通过其物理连接方式，我们就可以知道I2C协议是串行、同步通讯协议。
特征
- I2C总线上的每一个设备都会对应这唯一的I2C地址，部分从设备可以通过外围电路改变I2C地址。
- 主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信。
- I2C总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行双向的数据传输。
协议详解
- I2C协议规定，总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件。起始和结束信号总是由主设备产生(意味着从设备不可以主动发起通信，所有的通信都是主设备发起的，主可以发出询问的指令，然后等待从设备的通信)。
- 总线在空闲状态时，SCL和SDA都保持着高电平，当SCL为高电平而SDA由高到低的跳变，表示产生一个起始条件；当传输结束时，SCL为高而SDA由低到高的跳变，表示产生一个停止条件。
- 在起始条件产生后，总线处于忙状态，由本次数据传输的主从设备独占总线，其他I2C器件无法访问总线；在停止条件产生后，本次数据传输的主从设备将释放总线，总线再次处于空闲状态。
- 数据传输以字节为单位。主设备在SCL线上产生每个时钟脉冲的过程中将在SDA线上传输一个数据位，当一个字节按数据位从高位到低位的顺序传输完后，紧接着从设备将拉低SDA线，回传给主设备一个应答位，此时才认为一个字节真正的被传输完成。当然，并不是所有的字节传输都必须有一个应答位，比如：当从设备不能再接收主设备发送的数据时，从设备将不回传应答位。
开启I2C接口
- 树莓派一共有两个i2c通道，分别是I2C-0（引脚3和引脚5）和I2C-1（引脚27和引脚28），开启I2C方法如下：
- 在终端输入raspi-config开启串口I2C (参考配置开启ssh Interface Options)：
sudo raspi-config
硬件连接
| 10 DOF | Raspberry Pi | 功能 |
| Board物理引脚序号 | ||
| VCC | 5V | 电源输入 |
| GND | GND | 电源地 |
| SDA | 3 | I2C数据输入 |
| SCL | 5 | I2C时钟信号 |
i2cdetectc测试
- 查询i2c设备：
sudo i2cdetect -y -r -a 1
- 参数: -y是无视交互问题直接执行，-r是SMBus read byte命令，-a是所有地址，1是指i2c-1。
- 扫描寄存器数据：
i2cdump -y 1 0x77
-
寄存器数据写入：
sudo i2cset -y 1 0x77 0x90 0x55
参数 含义 1 代表I2C设备号 0x77 代表I2C设备地址 0x90 代表寄存器地址 0x55 代表向寄存器写入的数据 -
寄存器数据读出：
sudo i2cget -y 1 0x77 0x90
参数 含义 1 代表I2C设备号 0x77 代表I2C设备地址 0x90 代表寄存器地址
安装库
- 本实例采用的是 10轴惯性导航模块。
如果使用bookworm系统，只能使用lgpio库，bcm2835跟wiringPi无法安装与使用,python库可以不安装，直接运行程序即可
BCM2835
#打开树莓派终端，并运行以下指令 wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.71.tar.gz tar zxvf bcm2835-1.71.tar.gz cd bcm2835-1.71/ sudo ./configure && sudo make && sudo make check && sudo make install # 更多的可以参考官网：http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/
wiringPi
#打开树莓派终端，并运行以下指令 cd sudo apt-get install wiringpi #对于树莓派2019年5月之后的系统（早于之前的可不用执行），可能需要进行升级： wget https://project-downloads.drogon.net/wiringpi-latest.deb sudo dpkg -i wiringpi-latest.deb gpio -v # 运行gpio -v会出现2.52版本，如果没有出现说明安装出错 #Bullseye分支系统使用如下命令： git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi cd WiringPi ./build gpio -v # 运行gpio -v会出现2.70版本，如果没有出现说明安装出错
lgpio
wget https://github.com/joan2937/lg/archive/master.zip unzip master.zip cd lg-master sudo make install # 更多的可以参考官网：https://github.com/gpiozero/lg
下载测试程序
打开树莓派终端，执行：
sudo apt-get install p7zip-full -y sudo wget https://www.waveshare.net/w/upload/c/c1/10_DOF_IMU_Sensor_D_Code.7z 7z x 10_DOF_IMU_Sensor_D_Code.7z -O./10_DOF_IMU_Sensor_D_Code cd 10_DOF_IMU_Sensor_D_Code/RaspberryPi/
运行测试程序
以下命令请在RaspberryPi下执行，否则不在索引不到目录；
C
- 重新编译，编译过程可能需要几秒
BCM2835
cd BCM2853 sudo make clean sudo make sudo ./10Dof-D_Demo
wiringPi
cd wiringPi sudo make clean sudo make sudo ./10Dof-D_Demo
注意：如果运行过BCM2835,请重启之后再运行wiringPi。
现象
在树莓派运行程序后，就会输出以下数据：
串口输出数据含义
| Roll, Pitch, Yaw | Roll 倾角（°）, Pitch 倾角（°）, Yaw 倾角（°） |
| Acceleration | 加速度（LSB，可换算为 g①） |
| Gyroscope | 陀螺仪角速度（LSB，可换算为°/秒②） |
| Magnetic | 电子罗盘（LSB,可转换μT③） |
| Angle | 方向角（°），理论上等于 Yaw 倾角。 |
| Pressure | 气压值（hPa） |
| Altitude | 海拔高度（m） |
| Temperature | 温度值（℃） |
备注：
①：示例程序串口输出的加速度为寄存器原始值（既寄存器数值），该数值
除以16384后，即可转化为单位为g（重力加速度常数）的数值。
②：示例程序串口输出的角速度为寄存器原始值（既寄存器数值），该数值
除以32.8后，即可转化为单位为dps（角度/秒）的数值。
③：示例程序串口输出的磁传感器数值为寄存器原始值（既寄存器数值），该
数值乘以0.15，即可转化为单位为μT（10-6特斯拉）的数值。
SPI
简介
- SPI全称为串行外设接口（Serial Peripheral Interface），其是一种高速的，全双工，同步通信总线.
- 它以主从方式工作，这种模式通常一个主设备对应一个或多个从设备，双向数据传输时需要4根线，单向数据传输时可以裁切为3根线。
说明
- SPI总线本身由四个物理连接组成：两条数据线，一条时钟线和从选择线。
- MOSI（主机输出/从机输入） –树莓派将数据发送到设备（传感器）的线路。
- MISO（主机输入/从机输出） –设备将数据发送到树莓派的线路。
- SCLK（时钟） –时钟信号线。
- SS / CS（从站选择/芯片选择） –用于选择向其发送数据的设备的线路。
- 在树莓派上，CS线称为“芯片使能”线（简称为CE）。树莓派实际上有两条从选择线可用，标识为CE0和CE1。
- 树莓派MOSI为引脚19、MISO为引脚21、SCLK为引脚23、CE0为引脚24和CE1引脚为26.
