第二十六章 摄像头图像捕获实验
本章将介绍CanMV下摄像头的使用，能通过摄像头实时地采集摄像头捕获到的图像数据，从而进行进一步的处理。通过本章的学习，读者将学习到通过CanMV驱动摄像头实时捕获图像数据。
本章分为如下几个小节：
26.1 sensor模块介绍
26.2 硬件设计
26.3 程序设计
26.4 运行验证
26.1 sensor模块介绍
sensor模块是CanMV内置的模块，sensor模块用于驱动摄像头，能够对摄像头进行配置并进行图像数据的捕获，从而实现一些拍摄任务。
sensor模块提供了reset()函数，用于重置并初始化摄像头，reset()函数如下所示：
sensor.reset(freq=24000000, set_regs=True, choice=0, dual_buff=False)
reset()函数用于重置并初始化摄像头，该函数能够自动识别接入的且被支持的摄像头类型，并根据不同的摄像头进行不同的重置并初始化操作.
freq指的是摄像头像素时钟的频率，若该参数为空，则使用默认的24MHz。
set_regs指的是否让程序在初始化摄像头的过程中配置摄像头的寄存器，若开发者希望使用另外的寄存器配置方式初始化摄像头，可以将该参数配置为False，然后使用相应的寄存器配置函数自行配置摄像头的寄存器，该参数默认为True。
choice指的是接入的摄像头的类型，可选的参数如下表所示：
表26.1.1 choice可选参数描述
dual_buff指的是是否使能摄像头的双缓冲模式，当为True时，将使能双缓冲模式，此时sensor模块会为摄像头的帧缓冲分配两个大小均为帧大小的缓冲区，因此会更加占用内存，但好处是摄像头的捕获帧率在某些情况下可能会有所提升，当为False时，将禁用双缓冲模式，此时sensor模块将只会为摄像头的帧缓冲分配一个大小为帧大小的缓冲区，因此会更加地节省内存。
reset()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor模块提供了set_framesize()函数，用于配置摄像头输出的帧大小，set_framesize()函数如下所示：
sensor.set_framesize(framesize, set_regs=True)
set_framesize()函数用于配置摄像头输出的帧大小，也就是输出图像的像素分辨率，由于Kendryte K210的DVP最大支持的帧大小为640*480，因此摄像头输出的帧大小不应该超出这个值。
framesize指的是要配置的帧大小，可选的参数如下所示：
表26.1.2 framesize可选参数
set_regs指的是是否让程序在配置摄像头驱动程序时，根据所配置的帧大小配置摄像头的寄存器，若开发者希望自行配置摄像头的寄存器，可以将该参数配置为False，该参数默认为True。
set_framesize()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor模块提供了set_pixformat()函数，用于配置摄像头输出图像的像素格式，set_pixformat()函数如下所示：
sensor.set_pixformat(format, set_regs)
set_pixformat()函数用于配置摄像头输出图像的像素格式，由于DNK210开发板上的LCD屏幕使用的是RGB565的像素格式，因此推荐配置摄像头输出图像的像素格式也是RGB565. format指的是要配置的图像像素格式，可选的参数如下所示：
表26.1.3 format可选参数
set_regs指的是是否让程序在配置摄像头驱动程序时，根据所配置的像素格式配置摄像头的寄存器，若开发者希望自行配置摄像头的寄存器，可以将该参数配置为False，该参数默认为True。
set_pixformat()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor模块提供了snapshot()函数，用于获取摄像头捕获到的图像数据，snapshot()函数如下所示：
sensor.snapshot(update_jb=True)
snapshot()函数用于获取摄像头捕获到的图像数据，并返回一个Image对象。
update_jb指的是是否将捕获到的图像数据上传到CanMV IDE软件，当为True时，snapshot()函数捕获到的图像数据会被进行JPEG编码压缩后上传到CanMV IDE软件，这么一来便能在CanMV IDE软件的“帧缓冲区”窗口中看到snapshot()函数捕获到的图像数据，当为False时，snpshot()函数捕获到的图像数据不会被上传到CanMV IDE软件，这样的好处是，当与CanMV IDE软件连接时不用进行JPEG编码压缩以及图像数据上传的任务，从而降低CPU的使用率。
snapshot()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
img = sensor.snapshot()
sensor模块提供了set_hmirror()函数，用于使能摄像头输出图像的水平镜像操作，set_hmirror()函数如下所示：
sensor.set_hmirror(enable)
set_hmirror()函数用于使能摄像头输出图像的水平镜像操作。
enable指的是是否使能摄像头输出图像的水平镜像功能，当为True时，使能摄像头输出图像的水平镜像功能，当为False时，禁止摄像头输出图像的水平镜像功能。
