树莓派延时摄影
步骤/目录：
0.需求介绍与准备
1.延时摄影
（1）安装摄像头
（2）开启摄像头权限
（3）32位Pi OS
（4）64位Pi OS
（5）一些优化
（6）crontab设置
2.其它本文首发于个人博客https://lisper517.top/index.php/archives/83/，转载请注明出处。
本篇文章的目的是使用树莓派进行延时摄影。
本文实验日期为2023年5月1日。使用的是树莓派4B（内存8G版），系统为Pi OS 64位桌面版（2022年4月4日更新，镜像名 2022-04-04-raspios-bullseye-arm64.img ）。
本文主要参考了 这篇文章 和 这篇文章 。
0.需求介绍与准备
需要对种植的植物进行延时摄影，观察生长情况。
购买树莓派官方摄像头，大概是pi camera 2，购买摄像头支架。另外树莓派最好使用UPS供电，连接到wifi。
1.延时摄影
（1）安装摄像头
在树莓派断电状态下将摄像头排线接到树莓派。
（2）开启摄像头权限
在raspi-config中找到Interface Options -> Legacy Camera（Legacy Camera也可能只是Camera），允许打开摄像头。重启后，可以找到/dev/video0这个设备，说明摄像头已准备就绪。
（3）32位Pi OS
在32位版本的Pi OS里，自带了raspistill命令用于拍照、raspivid用于视频，不过发布64位的Pi OS以后官方已开始慢慢舍弃这2个命令（也可能是64位系统还未加入这些非核心功能？）。树莓派使用摄像头的方法主要有3种：
a.raspistill、raspivid命令，32位系统
b.python，picamera库
c.python，opencv库
如果你使用的是32位的Pi OS并安装了python，可以如下使用picamera库来调用摄像头（笔者未实践）：
pip install picamera
mkdir ~/mybash/python
nano ~/mybash/python/time_lapse_photo.py写入如下内容：
#!/usr/bin/python
from picamera import PiCamera
if __name__=="__main__":
camera=PiCamera()
camera.capture("/temp/test.jpg")如果运行正常，应该可在/temp下找到test.jpg，之后使用crontab定时即可。
（4）64位Pi OS
笔者使用的是64位系统，from picamera import PiCamera时出现如下报错：
OSError: libmmal.so: cannot open shared object file: No such file or directory据说这是因为这个.so文件没有64位的版本。不过也可以使用opencv库来操作摄像头：
apt install python3-opencv
mkdir ~/mybash/python
nano ~/mybash/python/time_lapse_photo.py写入如下内容：
#!/usr/bin/python
import cv2 as cv
# 读取设备
cap = cv.VideoCapture('/dev/video0', cv.CAP_V4L)
# 设置分辨率
cap.set(cv.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 1920)
cap.set(cv.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 1080)
# 截图
ret, frame = cap.read()
if ret:
cv.imwrite('/temp/test.jpg', frame)
# 必须释放摄像头
cap.release()此时可以在/temp目录下找到test.jpg，说明已经可以使用摄像头了。
（5）优化及定时运行
延时摄影在后期处理时需要使用图片生成视频。在参考文章中提到摄像头在晚上拍摄的图片太黑看不清，笔者修改后的python脚本如下（需要pip install numpy）：
#!/usr/bin/python
import cv2 as cv
import numpy as np
import time, os, shutil
RESO = (1920, 1080) #图片和视频分辨率
IMG_DIR = r'/temp/test_photoes' #图片存放目录
IMG_DIR_NAS = r'/temp/photoes' #NAS上图片存放目录
IMG_DIR_ORDERED = r'/temp/ordered' #排序后图片存放目录
VIDEO_DIR = r'/temp/test_videoes' #视频存放目录
NAME_FORMAT = '%Y-%m-%d-%H-%M-%S' #命名时采用的时间格式
#以上的全局参数自行修改
class camera():
"""摄像头类，实现了拍照、视频等功能。"""
def __init__(self) -> None:
"""读取设备，设置分辨率"""
cap = cv.VideoCapture('/dev/video0', cv.CAP_V4L)
cap.set(cv.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, RESO[0])
cap.set(cv.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, RESO[1])
self.cap = cap
@staticmethod
def light_balance(img):
"""对图片进行光照处理，主要是提高夜间能见度"""
img = cv.normalize(img,
dst=None,
alpha=255,
beta=30,
norm_type=cv.NORM_MINMAX)
return img
def take_a_pic(self,
img_name: str = '',
light_balance: bool = False) -> str:
"""拍一张照片并存储。
:param img_name: 图片名称
:param light_balance: 是否进行光照处理
:return :图片绝对路径"""
cap = self.cap
ret, frame = cap.read()
if img_name == '':
img_name = '{}.jpg'.format(time.strftime(NAME_FORMAT))
img_fullpath = os.path.join(IMG_DIR, img_name)
if ret:
if light_balance == True:
frame = camera().light_balance(frame)