工作方式
- 时钟信号将主设备的数据位输出同步到从设备的位采样。每个时钟周期传输一位数据，因此数据传输的速度取决于时钟信号的频率。由于主机配置并生成时钟信号，因此SPI通信始终由主机启动。
-
从机选择：
- 主机可以通过将从机的CE线设置为低电压电平来选择要与之通信的从机。在空闲，非传输状态下，从选择线保持在高电压电平。
- 树莓派上有两个CE引脚，这允许多个从机并行连接。如果仅存在一个CE/CS/SS引脚，则可以通过菊花链将多个从机连接到主机。
-
多个从机：
- 可以将SPI设置为与单个主机和单个从机一起运行，并且可以与由单个主机控制的多个从机一起设置。则从机可按以下方式并联：
- 可以将SPI设置为与单个主机和单个从机一起运行，并且可以与由单个主机控制的多个从机一起设置。则从机可按以下方式并联：
-
MOSI和MISO
- 主机通过MOSI线以串行方式将数据发送到从机。从机通过MOSI引脚接收主机发送的数据。从主机发送到从机的数据通常先发送最高有效位。
- 从机也可以通过MISO线串行将数据发送回主机。从从机发送回主机的数据通常先发送最低有效位。
- 树莓派输出时钟信号。
- 树莓派将CE引脚切换到低电压状态，从而激活从机。
- 树莓派沿着MOSI线一次将数据发送给从机。从站读取接收到的位。
- 如果需要响应，则从机沿着MISO线一次将数据返回一位给树莓派。树莓派读取接收到的位。
-
完整时序图：
- 可以使用时钟极性和时钟相位的属性来修改SPI中的时钟信号。这两个属性共同定义了何时输出位以及何时对其进行采样。
- 主机可以设置时钟极性，以允许在时钟周期的上升沿或下降沿输出和采样位。
- 主机可以设置时钟相位，以便在时钟周期的第一沿或第二沿进行输出和采样，而不管它是上升还是下降。
- Linux内核用CPOL和CPHA的组合来表示当前SPI的四种工作模式：
CPOL＝0，CPHA＝0 SPI_MODE_0 CPOL＝0，CPHA＝1 SPI_MODE_1 CPOL＝1，CPHA＝0 SPI_MODE_2 CPOL＝1，CPHA＝1 SPI_MODE_3
- CPOL：表示时钟信号的初始电平的状态，０为低电平，１为高电平。
- CPHA：表示在哪个时钟沿采样，０为第一个时钟沿采样，１为第二个时钟沿采样。
- SPI的四种工作模式波形图如下:
- 在终端输入raspi-config开启串口I2C (参考配置开启ssh Interface Options)：
sudo raspi-config
- 测试SPI已启用：
ls -l /dev/spidev*
- 本实例采用的是 1.8寸彩色LCD。
SPI传输
时钟极性和时钟相位
开启SPI
SPI编程
安装库
BCM2835
#打开树莓派终端，并运行以下指令 wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.68.tar.gz tar zxvf bcm2835-1.68.tar.gz cd bcm2835-1.68/ sudo ./configure && sudo make && sudo make check && sudo make install # 更多的可以参考官网：http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/
wiringPi
#打开树莓派终端，并运行以下指令 sudo apt-get install wiringpi #对于树莓派2019年5月之后的系统（早于之前的可不用执行），可能需要进行升级： wget https://project-downloads.drogon.net/wiringpi-latest.deb sudo dpkg -i wiringpi-latest.deb gpio -v # 运行gpio -v会出现2.52版本，如果没有出现说明安装出错 #Bullseye分支系统使用如下命令： git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi cd WiringPi ./build gpio -v # 运行gpio -v会出现2.60版本，如果没有出现说明安装出错
安装Python函数库
#python2 sudo apt-get update sudo apt-get install python-pip sudo apt-get install python-pil sudo apt-get install python-numpy sudo pip install RPi.GPIO sudo pip install spidev #python3 sudo apt-get update sudo apt-get install python3-pip sudo apt-get install python3-pil sudo apt-get install python3-numpy sudo pip3 install RPi.GPIO sudo pip3 install spidev
硬件连接
- 连接树莓派的时候，选择用8PIN排线连接，请参考下方的引脚对应表格
- 使用的是排针或者PH2.0 8PIN接口，需要对照以下表格连线
| LCD | Raspberry Pi | |
| BCM2835编码 | Board物理引脚序号 | |
| VCC | 3.3V | 3.3V |
| GND | GND | GND |
| DIN | MOSI | 19 |
| CLK | SCLK | 23 |
| CS | CE0 | 24 |
| DC | 25 | 22 |
| RST | 27 | 13 |
| BL | 18 | 12 |
- 1.8inch LCD 使用的是PH2.0 8PIN接口，对照上述表格连接在树莓派上即可： （请按照引脚定义表格连接，图中排线颜色仅供参考，以实际颜色为准。）
下载程序
打开树莓派终端，执行：
sudo apt-get install unzip -y sudo wget https://www.waveshare.net/w/upload/8/8d/LCD_Module_RPI_code.zip sudo unzip ./LCD_Module_RPI_code.zip -d ./LCD_Module_RPI_code/ cd LCD_Module_RPI_code/RaspberryPi/
运行程序
以下命令请在RaspberryPi下执行，否则不在索引不到目录；
C语言
- 重新编译，编译过程可能需要几秒
cd c sudo make
所有屏幕的测试程序，可以直接通过输入对应的尺寸进行调用：
sudo ./main 屏幕尺寸
我们这里采用的是1.8彩色LCD，应当输入以下指令：
sudo ./main 1.8
python
- 进入python程序目录,并运行指令ls -l
cd python/examples ls -l
- 可以查看到所有屏幕的测试程序，找到我们对应的尺寸程序：1inch8_LCD_test.py
- 运行对应屏幕的程序即可，程序支持python2/3
# python2 sudo python 1inch8_LCD_test.py # python3 sudo python3 1inch8_LCD_test.py
CSI
硬件连接
要测试树莓派摄像头，需要给树莓派接入HDMI屏幕或者DSI屏幕
树莓派主板上的CSI （摄像头） 和 DSI （显示器） 两个接口的封装是相似的，接线的时候注意不要接错了。CSI接口在音频接口和HDMI接口中间， 树莓派Zero系列的摄像头接口在Power接口边上。 如果你使用的计算模块，具体以底板的布局为准。
- 接入树莓派5
- 将排线的金属面朝向有线网口位置，插入接口
- Pi5有两个CSI接口，任意口都可以接入
- 接入树莓派Zero 系列
- 将排线的金属面朝下，接入摄像头接口
- 其他树莓派主板
- 将排线的金属面朝向HDMI接口，接入摄像头接口
关于型号
| 感光芯片型号 | 支持的树莓派主板型号 | 支持的驱动类型 |
|---|---|---|
| OV5647 | 所有树莓派主板 | libcamera / Raspicam |
| OV9281 | 所有树莓派主板 | libcamera |
| IMX219 (树莓派官方） | 所有树莓派主板 | libcamera / Raspicam |
| IMX219 (第三方) | 树莓派计算模块 | libcamera |
| IMX290/ IMX327 | 所有树莓派主板 | libcamera |
| IMX378 | 所有树莓派主板 | libcamera |
| IMX477 (树莓派官方) | 所有树莓派主板 | libcamera / Raspicam |
| IMX477 (第三方) | 树莓派计算模块 | libcamera |
| IMX519 | 树莓派主板 | libcamera（另装驱动） |
| IMX708 (树莓派Camera Module 3) | 所有树莓派主板 | libcamera |
| IMX296(树莓派Global Camera) | 所有树莓派主板 | libcamera |
| IMX500(树莓派AI Camera) | 所有树莓派主板 | libcamera |
测试摄像头
软件配置
如果使用的是最新的Raspberry Pi Camera Module 3 或者Raspberry Pi Global Shutter Camera,需要运行以下指令进行系统更新（需要联网操作）.
sudo apt-get update -y sudo apt-get upgrade -y
如果只调用一个摄像头，请将摄像头接入到CAM1口.
如果使用的是是非树莓派官方的摄像头，均需要另外配置config.txt 文件.
