工业用 Raspberry Pi 可以轻松连接摄像头。

当许多人听说要在工业领域引入图像识别设备时，他们可能会想象一台大型机器和一大笔预算。
除了定制程序外，如果硬件是 PL-R4 等工业用 Raspi，还可以利用通用摄像头和各种传感器，以低廉的成本构建系统。
对于小规模应用来说，这似乎也不无道理。

我们测试的产品 PL-R4 ComputeModule4（”RPI CM4″）与业余爱好者使用的 Raspberry Pi 4（”Pi 4″）几乎完全相同。我们可以用常见的 USB 连接网络摄像头和摄像头模块进行测试，官方渠道也有提供。

我们连接了一个摄像头，以查看不同之处，包括工业 Raspi 的独特设置。

可连接的摄像机

与普通 Raspi 一样，工业 Raspi 可以安装各种摄像头，拍摄静态和动态图像。

连接到电路板 CSI 端口的摄像头作为摄像头模块出售。
也可以使用 USB 连接的普通网络摄像头。
我可以根据自己所需的质量从多种产品中进行选择。

• CSI
• USB

相机模块可从 Raspberry Pi 基金会正式购买。

其中，HQ 摄像机还可与长焦镜头和广角镜头一起使用，对于可连接到 Raspberry Pi 的摄像机来说，图像质量非常高（1290 万像素）。
(1290 万像素），在工业应用中可能具有特殊价值。

本研究中测试的摄像头从左到右依次为高质量 HQ 摄像头（官方提供，三脚架需单独购买）、摄像头模块 V3（官方提供，外壳需单独购买）和罗技 C270n 网络摄像头。

この他にも多種多様なカメラが接続できます。（赤外線カメラ、熱感知用途、屋外用途など）
使用環境に適したカメラが選べると思います。

易于插入的网络摄像头

自从 Corona 灾难发生后，许多人都有机会使用连接 USB 的网络摄像头。 就像 Windows 和 Mac 一样，连接 USB 的摄像头无需修改即可在 Raspberry Pi 上使用。这一点与标准 PC 相似。

工业用 Raspi 也是如此。
只需连接 USB，PL-R4 还可以在桌面（图形用户界面）和命令（CUI）环境中操作。

您只需选择软件，就能在 Raspberry Pi 操作系统上使用摄像头。

Guvcview.

推荐使用的图形用户界面环境是 Guvcview。

它分为两个窗口，一个用于控制，一个用于显示。
无论是静态图像还是动态图像，使用该按钮都毫不费力。

只需安装 Guvcview 即可识别网络摄像头。
什么都没有设置。

sudo apt install guvcview

与 Pi 4 一样，如果您想使用 USB 连接的摄像头，在 RPI CM4 Raspi 上使用 Guvcview 也很容易。

与 Raspberry Pi 一起使用的 USB 连接网络摄像头更有可能与不太现代化的产品一起使用。
我们测试的 C270n 是 2019 年发布的型号，如果能有一个就更好了。

连接摄像头模块

如果是正式的 Raspberry Pi 摄像头模块，只需插入 CSI 线缆即可识别，就像 USB 连接的网络摄像头一样。
这也适用于 libcamera 命令，无需任何特殊配置。

不过，第三方摄像头模块不会自动识别，因此配置文件需要稍加改写。

除了重写配置文件外，本次试验中使用的 PiLink 公司的 PL-R4 还需要在硬件方面进行配置，才能使用 CSI 端口。

• 改变硬件开关
• 编辑 config.txt。
• 准备启动时加载的 dt-blob.bin 文件。

注意连接 CSI 端口的扁平电缆的方向。在照片中，背面是蓝色条带，正面是接线端。

所测试的产品为 USB 型（IP20），其面板上有一条缝隙，可将摄像机电缆拉出。

小心处理扁平电缆和末端的端子部分，以免断开。

硬件配置更改

工业 Raspi 的功能越多，需要切换的硬件设置就越多。

电路板上有几个开关，需要将这些拨码开关设置为正确的设置。

该区域不同于业余爱好区。
请注意，普通 Pi 4 和 Pi 5 的设置不同。

使用的 PL-R4 中对此有解释。

/boot/config.txt除硬件更改外，还要对 .NET Framework 进行必要的修改。

例如，对于家庭使用的 Pi 4，如果使用官方摄像头模块，只需连接即可识别，无需做任何更改。
config.txtdisplay_auto_detect=1中的启用对官方摄像头模块有效。