set_hmirror()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_hmirror(False)
img = sensor.snapshot()
sensor模块提供了set_vflip()函数，用于使能摄像头输出图像的垂直翻转操作，set_vflip()函数如下所示：
sensor.set_vflip(enable)
set_vflip()函数用于使能摄像头输出图像的垂直翻转操作。
enable指的是是否使能摄像头输出图像的垂直翻转功能，当为True时，使能摄像头输出图像的垂直翻转功能，当为False时，禁止摄像头输出图像的垂直翻转功能。
set_vflip()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_vflip(False)
img = sensor.snapshot()
sensor模块提供了set_jb_quality()函数，用于配置上传到CanMV IDE软件的JPEG图像的质量，set_jb_quality()函数如下所示：
sensor.set_jb_quality(quality=35)
set_jb_quality()函数用于配置上传到CanMV IDE软件的JPEG图像的质量，因为上传到CanMV IDE软件的图像会被先压缩成JPEG格式在进行上传，JPEG压缩时可以配置JPEG压缩的质量，这个质量越高压缩的程度越小，画面越精细，但压缩出来的JPEG图像体积也越大，反之如果JPEG压缩时配置的JPEG压缩质量越低，则压缩的程度越大，画面越粗糙，但压缩出来的JPEG图像体积也越小。
quality指的时JPEG图像压缩式的质量，范围为[0, 100]。
set_jb_quality()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_hmirror(False)
sensor.set_jb_quality(35)
img = sensor.snapshot()
sensor模块提供了set_contrast()函数，用于配置摄像头输出图像的对比度，set_contrast()函数如下所示：
sensor.set_contrast(contrast)
set_contrast()函数用于配置摄像头输出图像的对比度。
contrast指的是对比度的值，范围为[-2, 2]
set_contrast()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_hmirror(False)
sensor.set_contrast(0)
img = sensor.snapshot()
sensor模块提供了set_brightness()函数，用于配置摄像头输出图像的亮度，set_brightness()函数如下所示：
sensor.set_brightness(brightness)
set_brightness()函数用于配置摄像头输出图像的亮度。
brightness指的是亮度的值，范围为[-2, 2]
set_brightness()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_hmirror(False)
sensor.set_brightness(0)
img = sensor.snapshot()
sensor模块提供了set_saturation()函数，用于配置摄像头输出图像的饱和度，set_saturation()函数如下所示： sensor.set_saturation(saturation)
set_saturation()函数用于配置摄像头输出图像的饱和度。
saturation指的是饱和度的值，范围为[-2, 2]
set_saturation()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_hmirror(False)
sensor.set_saturation(0)
img = sensor.snapshot()
sensor模块提供了set_auto_gain()函数，用于配置摄像头自动增益，set_auto_gain()函数如下所示：
sensor.set_auto_gain(enable, gain_db, gain_db_ceiling)
set_auto_gain()函数用于配置摄像头的自动增益以及自动增益的上限值等。
enable指的是是否使能摄像头的自动增益，当为True时，使能摄像头的自动增益，当为False时，则不是能摄像头的自动增益。
gain_db指的是当不是能摄像头的自动增益时，设定的固定增益值，单位为dB，需要注意的时，当需要使用颜色追踪功能的时候，建议关闭摄像头的自动增益。
gain_db_ceiling指的是使能摄像头自动增益时，自动增益的上限值。
set_auto_gain()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_hmirror(False)
sensor.set_auto_gain(True, gain_db=0, gain_db_ceiling=16.0)
img = sensor.snapshot()
sensor模块提供了set_auto_whitebal()函数，用于配置摄像头的自动白平衡，set_auto_whitebal()函数如下所示：
sensor.set_auto_whitebal(enable)
set_auto_whitebal()函数用于配置摄像头的自动白平衡。