如果使用的是最新的Bookworm系统，需要配置的是/boot/firmware/config.txt。
sudo nano /boot/config.txt #如果是bookworm系统 sudo nano /boot/firmware/config.txt
找到camera-auto-detect=1 语句，修改为 camera_auto_detect=0
在文件结尾，根据摄像头型号加入以下设置语句
| 型号 | 设置语句 |
|---|---|
| OV9281 | dtoverlay=ov9281 |
| IMX290/IMX327 | dtoverlay=imx290,clock-frequency=37125000 |
| IMX378 | dtoverlay=imx378 |
| IMX219 | dtoverlay=imx219 |
| IMX477 | dtoverlay=imx477 |
| IMX708 | dtoverlay=imx708 |
注意：在树莓派5上使用IMX290，还需要添加json文件到指令目录才能使用。操作如下：
sudo wget https://www.waveshare.net/w/upload/7/7a/Imx290.zip sudo unzip Imx290.zip sudo cp imx290.json /usr/share/libcamera/ipa/rpi/pisp
- 双目摄像头配置
- 目前CM4底板和树莓派5均支持接入两路摄像头
- 如果用户需要同时接入两路摄像头调用，可以在对应的摄像头配置语句后面加入cam0和cam1指定摄像头。
- 例如，如果同时接入imx219在cam0接口，ov5647摄像头接口在cam1
dtoverlay=imx219,cam0 dtoverlay=ov5647,cam1
AI Camera 软件配置
使用Raspberry Pi AI Camera,需要确保你使用的是树莓派最新系统。
- 打开树莓派终端，使用指令更新系统
sudo apt update && sudo apt full-upgrade
- 安装imx500固件和相关驱动
sudo apt install imx500-all
- 安装完成后，重启系统
sudo reboot
测试摄像头指令
- 打开树莓派终端，并开启摄像头预览：
sudo rpicam-hello -t 0
如果要关掉预览窗口，可以直接组合按键Alt-F4，或者点击x关掉。 也可以回到终端界面，用ctrl-c终止程序。
注：如果是Camera module 3，会开启自动对焦功能
- 测试双目摄像头
- 测试双目摄像头的时候，需要加--camera 指定摄像头，不加该参数设置默认指定cam0
sudo rpicam-hello -t 0 --camera 0 sudo rpicam-hello -t 0 --camera 1
测试AI 摄像头指令
- 打开树莓派终端，并使用rpicam-apps 摄像头程序进行测试
- 物体识别预览测试
rpicam-hello -t 0s --post-process-file /usr/share/rpi-camera-assets/imx500_mobilenet_ssd.json --viewfinder-width 1920 --viewfinder-height 1080 --framerate 30
- 录制视频，并做物体检测
rpicam-vid -t 10s -o output.264 --post-process-file /usr/share/rpi-camera-assets/imx500_mobilenet_ssd.json --width 1920 --height 1080 --framerate 30
- 姿势检测预览
rpicam-hello -t 0s --post-process-file /usr/share/rpi-camera-assets/imx500_posenet.json --viewfinder-width 1920 --viewfinder-height 1080 --framerate 30
前言
树莓派镜像在Bullseye版本之后，底层的树莓派驱动由Raspicam切换成libcamera。libcamera是一个开源的软件栈（后面会称呼做驱动，方便理解），方便于第三方移植和开发自己的摄像头驱动。截止到20231211，官方已经针对libcamera提供了pycamera2库，方便用户使用Python程序调用
调用摄像头
libcamera软件栈提供了六个指令方便用户预览测试摄像头接口.
libcamera-hello
这个是一个简单的“hello world" 程序，用来预览摄像头并将摄像头画面显示在屏幕上。
- 使用示例
libcamera-hello
这个指令会在屏幕上预览摄像头大概5秒时间，用户可以用-t <duration>参数来设置预览的时间， 其中<duration>的单位是毫秒，如果设置为0的话就是保持一直预览。比如：
libcamera-hello -t 0
- 调谐文件
树莓派的libcamera驱动会针对不同的摄像头模块调用一个调谐文件，调谐文件中提供了各种参数，调用摄像头的时候，libcamera会调用调谐文件中的参数，结合算法对图像进行处理最终输出成预览画面。由于libcamera驱动只能自动感光芯片信号，但是摄像头的最终显示效果还会受整个模块的影响，调谐文件的使用就是为了可以灵活处理不同模块的摄像头，调整提高图像质量。
如果在使用默认调谐文件的情况下，摄像头的输出图像不理想的话，用户可以通过调用自定义的调谐文件来对图像进行调整。比如，如果你使用的是官方的NOIR版本摄像头，相对于于Raspberry Pi Camera V2 常规款，NOIR摄像头可能需要不同的白平衡参数，这种情况下就可以通过调用调谐文件来进行切换。
libcamera-hello --tuning-file /usr/share/libcamera/ipa/raspberrypi/imx219_noir.json
用户可以复制默认的调谐文件，根据自己的需求进行修改。
备注：调谐文件的使用适用于其他的libcamera指令，后续指令中就不再做介绍
- 预览窗口
大部分的libcamera指令都会显示一个预览窗口在屏幕上，用户可以通过--info-text 参数来自定义预览窗口的标题信息， 同时也可以通过%directives 调用一些摄像头参数并显示在窗口上
比如如果使用HQ Camera： 可以通过--info-txe "%focus" 在窗口上显示摄像头的焦距
libcamera-hello --info-text "focus %focus"
备注：更多关于参数的设置，可以参考后续的指令参数设置章节
libcamera-jpeg
libcamera-jpeg 是一个简单的静态图片拍摄程序，不同于libcamera-still的复杂功能，libcamera-jpeg代码更简洁，并且有很多相同的功能来完成图片拍摄。
- 拍摄一张全像素的JPEG图像
libcamera-jpeg -o test.jpg
这个拍摄指令会显示一个5秒左右的预览串口，然后拍摄一张全像素的JPEG图像，保存为test.jpg
用户可以通过-t 参数来设置预览时间，同时可以通过--width 和 --height来设置拍摄图像的分辨率。例如：
libcamera-jpeg -o test.jpg -t 2000 --width 640 --height 480
- 曝光控制
所有的libcamera指令都允许用户自己设置快门时间和增益，比如：
libcamera-jpeg -o test.jpg -t 2000 --shutter 20000 --gain 1.5
这个指令会拍摄一张图像，拍摄中会曝光20ms并且摄像头增益被设置为1.5倍。设置的增益参数，会首先设置感光芯片内部的模拟增益参数，如果设置的增益超过了驱动内置的最大的模拟增益的数值，会先设置芯片的最大模拟增益，然后将剩下的增益倍数作为数字增益来生效。
备注：数字增益是通过ISP(图像信号处理）来实现的，并非是直接调整芯片内置寄存器。正常情况下，默认的数字增益趋近于1.0，除非是有有以下三种情况。
- 整体的增益参数需求，也就是当模拟增益无法满足设定的增益参数需求的时候，会需要数字增益来做补偿
- 其中一个颜色增益小于1 （颜色增益是通过数字增益来实现的），在这种情况下， 最后获得增益就是稳定为 1/min(red_gain, blue_gain), 也就是实际是上应用了统一的数字增益， 且是其中一个颜色通道的增益值（非绿色通道）。
- AEC/AGC被修改了。如果AEC/AGC有变化的时候， 数值增益也会一定程度上会发生变化，从何来来消除任何波动，但是这种变化会被快速恢复到"正常"值
树莓派的AEC/AGX算法允许程序指定曝光补偿，也就是通过设置光圈数值来调整图像的亮度。比如：
libcamera-jpeg --ev -0.5 -o darker.jpg libcamera-jpeg --ev 0 -o normal.jpg libcamera-jpeg --ev 0.5 -o brighter.jpg
libcamera-still
libcamera-still和libcamera-jpeg非常相似，不同的是libcamera继承了更多raspistill的功能。和之前一样，用户可以用以下指令拍摄一张图片.