第三方相机模块和工业用 Raspis（如本机）需要注释自动识别功能并指定相机类型。

/boot/config.txt示例说明：

# Automatically load overlays for detected DSI displays
#display_auto_detect=1

[all]
dtoverlay=imx708

请注意，要指定的名称取决于摄像机模块。

按图像传感器命名：

| 官方相机模块 | 型号 | 名称 | | :——–: | :-: | :—-: | | | V1 | OV5647 | | V2 | IMX219 | | HQ | IMX477 | | GS | IMX296 | | | V3 | IMX708 | 这次我们使用了官方 V3 和官方 HQ 相机，因此分别指定了 IMX708 和 IMX477。所以分别指定了 IMX708 和 IMX477。

他にもサードパーティー製カメラモジュールもあり、IMX290、IMX327、IMX378、IMX519、OV9281と分けられています。
CSI接続カメラの製品詳細などで、イメージセンサー名として記載されています。指定する名称は説明書や購入先で確認してください。

除此以外，PL-R4 需要修改的不仅仅是型号的名称，最终的修改将涉及以下方面

sudo nano /boot/config.txt

# 自動認識をコメントアウト
# Automatically load overlays for detected cameras
#camera_auto_detect=1

#ディスプレイの自動認識をコメントアウト
# Automatically load overlays for detected DSI displays
#display_auto_detect=1

# ドライバの有効化
# Enable DRM VC4 V3D driver
dtoverlay=vc4-kms-v3d
max_framebuffers=2

#WD/CSIに関する記述をコメントアウト
#dtparam=i2c0_baudrate=400000
#dtoverlay=i2c0,pins_0_1
#WD/CSI select
#dtparam=i2c1_baudrate=400000
#dtoverlay=i2c1,pins_44_45

# Camera Module
dtoverlay=imx708

每条说明都是预先存在的。您几乎可以启用/禁用注释。

此外，如果型号设置了看门狗，请注释相关部分。

sudo nano /etc/rc.local

# ウォッチドッグコメントアウト
#WD
#python /home/pi/wdrst.py

config.txt在 Pi 5 处理的 “书虫 “中，”…… “的位置首先是不同的。/boot/firmware/config.txt
/boot/config.txt(bookworm: ) 本文是在 Pi 4 系统的牛眼环境下编写的，地址为 .

修改 dt-blob.bin

对于配有 RPI CM4 和 I/O 板的 PL-R4，需要进一步改装。

dt-blob.bin您需要修改 GPU 使用的 ，尽管您可能对它并不熟悉。

简单解释一下，这是因为连接到 GPIO 的设备需要重新编号，以便将其分配给其他功能。

更多信息，请参阅官方文档。
(正式文件：https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/compute-module.html#device-tree）

PL-R4 用户的修改程序。

minimal-cm-dt-blob.dts请参阅前面的官方文件。
这可以通过编辑来定义。

从第 271 行开始编辑：

          pin_define@ID_SDA {
             type = "internal";
             number = <44>;
          };
          pin_define@ID_SCL {
             type = "internal";
             number = <45>;
          };
          pin_define@CAMERA_0_I2C_PORT {
             type = "internal";
             number = <1>;
          }; 

然后进行编译。编译器从一开始就已经安装好了。(我收到了一个警告，但没有问题）。

sudo dtc -I dts -O dtb -o minimal-cm-dt-blob.dtb minimal-cm-dt-blob.dts

dt-blob.bin最后，用文件名将其复制并放入 /boot 目录，就大功告成了。重启后即可生效。

sudo cp minimal-cm-dt-blob.dtb /boot/dt-blob.bin

这方面的工作稍显困难。可以说，角色可以得到更好的改变。

如上所述，主要做了三处修改。

• 作为硬件的交换
• 修改 dt-blob.bin
• 修改 config.txt。

设置完成后，请尝试执行以下命令，以便在重启后进行检查。

按命令使用（连接 CSI 的摄像机模块）。

连接到 CSI 端口的相机模块可以使用 libcamera 命令和由 Python 处理的 Picamera2 模块。*这两个模块已预装在 bullseye 或更高版本中。