enable指的是是否使能摄像头的自动白平衡功能，当为True时，则使能摄像头的自动白平衡功能，当为False时，则不使能摄像头的自动白平衡功能。
set_auto_whitebal()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_hmirror(False)
sensor.set_auto_whitebal(True)
img = sensor.snapshot()
sensor模块提供了__write_reg()函数，用于写入摄像头的寄存器，__write_reg()函数如下所示：
sensor.__write_reg(address, value)
sensor.__write_reg()函数用于使用SCCB接口写入摄像头的寄存器。
address指的是摄像头的寄存器地址。
value指的是待写入摄像头寄存器的值。
__write_reg()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
sensor.__write_reg(0xFF, 0x01)
sensor模块提供了__read_reg()函数，用于读取摄像头的寄存器，__read_reg()函数如下所示：
sensor.__read_reg(address)
sensor.__read_reg()函数用于使用SCCB接口读取摄像头的寄存器，并返回读取到的值。
address指的是摄像头的寄存器地址。
__read_reg()函数的使用示例如下所示：
import sensor
sensor.reset()
pid = sensor.__read_reg(0x0A) << 8
pid |= sensor.__read_reg(0x0B)
print("Sensor's product ID: 0x%04X" %(pid))
26.2 硬件设计
26.2.1 例程功能
1. 使用sensor模块初始化板载的摄像头，并配置摄像头的输出帧大小以及输出格式等进行配置，最后获取摄像头采集到的图像数据，并在LCD以及CanMV IDE软件的“帧缓冲区”窗口进行显示。
26.2.2 硬件资源
1. 摄像头
SCCB_SDA - IO40
SCCB_SCL - IO41
DVP_RESET - IO42
DVP_VSYNC - IO43
DVP_PWDN - IO44
DVP_HREF - IO45
DVP_XCLK - IO46
DVP_PCLK - IO47
D0~D7 - DVP_D0~DVP_D7
2. LCD
LCD_RD - IO34
LCD_BL - IO35
LCD_CS - IO36
LCD_RST - IO37
LCD_RS - IO38
LCD_WR - IO39
LCD_D0~LCD_D7 - SPI0_D0~SPI0_D7
26.2.3 原理图
本章实验内容，需要使用到板载的摄像头接口，在正点原子DNK210开发板上有两处摄像头接口分别为位于正点原子DNK210开发板底板上的ATK-MC2640摄像头模块接口，该接口用于连接正点原子的ATK-MC2640模块，另一个摄像头接口位于正点原子CNK210F核心板，该接口同于直接连接OV2640等摄像头模组，但需要特别注意的是，这两个摄像头接口不能同时使用，否则可能导致硬件损坏。
正点原子DNK210开发板上的ATK-MC2640摄像头模块接口的连接原理图，如下图所示：
图26.2.3.1 ATK-MC2640摄像头模块接口原理图
正点原子CNK210F核心板上的OV2640等摄像头模组接口的连接原理图，如下图所示：
图26.2.3.2 OV2640等摄像头模组接口原理图
26.3 程序设计
26.3.1 sensor模块
有关sensor模块的介绍，请见第26.1小节《sensor模块介绍》。
26.3.2 程序流程图
图26.3.2.1 摄像头图像捕获实验流程图
26.3.3 main.py代码
main.py中的脚本代码如下所示：
import lcd
import sensor
# 初始化LCD
lcd.init()
# 初始化摄像头
sensor.reset()
# 设置摄像头输出帧大小
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)
# 设置摄像头输出格式
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
# 设置摄像头水平镜像
sensor.set_hmirror(False)
while True:
# 获取摄像头输出图像
img = sensor.snapshot()
# 显示摄像头输出图像至LCD
lcd.display(img)
可以看到首先对LCD和摄像头进行了初始化。
接着是配置摄像头输出的帧大小以及输出格式。
然后是针对摄像头的摆放方向配置摄像头进行水平镜像，水平镜像后后续才能在LCD和CanMV IDE软件的“帧缓冲区”窗口中看到“较为正常”的图像画面。
最后就是在一个循环中不断地获取摄像头输出的图像数据，然后将图像在LCD显示屏上进行显示。
26.4 运行验证
将DNK210开发板连接CanMV IDE后，点击CanMV IDE上的“开始(运行脚本)”按钮后，可以看到LCD上实时地显示这摄像头采集到的画面，如下图所示：
图26.4.1 LCD显示摄像头采集图像
此时，若使能了CanMV IDE软件的“帧缓冲区”窗口功能，则同时能在CanMV IDE软件的“帧缓冲区”窗口看到摄像头采集的图像画面，如下图所示：
图26.4.2 CanMV IDE软件“帧缓冲区”窗口显示摄像头采集图像