- 测试指令
libcamera-still -o test.jpg
- 编码器
libcamea-still支持不同格式的图像文件，可以支持png和bmp编码，也支持直接不带编码或者任何图像格式地将RGB或者YUV像素的二进制转储保存成文件。如果是直接保存RGB或者YUV数据，程序在读取此类文件的时候必须了解文件的像素排列方式。
libcamera-still -e png -o test.png libcamera-still -e bmp -o test.bmp libcamera-still -e rgb -o test.data libcamera-still -e yuv420 -o test.data
备注：图像保存的格式是通过-e参数控制的， 如果没有调用-e参数设置的话，默认按照输出的文件名的格式保存。
- 原始图像拍摄
原始图像（Raw image)图像就是直接图像传感器输出的图像， 没有经过任何ISP或者CPU处理。对于彩色相机传感器，一般来说原始图像的输出格式是Bayer. 注意原始图和我们之前说的位编码的RGB和YUV图像不同，RGB和YUV也是经过ISP处理后的图像的。
拍摄一张原始图像的指令：
libcamera-still -r -o test.jpg
原始图像一般是以DNG （Adobe digital Negative) 格式保存的，DNG格式可以兼容大部分标准程序， 比如dcraw 或者RawTherapee. 原始图像会被保存为.dng后缀的相同名字的文件,比如如果运行上面的指令，为被另存为test.dng， 并同时生成一张jpeg文件。DNG文件中包含了已图像获取有关的元数据， 比如白平衡数据，ISP颜色矩阵等， 下面是用exiftool工具显示的元数据编码信息：
File Name : test.dng Directory : . File Size : 24 MB File Modification Date/Time : 2021:08:17 16:36:18+01:00 File Access Date/Time : 2021:08:17 16:36:18+01:00 File Inode Change Date/Time : 2021:08:17 16:36:18+01:00 File Permissions : rw-r--r-- File Type : DNG File Type Extension : dng MIME Type : image/x-adobe-dng Exif Byte Order : Little-endian (Intel, II) Make : Raspberry Pi Camera Model Name : /base/soc/i2c0mux/i2c@1/imx477@1a Orientation : Horizontal (normal) Software : libcamera-still Subfile Type : Full-resolution Image Image Width : 4056 Image Height : 3040 Bits Per Sample : 16 Compression : Uncompressed Photometric Interpretation : Color Filter Array Samples Per Pixel : 1 Planar Configuration : Chunky CFA Repeat Pattern Dim : 2 2 CFA Pattern 2 : 2 1 1 0 Black Level Repeat Dim : 2 2 Black Level : 256 256 256 256 White Level : 4095 DNG Version : 1.1.0.0 DNG Backward Version : 1.0.0.0 Unique Camera Model : /base/soc/i2c0mux/i2c@1/imx477@1a Color Matrix 1 : 0.8545269369 -0.2382823821 -0.09044229197 -0.1890484985 1.063961506 0.1062747385 -0.01334283455 0.1440163847 0.2593136724 As Shot Neutral : 0.4754476844 1 0.413686484 Calibration Illuminant 1 : D65 Strip Offsets : 0 Strip Byte Counts : 0 Exposure Time : 1/20 ISO : 400 CFA Pattern : [Blue,Green][Green,Red] Image Size : 4056x3040 Megapixels : 12.3 Shutter Speed : 1/20
- 超长曝光
如果要拍摄一张超长曝光的图片，我们需要禁用AEC/AGC和白平衡，否则这些算法会导致图片在收敛的时候多等待很多帧数据。禁用这些算法需要另设置显式值，另外, 用户可以通过--immediate设置来跳过预览过程。
这里是拍摄一张曝光100秒的图像指令：
libcamera-still -o long_exposure.jpg --shutter 100000000 --gain 1 --awbgains 1,1 --immediate
备注：几款官方摄像头的最长曝光时间参考表格.
| 模块 | 最长曝光时间(s) |
|---|---|
| V1(OV5647) | 6 |
| V2(IMX219) | 11.76 |
| V3(IMX708) | 112 |
| HQ(IMX477) | 670 |
libcamera-vid
libcamera-vid是一个视频录制程序, 默认使用的是树莓派的硬件H.264编码器。这个程序运行之后会在屏幕上显示一个预览窗口，同时将比特流编码输出到指定文件。比如，录制一个10s的视频。
libcamera-vid -t 10000 -o test.h264
如果要查看视频可以用vlc来进行播放
vlc test.h264
备注：录制的是未打包的视频流， 用户可以使用--save-pts 设置输出时间戳，方便后续将比特流转成其他视频格式。
libcamera-vid -o test.h264 --save-pts timestamps.txt
如果想要输出mkv文件，可以用以下指令：
mkvmerge -o test.mkv --timecodes 0:timestamps.txt test.h264
- 编码器
树莓派支持JPEG格式以及没有压缩和格式的YUV420：
libcamera-vid -t 10000 --codec mjpeg -o test.mjpeg libcamera-vid -t 10000 --codec yuv420 -o test.data
--codec选项设置的是输出格式，而不是输出文件的扩展名。
使用--segment参数可以将输出文件分割成段（单位是ms)，适用于需要脚JPEG视频流分割成单独的时间比较短（大概1ms)的JPEG文件
libcamera-vid -t 10000 --codec mjpeg --segment 1 -o test%05d.jpeg
- UDP 视频流传输
可以使用UDP进行视频流传输，树莓派端运行（server）:
libcamera-vid -t 0 --inline -o udp://<ip-addr>:<port>
其中<ip-addr>需要替换成实际的客户端IP地址或者组播地址。
在客户端(client)，输入以下指令进行视频流获取和显示（两个指令使用一种即可）；
vlc udp://@:<port> :demux=h264 vlc udp://@:<port> :demux=h264
注意：port需要跟你在树莓派端设置的一致
- TCP视频流传输
可以使用TCp进行视频流传输， 树莓派端运行（server）:
libcamera-vid -t 0 --inline --listen -o tcp://0.0.0.0:<port>
客户端（client）运行：
vlc tcp/h264://<ip-addr-of-server>:<port> #两条指令选一条即可 ffplay tcp://<ip-addr-of-server>:<port> -vf "setpts=N/30" -fflags nobuffer -flags low_delay -framedrop
- RTSP视频流传输
在树莓派上，通常使用vlc来对RTSP视频流做处理,
libcamera-vid -t 0 --inline -o - | cvlc stream:///dev/stdin --sout '#rtp{sdp=rtsp://:8554/stream1}' :demux=h264
播放端，可以运行以下任一条指令：
vlc rtsp://<ip-addr-of-server>:8554/stream1 ffplay rtsp://<ip-addr-of-server>:8554/stream1 -vf "setpts=N/30" -fflags nobuffer -flags low_delay -framedrop
在所有预览指令中，如果想要关掉树莓派端的预览窗口，可以用参数-n(--nopreview)设置。另外注意--inline参数的设置，改设置会强制将视频流的报头信息包含在每个 I (intra)帧中，这个设置可以让客户端在丢失视频头的情况下仍然可以正确解析视频流。
- 高帧率模式
如果使用libcamera-vid指令录制高帧率视频（一般高于60fps），同时减少丢帧情况，需要注意以下几点：
- H.264 的目标级别需要设置成4.2， 可以使用--level 4.2 参数设置
- 必须关闭彩色降噪功能，可以使用--denoise cdn_off参数设置
- 如果设置的帧率高于100fps，关掉预览窗口，释放更多CPU资源，避免丢帧。可以使用参数-n设置
- 建议在/boot/config.txt文件中添加设置force_turbo=1， 来保证视频流或中中，CPU时钟不会被限制
- 调整ISP输出分辨率，使用-width 1280 --height 720 设置分辨率，或者设置成更低的分辨率，具体以摄像头型号为准。
- 如果你使用的是Pi 4或这个更高性能的型号，可以在/boot/config.txt文件中添加设置gpu_freq=550或者更高，来对主板GPU进行超频，来达到更高的性能效果。
例如，录制 1280 x720 120fps视频。
libcamera-vid --level 4.2 --framerate 120 --width 1280 --height 720 --save-pts timestamp.pts -o video.264 -t 10000 --denoise cdn_off -n
libcamera-raw
libcamera-raw类似于视频录制程序，不同的地方是，libcamera-raw录制的是直接传感器输出的Bayer格式的数据，也就是原始图像数据。libcamera-raw不会显示预览窗口。比如录制一个2秒的原始数据片段.
libcamera-raw -t 2000 -o test.raw
程序会在没有格式信息的情况下直接转储原始帧， 程序会将像素格式和图像尺寸直接打印在终端，用户可以根据输出的数据查看像素数据.