我们说的是操作系统版本的靶心；在 Pi 5 bookworm 中是 rpicam 命令。这有点复杂。
在处理早期 Raspi 型号和操作系统上的摄像头模块时要小心。

raspi-config传统摄像机模式可从传统摄像机模式中设置，也可禁用。

解释起来有点夸张，这是处理 Pi 3 上的 raspistill 命令所需的选项。
可能存在以下关系。

• Pi3 系列（buster）raspistill 命令
• Pi4 系列（牛眼）libcamera 命令
• Pi5 系列（书虫）rpicam 命令。

Raspberry Pi 和摄像头模块的历史有点复杂。

Raspberry Pi OS Bookworm 已将相机捕捉应用程序从 libcamera-* 更名为 rpicam-*。在 Bookworm 之前的 Raspberry Pi OS 版本中将继续使用 libcamera-* 名称。

官方信息也基本上是在 Pi 5 和书虫环境下解释的，稍早的信息在靶心下有效。
互联网上有很多信息，但 2022 年前后的信息会很有用。

检查连接的命令

连接相机模块后，检查相机是否已被识别。

使用 libcamera 命令显示摄像机列表。
config.txt如果此处出现错误，请检查 CSI 连接电缆是否插错，或者您添加的部分是否有误，例如 .

libcamera-hello --list-cameras

如果它被识别，则应显示如下。

Available cameras
-----------------
0 : imx708 [4608x2592] (/base/soc/i2c0mux/i2c@1/imx708@1a)
    Modes: 'SRGGB10_CSI2P' : 1536x864 [120.13 fps - (768, 432)/3072x1728 crop]
                             2304x1296 [56.03 fps - (0, 0)/4608x2592 crop]
                             4608x2592 [14.35 fps - (0, 0)/4608x2592 crop]

imx*您也可以在 ，即摄像机名称处查找错误。imx219例如

dmesg | grep imx*

如果此时仍不工作，请检查插入 CSI 端口的扁平电缆。它可能没有插好。

libcamera 命令

libcamera 命令有许多选项和参数。

如果只想拍摄静态图像，请执行以下操作。

libcamera-jpeg -o test1.jpg -t 2000 --width 640 --height 480

如果要像在实时取景中一样显示，请执行以下操作。

libcamera-hello -t 0

命令分为静态图像和视频。请参见相应选项。

libcamera-jpeg
libcamera-raw
libcamera-still
libcamera-vid 

也可以通过 VNC 查看。

用 Python 处理相机模块

相机模块可以是 Python 中的 Picamera2，如果操作系统是 bullseye 或更高版本，该模块从一开始就已安装。

计划样本：

from picamera2 import Picamera2, Preview
import time
picam2 = Picamera2()
camera_config = picam2.create_preview_configuration()
picam2.configure(camera_config)
picam2.start_preview(Preview.QTGL)
picam2.start()
time.sleep(2)
picam2.capture_file("test.jpg")

官方网站： https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/camera_software.html#rpicam-apps

根据指令使用（USB 连接的网络摄像头）。

USB 连接的网络摄像头使用一个名为 fswebcam 的应用程序，它允许基于命令的控制。

sudo apt install fswebcam

インストールしてから、ユーザーをvideoグループに加えます。今ログインしているユーザー名に置き換えて読んでください。
これでsudo権限のエラーは出なくなります。