cv.imwrite(img_fullpath, frame)
return img_fullpath
def take_a_video(self,
video_name: str = '',
frames: int = 150,
light_balance: bool = False) -> str:
"""录制一段视频并储存，可指定帧数。
:param video_name: 视频名称
:param frames: 视频总帧数
:param light_balance: 是否进行光照处理
:return : 视频绝对路径"""
cap = self.cap
fps = cap.get(cv.CAP_PROP_FPS) #设置摄像头的帧率。笔者的摄像头帧率为30
#如果要通过秒数来指定视频长度，可用秒数*帧率
if video_name == '':
video_name = '{}.avi'.format(time.strftime(NAME_FORMAT))
video_fullpath = os.path.join(VIDEO_DIR, video_name)
video = cv.VideoWriter(video_fullpath,
cv.VideoWriter_fourcc('I', '4', '2', '0'), fps,
RESO) #编解码器I420可输出avi格式视频
for i in range(frames):
ret, frame = cap.read()
if ret:
if light_balance == True:
frame = camera().light_balance(frame)
video.write(frame)
return video_fullpath
@staticmethod
def copy_delete_order_photoes() -> None:
"""将本机的文件夹上传到NAS后清空，然后对NAS上的图片进行排序、重命名。
"""
dir_1 = os.path.dirname(IMG_DIR) + os.path.sep + '*'
dir_2 = os.path.dirname(IMG_DIR_NAS)
os.system('cp -r {} {}'.format(dir_1, dir_2))
dir_1 = IMG_DIR + os.path.sep + '*'
dir_2 = VIDEO_DIR + os.path.sep + '*'
os.system('rm {}'.format(dir_1))
os.system('rm {}'.format(dir_2))
for dirpath, dirnames, filenames in os.walk(IMG_DIR_NAS):
if dirpath != IMG_DIR_NAS: #仅对第一层排序
break
filenames.sort()
for filename in filenames:
src_abs_path = os.path.join(dirpath, filename)
dst_abs_path = os.path.join(
IMG_DIR_ORDERED,
str(filenames.index(filename) + 1) + '.jpg')
shutil.copy(src_abs_path, dst_abs_path)
def __del__(self) -> None:
self.cap.release() #释放摄像头
if __name__ == '__main__':
cam = camera()
print(cam.cap.get(cv.CAP_PROP_FPS)) #打印帧数
cam.take_a_pic(light_balance=True)
start_time = time.time()
cam.take_a_video(frames=150, light_balance=True)
print('{:.2f}'.format(time.time() - start_time)) #观察视频写入所需时间
需要注意的是，在1920*1080的分辨率下，图片或视频都比较大，笔者实验时一张图片520-600KB，一段150帧（5秒）的视频445MB，而笔者树莓派4B使用的TF卡读取、写入速度分别为100MB/s、10MB/s。之前笔者组建过家庭内的NAS，如果视频不在树莓派上储存而是通过wifi传到NAS需要55s左右。笔者实际使用时没有用到视频功能，如果需要使用可以适当降低分辨率。
在实际环境中，把存储目录换一下，修改主程序如下：
if __name__ == '__main__':
cam = camera()
hour = time.localtime().tm_hour
minute = time.localtime().tm_min
if hour >= 5 and hour <= 21:
cam.take_a_pic(light_balance=False)
elif hour == 0 and minute == 20:
cam.take_a_pic(light_balance=True)
camera.copy_delete_order_photoes()
else:
cam.take_a_pic(light_balance=True)最后，使用crontab定时执行python脚本：
crontab -e写入新的一行：
*/20 * * * * python3 /root/mybash/python/time_lapse_photo.py每隔20min照一张照片。
并且在每天的0:20，将树莓派上存储的图片、视频上传到NAS上，删除树莓派上的文件，并对NAS上的图片进行排序。排序是为了便于做延时摄影的视频。
2.其它
（1）将图片拼接为视频
首先对图片进行排序，如上文所示。
然后使用ffmpeg或者pr将图片转换为视频。以ffmpeg为例（ffmpeg的安装在 Python，爬虫与深度学习（17）——电影的信息爬取、下载与处理（二） 中稍提到过）：
cd /temp/ordered
ffmpeg -r 24 -f image2 -i %d.jpg test.mp4-r 24 指定视频帧率为24，也就是24张图片1s； -f image2 指定当前使用图像生成视频； -i %d.jpg 指定图片的名称，如果学习过C就会知道%d是整型的占位符。
这样生成的视频比较朴素，可以使用各种视频剪辑软件加上BGM或者特效等。
（2）将树莓派改造为监控摄像头
使用树莓派的摄像头，还可以将树莓派改造为监控摄像头，可通过网页查看，也可用于直播等。这里给出一些参考文章：
树莓派+Flask实现视频流媒体WEB服务器
工业树莓派结合USB摄像头实现远程网络监控
在树莓派上安装 ZoneMinder 实现摄像头监控
基于树莓派 CribSense 的婴儿监视器
用树莓派做 RTMP 流直播服务器，可推送至斗鱼直播
树莓派制造日视/夜视串流直播摄像头