默认情况下，程序会将原始帧保存成一个文件，文件通常比较大，用户可以通过--segement参数将文件进行分割。
libcamera-raw -t 2000 --segment 1 -o test%05d.raw
如果内存条件比较好（比如使用SSD), libcamera-raw可以以大概10帧每秒的速度将官方的HQ Camera的数据（大概18MB每帧）写入到硬盘中， 为了达到这个速度，程序写入的是没有格式化过的原始帧，没有办法像libcamera-still那样保存成DNG文件。 如果想要确保不出现丢帧的情况，可以使用--framerate 降低帧率。
libcamera-raw -t 5000 --width 4056 --height 3040 -o test.raw --framerate 8
通用的指令设置选项
通用的指令设置选项适用于libcamera的所有指令
--help, -h
打印程序帮助信息，可以打印每个程序指令的可用设置选项，然后退出.
--version
打印软件版本，打印libcamera和libcamera-app的软件版本，然后退出.
--list-cameras
显示识别到的可支持的摄像头。 比如：
Available cameras
-----------------
0 : imx219 [3280x2464] (/base/soc/i2c0mux/i2c@1/imx219@10)
Modes: 'SRGGB10_CSI2P' : 640x480 [206.65 fps - (1000, 752)/1280x960 crop]
1640x1232 [41.85 fps - (0, 0)/3280x2464 crop]
1920x1080 [47.57 fps - (680, 692)/1920x1080 crop]
3280x2464 [21.19 fps - (0, 0)/3280x2464 crop]
'SRGGB8' : 640x480 [206.65 fps - (1000, 752)/1280x960 crop]
1640x1232 [41.85 fps - (0, 0)/3280x2464 crop]
1920x1080 [47.57 fps - (680, 692)/1920x1080 crop]
3280x2464 [21.19 fps - (0, 0)/3280x2464 crop]
1 : imx477 [4056x3040] (/base/soc/i2c0mux/i2c@1/imx477@1a)
Modes: 'SRGGB10_CSI2P' : 1332x990 [120.05 fps - (696, 528)/2664x1980 crop]
'SRGGB12_CSI2P' : 2028x1080 [50.03 fps - (0, 440)/4056x2160 crop]
2028x1520 [40.01 fps - (0, 0)/4056x3040 crop]
4056x3040 [10.00 fps - (0, 0)/4056x3040 crop]
按照打印的信息， IMX219摄像头后缀0， IM新477摄像头后缀1. 在调用摄像头的时候，就可以对应的后缀进行指定
--camera
指定摄像头，对应的后缀可以参考指令--list-camera的打印信息。
比如： libcamera-hello -c config.txt
其中的设置文件中，一行一个设置参数，用key=value的格式：
timeout=99000 verbose=
--config, -c
一般情况下，我们可以通过指令直接设置摄像头参数，这里使用--config参数，可以指定设置文件，直接读取文件中的设置参数来对摄像头预览效果进行设置
--timeout, -t
-t选项 设置了libcamera程序运行时间， 如果运行的是视频录制指令，timeout选项设置的是录制时长，如果运行的是图像拍摄指令，timeout设置的拍摄并输出图像之前的预览时间。
如果在运行libcamera程序的时候没有设置timeout，默认的timeout数值就是5000（5秒）， 如果将timeout设置为0，那程序就会一直运行。
示例： libcamera-hello -t 0
--preview, -p
-p 设置预览预览窗口大小以及窗口的位置（则合格设置在 X和DRM版本的窗口中都有效）， 设置格式为 --preview <x. y, w, h> 其中x y设置预览窗口在显示屏上的坐标位置， w和h设置的是预览窗口的宽度和长度
预览串口的设置不会影响摄像头图像预览的分辨率和宽高比。 程序会将预览图像缩放到预览窗口中显示，并会按照原来的图像宽高比做适配。
示例: libcamera-hello -p 100,100,500,500
--fullscreen, -f
-f选项设置预览窗口全屏显示，全屏显示模式的预览窗口和边框。同-p一样，不会影响分辨率和宽高比，会自动适配。
示例： libcamera-still -f -o test.jpg
--qt-preview
使用基于QT框架的预览窗口， 正常情况下不推荐用这个设置，因为这个预览程序不会使用零拷贝缓冲区共享以及GPU加速， 这个会导致占用资源过高。 QT预览窗口支持X转发（默认预览程序不支持）.
Qt预览串口不支持--fullscreen设置选项， 如果用户要使用Qt预览，建议保持小预览窗口，避免资源占用过高影响系统正常运行。
示例： libcamera-hello --qt-preview
--nopreview, -n
不预览图像。这个设置会关掉图像预览功能.
示例：libcamera-hello -n
--info-text
设置预览窗口的标题和信息显示（只在X图形窗口下有效）使用格式为 --info-text <string>。调用改选项，有多个参数可以设置，参数通常以%指令格式调用。 程序会按照指令调用图形元数据中的对应数值。
如果没有指定窗口信息，默认的--info-text设置为 "#%frame (%fps fps) exp %exp ag %ag dg %dg"
示例： libcamera-hello --info-test "Focus measure: %focus
可用参数:
| 指令 | 说明 |
|---|---|
| %frame | 帧序列号 |
| %fps | 瞬时帧速率 |
| %exp | 捕捉图像时的快门速度， 单位是ms |
| %ag | 感光芯片控制的图像模拟增益 |
| %dg | 通过ISP控制的图像数值增益 |
| %rg | 每个像素点红色组件的增益 |
| %bg | 每个像素点蓝色组件的增益 |
| %focus | 图像的角点度量，数值越大表示图像越清晰 |
| %lp | 当前镜头的屈光度 （1/米为单位的距离） |
| %afstate | 自动对焦状态 (idle, scanning, focused, failed) |
--width --height
这两个参数分别设置图像的宽度和高度。对于libcamera-still， libcamera-jpeg和libcamera-vid指令，这两个参数可以设置输出图像/视频的分辨率。
如果使用libcamera-raw指令，这两个参数会影响获取的元数据帧的大小。 摄像头有一个2x2的分块读取模式，如果设置的分辨率小于分开模式， 摄像头会按照2x2的分块大小获取元数据帧。
libcamera-hello无法指定分辨率.< br />
示例：
libcamera-vid -o test.h264 --width 1920 --height 1080 录制1080p视频
libcamera-still -r -o test.jpg --width 2028 --height 1520 拍摄一张分辨率为2028x1520的JPEG图像。
--viewfinder-width --viewfinder-height
这个设置选项也是用来设置图像的分辨率，不同的是只设置的预览的图像大小。并不会影响最终输出的图像或者视频的分辨率。 预览图像大小的设备不会影响预览窗口尺寸，会根据窗口适配。
示例: libcamera-hello --viewfinder-width 640 --viewfinder-height 480
--rawfull
这个设置强制感光芯片激活了--width和--height的设置， 在全分辨率读取模式下输出静态图像和视频。这个设置libcamera-hello无效。
使用该设置，会牺牲帧率。全分辨率模式下，帧读取速度会比较慢。
示例： libcamera-raw -t 2000 --segment 1 --rawfull -o test%03d.raw 示例指令会捕获多张全分辨率模式下的元数据帧。 如果你使用的是HQ摄像头。 每个帧的大小为18MB， 而如果没有设置--rawfull， HQ摄像头默认的是2x2模式， 每帧的数据大小只有4.5MB.
--mode
这个参数比rawfull更通用，用于设置摄像头模式，使用的时候，需要指定宽度，高度，位深度和打包模式，并用冒号分割。设置的数值不一定要完全精确，系统会自动匹配最接近的数值，另外位深度和打包模式是可设置的（默认为12 和 P 表示打包）
- 4056:3040:12:P - 4056x3040分辨率，12bit每像素, 打包。打包意味着原始图像数据会在缓冲区被打包，这种情况下，两个像素点仅会占用3个字节，可以节省内存
- 1632:1224:10 - 1632x1224分辨率，10bit每像素, 默认打包。10-bit 打包的模式下，4个像素点数据会占用5 bytes.