sudo usermod -a -G video ユーザ名

基本格式是这样的

fswebcam test.jpg

默认分辨率为 352×288。

可选择指定分辨率并再次运行。

fswebcam -r 1280x720 test2.jpg

默认情况下，拍摄图像的底部会出现一个条形图，日期和时间会合成在右下角。
如果出现乱码，安装日文字体（noto-fonts）即可解决问题。

sudo apt install fonts-noto-cjk

--no-banner如果想停止图像底部的条状输出，可使用选项使其消失。
请fswebcam --help参阅选项。

日期文件名。

fswebcam 不提供日期或顺序编号等文件命名功能。官方版本引入了一个 shell 脚本来代替它。

Shell 脚本非常简单，只需三行代码。
在合适的位置创建一个新的 sh 文件，如下所示，添加三行，并在末尾设置执行权限。

nano webcam.sh

示例脚本的文件名中包含日期，并使用分辨率为 1280×720 的 fswebcam 执行命令。

#!/bin/bash

DATE=$(date +"%Y-%m-%d_%H-%M-%S")
fswebcam -r 1280x720 --no-banner $DATE.jpg

执行权限由 chmod 授予。

chmod +x webcam.sh

如果您已转移到同一目录，可以使用以下 shell 命令拍摄静态图像。

./webcam.sh

运行后阅读终端输出，确认文件名现在是日期和时间。

--- Opening /dev/video0...
Trying source module v4l2...
/dev/video0 opened.
No input was specified, using the first.
--- Capturing frame...
Captured frame in 0.00 seconds.
--- Processing captured image...
Disabling banner.
Writing JPEG image to '2024-09-23_13-27-18.jpg'.

只要准备好应用程序，只需插入 USB 连接的标准网络摄像头，就能轻松使用。

对 USB 连接的网络摄像头使用 ffmpeg。

下一步是视频。
如前所述，使用 Guvcview 时，只需在图形用户界面屏幕上按一个按钮，但执行命令则需要一个单独的应用程序。

连接 CSI 的摄像头模块也会预装录制视频的命令，但也可以使用 ffmpeg 命令替代连接 USB 的网络摄像头。

了解相机支持的分辨率。

执行命令前需要检查一些事项。
该命令需要在选项中指定参数，因此必须了解所使用摄像机的支持范围。

这是为了避免错误的参数，因为不同的相机有不同的性能。

对于我们使用的 C270 摄像机，我们发现帧频 30 仅支持低于 640x 的 YUYV（YUYV 4:2:2）格式。这有点小。

MJPG（Motion-JPEG，压缩）格式也支持 1270x。

v4l2-ctl -d /dev/video0 --list-formats-ext

YUYV”（YUYV 4:2:2） 尺寸：离散 640×360 间隔：离散 0.033 秒（30.000 fps） “MJPG”（Motion-JPEG，压缩） 尺寸：离散 1280×720 间隔：离散 0.033 秒（30.000 fps间隔：离散 0.033 秒（30.000 帧/秒）

可以通过 v4l2-ctl 命令更改该设置，为 c 选项指定一个值即可。-c <ctrl>=<val> 例如

更多信息，请查看可用控件列表。

v4l2-ctl -d /dev/video0 --list-ctrls-menu

使用 ffmpeg 命令录制视频

ffmpegを使うには、様々なオプションを付けて実行することになります。
ffmpegはラズパイだけに限った話ではありません。詳しくは別途、ffmpegを調べてください。

以下命令是 C270 可以记录的选项。

摄像机还配备了麦克风，因此可以与摄像机一起采集音频。录音非常灵敏和干净。
out.mkv输出文件名在选项末尾指定。

ffmpeg -f alsa -i pulse -f v4l2 -input_format mjpeg -video_size 1280x720 -framerate 30 -i /dev/video0 -c:v copy -c:a libopus -b:a 192k "out.mkv"

详细说明从略，但由于这取决于摄像机，请根据视频尺寸和帧频的支持程度调整参数。
根据是否使用麦克风，选项的指定方式也有所不同。

Ctrl + C 停止录制。

在工业用 Raspi 上使用 USB 网络摄像头的方式与业余爱好使用的方式相同。
这很容易做到。

用于工业应用的 CSI 摄像机模块和 USB 连接的摄像机

工业 Raspi 还可以通过 USB 连接摄像头，或使用带有 CSI 端口的摄像头模块。
在使用摄像头和各种传感器的工业场所，对摄像头的需求也在不断增加。

下面的例子是常见的情况。

• 我想检测和识别人的身份。
• 我希望它们能检测到热量变化。
• 我希望能够识别我的作品的形状。
• 我想读取二维码。
• 我想获取简单的监控录像。

工业用 Raspi PL-R4 需要切换输入/输出板和更改配置，这与家用 Pi 4 不同。
否则，其使用方法与 Pi 4 相同。

工业用 Raspi 是一种可作为硬件部署的低成本设备。
与家庭使用不同的是，即使配备了坚固的外壳和连接器，低功率依然不变。

该系统可以是多功能的，配有摄像头、传感器和系统链接，因此无论规模大小，引进该系统都有好处。