- 2592:1944:10:U -2592x1944分辨率，10bits每像素，不打包。不打包的情况下，每个限速会占用2bytes内存，这种情况下，最高的6 bits会被设置为0
- 3262:2448 -3264x2448分辨率， 默认使用12bits和打包模式。 但是，如果摄像头型号，比如Camera V2 (IMX219)不支持12bits模式，系统会自动选择为10bits模式
--viewfinder-mode #Specify sensor mode, given as <width>:<height>:<bit-depth>:<packing>
--mode参数是用来在录制视频和拍摄静态图像的时候设置摄像头模式，如果想要在预览的时候设置，可以用--viewfinder-mode参数
--lores-width --lores-height
这个两个选项设置低分辨率图像。 低分辨率数据流会压缩图像，导致图像的纵横比改变。在使用libcamera-vid录制视频的时候，如果设置了低分辨率，会禁用掉颜色去噪处理等功能。
示例: libcamera-hello --lores-width 224 --lores-height 224 注意，低分辨率设置通常要结合图像后处理使用，否则效用不大。
--hflip #水平翻转图像 --vflip #垂直翻转图像 --rotation #根据给出的角度，水平或者垂直翻转图像 <angle>
这三个选项用来翻转图像。 --rotation的参数目前只支持0 和180， 其实就是相当于--hflip和--vflip.
示例： libcamera-hello --vflip --hflip
--roi #裁剪图像<x, y, w, h>
--roi允许用户从传感器提供的完整图像中根据坐标裁剪自己想要的图像区域，也就是数字缩放，注意坐标值要是在有效范围的。 比如 --roi 0, 0, 1, 1就是无效的指令。
示例：libcamera-hello --roi 0.25,0.25,0.5,0.5 示例指令会从图像中心裁剪1/4图像出来。
--hdr Run the camera in HDR mode (supported cameras only)
hdr参数用来设置摄像头的宽动态模式。这个设置只有在摄像头支持宽动态的情况下才能生效。你可以使用--list-camera来查看摄像头是否支持hdr模式
--sharpness #设置图像的锐度 <number>
通过<number>数值调整图像的锐度。 如果设置为0，就是不应用锐化。 如果设置的值超过1.0，会使用而外的锐化量。
示例: libcamera-still -o test.jpg --sharpness 2.0
--contrast #设置图像对比度 <number>
示例： libcamera-still -o test.jpg --contrast 1.5
--brightness #设置图像亮度<number>
设置范围是-1.0 ~ 1.0
示例： libcamera-still -o test.jpg --brightness 0.2
--saturation #设置图像色彩饱和度 <number>
示例：libcamera-still -o test.jpg --saturation 0.8
--ev #设置EV补偿<number>
以光圈为单位来设置图像的EV补偿，设置范围是-10 ~ 10， 默认值是0. 该程序运行使用了 AEC/AGC 算法。
示例：libcamera-still -o test.jpg --ev 0.3
--shutter #设置曝光时间 ，单位是ms <number>
注意：如果相机的帧率太快，可能会导致无法按照设定的快门时间工作，如果遇到这种情况，可以尝试用--framerate来降低帧速率。
示例：libcamera-hello --shutter 30000
--gain #设置增益值 （数值增益和模拟增益组合） <number> --analoggain #--gain的代名词
--analoggain和--gain是一样的，使用analoggain只是为了兼容raspicam的程序。
--metering #设置测光模式 <string>
设置AEC/AGC算法的测光模式， 可用的参数有：
- centre - 中心测光 （默认）
- spot -点测光
- averag -平均或者全幅测光
- custom -自定义测光模式， 可以通过调谐文件设置
示例：libcamera-still -o test.jpg --metering spot
--exposure #设置曝光配置文件 <string>
曝光模式可以设置为normal或者sport. 这两种模式的报告配置文件不会影响图像的整体曝光，但是如果是sport模式的话，程序会缩短曝光时间和提高增益来达到同样的曝光效果。
- sport:曝光时间短，增益大
- normal:正常曝光，正常增益
- long:曝光时间长，增益小
示例：libcamera-still -o test.jpg --exposure sport
--awb #设置白平衡模式<string>
可用的白平衡模式：
| 模式 | 色温 |
|---|---|
| auto | 2500K ~ 8000K |
| incadescent | 2500K ~ 3000K |
| tungsten | 3000K ~3500K |
| fluorescent | 4000K ~ 4700K |
| indoor | 3000K ~ 5000K |
| daylight | 5500K ~ 6500 K |
| cloudy | 7000K ~ 8500K |
| custom | 自定义范围， 通过调谐文件设置 |
示例： libamera-still -o test.jpg --awb tungsten
--awbgains #设置固定的颜色增益<number,number>
设置红色和蓝色增益。
示例： libcamera-still -o test.jpg --awbgains 1.5, 2.0
--denoise #设置去噪模式 <string>
支持的去噪模式：
- auto -默认模式, 使用标准空间去噪， 如果是视频，会使用快速色彩降噪，拍摄静态图片的时候会使用高质量的色彩降噪。预览图像不会使用任何色彩去噪
- off - 关闭空间去噪和色彩去噪
- cdn_off -关闭色彩去噪
- cdn_fast - 使用快速色彩去噪
- cdn_hq - 使用高质量色彩去噪，不适用于视频录制。
示例： libcamera-vid -o test.h264 --denoise cdn_off
--tuning-file #指定摄像头调谐文件 <string>
关于更多调谐文件的说明， 可以参考官方教程
示例: libcamera-hello --tuning-file ~/my~camera-tuning.json
--autofocus-mode Specify the autofocus mode <string>
设置自动对焦模式。
- default -默认情况下，摄像头会开始连续自动对焦模式，除非设置了--lens-position 或者 --autofocus-on-capture 手动对焦的方式
- manual -手动对焦模式，可以通过--lens-position来设置对焦位置
- auto -只有在开启摄像头的时候会做一次对焦，其他情况下不调整对焦。(如果使用的是libcamera-still指令，只有使用--autofocus-on-capture情况下，会在拍照前做一次对焦）
- continuous -摄像头会根据场景变化，自动调整对焦位置
--autofocus-range Specify the autofocus range <string>
设置自动对焦范围
- normal --默认项， 从最近到无穷远
- macro -微距模式，只对近处的物体对焦。
- full -全距离模式，对最近物体调整到无穷远
--autofocus-speed Specify the autofocus speed <string>
设置对焦速度。
- normal -默认项，正常速度
- fast -快速对焦模式
--autofocus-window --autofocus-window
显示对焦窗口，需要设置x,y,width, height, 其中的坐标值设置是根据图像的比例来的。比如--autofocus-window 0.25,0.25,0.5,0.5 会设置一个窗口，这个窗口大小是图像的一半，并且在居中位置。
--lens-position Set the lens to a given position <string>
设置对焦位置。
- 0.0 --设置对焦位置为无穷远
- number --设置对焦位置为 1/number number是你设置的任意数值， 比如，如果设置2， 表示会对焦到0.5m的位置
- default -- 对焦到镜头超焦距相对于的默认位置
--output, -o #输出文件名 <string>
设置输出图像或者视频的文件名。 除了设置文件名之外，还可以指定输出的udp或者tcp服务器地址，从而将图像输出到服务器上。 有兴趣的可以查看后续tcp和udp的相关设置说明。
示例: libcamera-vid -t 100000 -o test.h264
--wrap #将输出文件计数器打包<number>
示例： libcamera-vid -t 0 --codec mjpeg --segment 1 --wrap 100 -o image%d.jpg
--flush #马上刷新输出文件
--flush会将每一帧图像写入的同时都马上更新到硬盘中，降低延迟。
示例：libcamera-vid -t 10000 --flush -o test.h264
静态图片拍摄设置参数
--qiality, -q #设置JPEG图像质量 <0 ~ 100> --exif, -x #添加而外的EXIF标志 --timelapse #延时拍照的时间间隔， 单位是ms --framestart #帧计数的开始数值 --datetime #用日期格式命名输出文件 --timestamp #用系统时间戳命名输出文件 -- restart #设置JPEG重启时间间隔 --keypress, -k # 设置回车按键拍照模式 --signal, -s #设置信号触发拍照 --thumb #设置缩略图参数 <w:h:q> --ebcoding, -e #设置图像编码类型。 jpg / png / bmp / rgb / yuv420 --raw, -r #保存原始图像 --latest #关联符号到最新保存的文件 --autofocus-on-capture #设置在拍照前做一次对焦动作
视频录制图像设置参数
--quality, -q # 设置JPEG指令 <0 - 100> --bitrate, -b # 设置H.264比特率 --intra, -g #设置内部帧周期 （只支持H.264） --profile #设置H.264配置 --level #设置H.264等级 --codec #设置编码类型 h264 / mjpeg / yuv420 --keypress, -k #设置回车暂停和录制 --signal， -s #设置信号暂停和录制 --initial #在录制或者暂停状态下启动程序 --split #切割视频并保存到另外的文件 --segment #将视频分割成多个视频段 --circular #将视频写入循环缓冲区中 --inline #在每个I帧中写入数据头（只支持H.264） --listen #等待TCP连接 --frames #设置录制的帧数
- 更多摄像头设置说明，请参考官方文档官方摄像头文档
前言
如果你使用的是Buster版本的镜像，系统默认安装的是Raspicam驱动，可以直接开启摄像头，然后使用。
如果使用的是最新的Bullseye系统，需要另外安装配置一下。
适用于OV5647，官方IMX219，官方IMX477.
安装Raspicam（可选）
打开树莓派终端，并输入以下指令安装驱动. 注意：此驱动暂时无法支持64位的树莓派系统。
sudo apt-get update cd sudo apt install cmake git clone https://github.com/raspberrypi/userland cd userland ./buildme cp build/bin/* ~/bin/
按照后之后需要重启系统
sudo reboot
调用摄像头
raspistill
raspistill指令用于拍摄静态图片。 示例：raspistill -o cam.jpg
raspivid
raspivid指令用于录制视频。 示例: raspivid -o vid.h264
raspiyuv
raspiyuv指令具有跟raspisitll相同的功能，不同的是raspiyuv不是输出jpgs等标准图像文件，而是从相机的ISP输出中生成YUV420或者RGB888图像文件。
大部分情况下，拍摄图像，用raspistill比较好，但是如果你想用未压缩的黑白图像的时候，可以选择使用raspiyuv指令。
示例：raspiyuv -o cam.jpg
指令设置选项
raspicam 指令在使用的时候，可以通过设置选项来调整图像最终成像效果。以下列出可用的设置选项以供参考.
--preview, -p #设置预览窗口<x, y, w, h>
用户可以通过设置x， y的值来设置预览窗口的位置， 设置w, h的值来调整预览图像的分辨率。
--fullscreen, -f #全屏预览窗口
将预览窗口全屏显示
--nopreview, -n #不显示预览窗口
关掉预览窗口，指令会直接输出图像或者视频到文件。
--opacity, -op #设置预览窗口透明度
设置预览窗口的透明度， 0 是不可见， 255 是全透明
--sharpness, -sh #设置图像锐度 (-100 - 100)
默认锐化值为0
--contrast. -co #设置图像对比度 （-100 - 100）
默认的对比度为0
--brightness, -br #设置图像对比度 （0 - 100）
默认亮度为50， 0是全黑，100是全白。
--saturation, -sa #设置图像饱和度 (-100 - 100)
默认饱和度是0
--ISO #设置快门感光度 (100 - 800)
设置拍照时的感光度
--vstab, -vs #开启视频稳定
只有视频录制模式有效，开启视频防抖。
--ev #设置EV补偿
设置图像的EV补偿值， 默认0
--exposure, -ex #设置曝光模式
可设置的曝光选项：
- auto: 自动曝光模式
- night: 夜间拍摄模式
- nightpreview
- backlight: 背光模式
- spotlight
- sports: 运动模式(运动模式下会缩短快门时间
- snow: 雪景模式
- beach: 海滩模式
- verylong: 长曝光模式
- fixedfps: 固定fps
- antishake: 防抖模式
- fireworks: 烟花模式
注：根据摄像头型号，有部分模式不可用
--flicker, -fli #闪烁避免
可设置的模式：
- off: 关闭防闪烁模式
- auto: 自动检测注频率
- 50Hz: 设置防闪烁频率是50Hz
- 60Hz: 设置防闪烁频率是60Hz
--awb, #设置自动白平衡模式
- off: 关闭自动白平衡
- auto： 自动白平衡模式（默认）
- sun: 晴天模式 （5000K ~ 6500K）
- cloud: 多云模式 (6500K ~ 12000K)
- shade：阴影模式
- tungsten: 钨丝灯模式（2500K ~ 3500K）
- incandescent： 白炽灯模式(2500K ~ 4500K）
- flash: 闪光灯模式
- horizon: 地平线模式
- greyworld: 如果使用的是不带红外滤光片的相机（比如NoIR）, 可以修复因为缺少IR滤镜而导致的白平衡失调的情况
注：根据摄像头型号，有部分模式不可用
--imfx, -ifx #设置图像滤镜效果
可设置的图像滤镜效果：
- none: 无效果（默认）
- negative：颜色翻转
- solarise: 日照效果
- posterise: 海报效果
- whiteboard: 白板效果
- backboard：黑板效果
- sketch: 素描
- denoise: 去噪
- emboss: 浮雕
- oilpaint: 油画
- hatch: 纹理
- gpen: 铅笔素描
- pastel: 彩色铅笔
- watercolour: 水彩
- film: 胶片
- blur: 模糊
- saturation: 饱和
注：根据摄像头型号，有部分模式不可用
--colfx, -cfx #设置颜色效果<U:V>
U和V参数的设置范围是 0 ~ 255， 用来调整U和Y通道的数值。 比如： --colfx 128:128 会讲图像设置成单色图。
--metering, -mm #设置测光模式
可设置选项：
- average: 平均或者全幅测光
- spot:点测光
- backlit: 预设一个背光图像
- matrix: 矩阵测光
--rotation, -rot #设置图像旋转 (0 - 359)
可以通过角度参数设置图像旋转角度
--hflip, -hf #设置图像水平翻转
设置图像水平翻转
--vflip, -vf #设置图像垂直翻转
垂直翻转图像
--roi, #裁剪图像 <x, y, w, h>
根据参数裁剪图像，注意参数都是规划化在（0,0 ~ 1.0）, 比如，如果要裁剪1/4图像，可以用指令 -roi 0.5,0.5,0.25,0.25
--shutter, --ss 设置快门速度/时间
设置快门时间（单位:ms）。 快门时间根据感光芯片的不同，可设置的最大快门时间不同。
| 型号 | 最大数字（ms） |
|---|---|
| V1 (OV5647) | 6000000 (6s) |
| V2 (IMX219) | 10000000 (10s) |
| HQ (IMX477 | 200000000 (200s) |
--drc, -drc #启用/关闭动态范围压缩
- off (默认）
- low
- med
- high
--stats, -st #通过静态图像帧来统计图像
--awbgains, -awbg
设置蓝色和绿色增益， 在设置 --awb off 的情况下生效
--analoggain, -ag
设置模拟增益值
--digitalgain, -dg
设置数字增益值
--mode, -md
设置传感器模式：
- OV5647
| 模式 | 分辨率 | 纵横比 | 帧率 | FoV | |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 自动选择 | ||||
| 1 | 1920 x 1080 | 16:9 | 1-30fps | 局部 | |
| 2 | 2592 x 1944 | 4:3 | 1-15fps | 全幅 | |
| 3 | 2592 x 1944 | 4:3 | 0.1666 - 1fps | 全幅 | |
| 4 | 1296 x 972 | 4:3 | 1 - 42fps | 全幅 | |
| 5 | 1296 x 730 | 16:9 | 1- 49fps | 全幅 | |
| 6 | 640 x 480 | 4:3 | 42.1 - 60fps | 全幅 | |
| 7 | 640 x 480 | 4:3 | 60.1 - 90fps | 全幅 |
- IMX219
| 模式 | 分辨率 | 纵横比 | 帧率 | FoV | |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 自动选择 | ||||
| 1 | 1920 x 1080 | 16:9 | 0.1-30fps | 局部 | |
| 2 | 3280 x 2464 | 4:3 | 0. 1-15fps | 全幅 | |
| 3 | 3280 x 2464 | 4:3 | 0.1 - 15fps | 全幅 | |
| 4 | 1640 x 972 | 4:3 | 1 - 42fps | 全幅 | |
| 5 | 1296 x 730 | 16:9 | 1- 49fps | 全幅 | |
| 6 | 640 x 480 | 4:3 | 42.1 - 60fps | 全幅 | |
| 7 | 640 x 480 | 4:3 | 60.1 - 90fps | 全幅 |
- HQ Camera
| 模式 | 分辨率 | 纵横比 | 帧率 | FoV | |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 自动选择 | ||||
| 1 | 2028 x 1080 | 169:90 | 0.1-50fps | 局部 | |
| 2 | 2028 x 1080 | 4:3 | 0. 1-50fps | 全幅 | |
| 3 | 4056x3040 | 4:3 | 0.005 - 10fps | 全幅 | |
| 4 | 1332x990 | 74:55 | 50.1-120 fps | 局部 |
--camselect, -cs
当系统接入多个摄像头时，选择摄像头， 0 或 1.
--annotate, -a #启用/设置注释
在元数据中使用位掩码的方式来表示参数，可以直接用加法表示。 比如， 12 可以表示显示时间（4）和显示日期 （8）, 就是通过加法 4+8 =12表示的。
可设置的选项
| 值 | 参数说明 |
|---|---|
| -a 4 | 时间 |
| -a 8 | 日期 |
| -a 12 | 时间和日期，实际就是 4 + 8 |
| -a 16 | 快门设置 |
| -a 32 | CAF设置 |
| -a 64 | 增益设置 |
| -a 128 | 镜头设置 |
| -a 256 | 动画设置 |
| -a 512 | 帧数 |
| -a 1024 | 黑色背景 |
| -a "ABC %Y-%m-%d %X" | 显示文本 |
| -a 4 -a "ABC %Y-%m-%d %X" | 显示自定义格式的时间/日期 |
| -a 8 -a "ABC %Y-%m-%d %X" | 显示自定义格式的时间/日期 |
--annotateex, -ae #设置额外注解参数
--stereo, -3d
设置双目模式。
- sbs - 并排模式
- tb: -竖排模式
- off -关掉双目模式（默认）
--decimate, -dec
将双目图像的宽度和高度减半
--setting, -set
输出当前的摄像头设置
raspistill 设置参数
--width, -w #设置图像宽度 --height, -h #设置图像高度 --quality, 0q #设置JPEG质量 <0 ~ 100> --raw, -r #将原Bayer数据添加到JPEG元数据中 --output, -o #输出文件 <filename> --latest, -l #关联最后一帧图像到文件 <filename> --verbose, -v #打印详情 --timeout, -t #设置程序预览时间 --timelapse, -tl #设置演示摄影 --framestart, -fs #保存第一帧的编号 --datetime, -dt #用日期时间命名文件 --timestamp, -ts #用时间戳命名文件 --thumb, -th #设置缩略图参数 <x:y:qulity>， 默认为（64:48:35） --demo, -d #运行演示模式<ms》 --encoding, -e #按照指定格式编码， jpg, bmp或者png --restart, -rs #设置JPEG重启标志 --exif, -x #设置EXIF标记 --gpsdexif, -gps #设置实时exif 时间 （需要有GPS Dongle接入） --fullpreview, -fg #全屏预览 --keypress, -k #按键拍照模式 --signal, -s # 信号模式 --burst, -bm #抓拍模式
raspivid 设置参数
--width, -w #设置视频宽度 --height, -h #设置视频高度 --bitrate, -b #设置比特率 --output, -o #设置输出文件名 <filename> --listen, -l #使用网络连接的时候，等待网络连接 --versbose, -v #打印详情 --timeout, -t #设置预览时间 --demo， -d #运行演示 <ms> --framerate, -fs #设置帧率 --penc, -e #显示编码后的预览图像 --intra, -g #设置内部刷新周期 --qp, -qp #设置量化参数 --profile, -pf #指定H264配置文件， baseline / main / high --level, -lev #设置H264编码等级 --irefresh, -if #设置 H264内部刷新类型 cyclic / adaptive / both / cyclicrows --inline, -ih #插入PPS，SPS头 --spstimings, -stm #将时序信息插入到SPS块中 --timed， -td #定时切换录制和暂停功能 --keypress, -k #按键暂停录制 --signal， -s #根据SIGUSR1 切换暂停和录制状态 --split, -sp #在signal和keypress 模式下，每次重新录制的时候都会重新创建文件 --vectors, -x #矢量输出 --flush, -fl #写入视频数据后立即强制刷新输出数据缓冲区， 绕过了写入数据的任何操作系统缓存，并且可以减少延迟。 --save-pts, -pts #将时间戳信息保存到指定文件。 --codec, -cd # 指定编码器 H264 / MJPEG --initial, -i #设置启动是的初始状态 --segment, -sg #将视频流分割到多个文件中 --wrap, -wr #设置分割的最大值 --start, -sn #设置初始分割编码 --raw, -r #设置元数据文件名 --raw-format, -rf #指定元数据格式 yuv / rgb / grey
USB
测试USB摄像头
- 打开树莓派终端（使用Ctrl+Alt+T快捷键）
- 编辑modules文件
sudo nano /etc/modules
- 将一下语句加入文件中并保存
bcm2835-v4l2
- 打开树莓派终端， 输入指令安装luvcview软件
sudo apt install luvcview -y
- 安装完成之后，终端输入指令打开软件即可进行USB摄像头测试
sudo luvcview -s 1920x1080
fswebcam
安装
- 打开树莓派终端， 输入指令安装fswebcam软件
sudo apt install fswebcam
用法
- 输入命令fswebcam后跟文件名，将使用USB摄像头拍摄照片，并保存到指定的文件名：
fswebcam image.jpg
此命令将显示以下信息：
--- Opening /dev/video0... Trying source module v4l2... /dev/video0 opened. No input was specified, using the first. Adjusting resolution from 384x288 to 640x480. --- Capturing frame... Captured frame in 0.00 seconds. --- Processing captured image... Writing JPEG image to 'image.jpg'.
- 给图像设置分辨率：
fswebcam -r 1280x720 image2.jpg
- 全分辨率拍摄照片，不带有横幅：
fswebcam -r 1280x720 --no-banner image3.jpg
MJPG-streamer
-
将USB摄像头插上，查看是否找到设备，输入指令：
lsusb
- 其中USB2.0 Camera就是摄像头，说明找到usb设备了。
- 查看设备驱动是否正常：输入指令：
ls /dev/video*
- 其中video0就是摄像头驱动。
-
安装必要的库,输入以下指令：
sudo apt install subversion -y sudo apt install libv4l-dev -y sudo apt install libjpeg9-dev -y sudo apt install cmake -y
- 下载mjpeg-stream到树莓派:
sudo git clone https://github.com/jacksonliam/mjpg-streamer.git cd mjpg-streamer/mjpg-streamer-experimental sudo make all sudo make install
- 运行start.sh:
cd mjpg-streamer/mjpg-streamer-experimental/ sudo bash start.sh
- 用Firefox浏览器输入http://<树莓派IP地址>:8080,例如我的树莓派地址是192.168.10.20:
http://192.168.10.20:8080
- 此时应该可以看到摄像头的监控画面了。
