使用libcamera函式库操控树莓派摄影机

libcamera是什么？它是两个字的合写，一是函式库library的简称lib，另一是摄影机的camera（或称影像传感器imagesensor）。它是一套开放源代码的函式库，最初是Nokia为了开发Linux智慧手机而配套发展的软件，之后Nokia取消这个开发计划，然软件被接续发展至今。

libcamera可以用在各种Linux相关的操作系统上，如Android、ChromeOS、Linux等，用其来设定、操控摄影机，因此也能用来操控树莓派（Raspberry Pi）官方的摄影机模块（Camera Module），毕竟树莓派也是跑Linux的。

树莓派摄影机模块已经是第三代了，第一代是2013年推出，只有500万画素，之后2016年推出800万画素的第二代，今（2023）年则推出第三代，并把画素拉高到1,200万，第三代发表后第一代也就不再供货。

如何使用

用libcamera操控摄影机是透过命令行（command line）方式达到的，例如最简单是先打libcamera-hello（类似一般写程序的Hello World），就可以看到5秒的镜头画面预览。

或者可以用libcamera-jpeg来要求摄影机捕捉画面，并以 .jpg格式存档，例如打libcamera-jpeg -o test.jpg就会把影像捕捉后输出（Output, 参数o的由来）成一个test.jpg图档。类似的，libcamera-still也是捕捉静态画面用的命令，但比较能支持旧版的相关参数选项。

或者还有libcamera-raw指令，能运用摄影机最原生的规格来录像，不过录的过程中不会同步显示预览画面，典型的使用方式如libcamera-raw -t 2000 -o test.raw，是指连续录2秒钟，并以test.raw为文件名存下录像的内容；或者还有libcamera-detect指令，一般在Raspberry Pi OS下没有这个指令，主要是搭配TensorFlow Lite一起使用。

在各种操作设定中，libcamera-vid可能是最为常用且好用的，vid估计是video的简称，libcamera-vid是用于一般录像用的，用它来录像可以启动树莓派主控芯片内的H.264硬件编码器，可以更快速、顺畅且省电的方式进行录像。

libcamera-vid默认是使用640 x 480分辨率，但可以手动指定分辨率，例如要以Full HD分辨率录像，命令可以下libcamera-vid –width 1920 –height 1080 -o

full_hd.h264，这样就可以将录像内容以full_hd.h264的文件名存下来，编码格式为H.264。

如果还要指定每秒的录制画面张数（framerate），或称画面更新率，对岸称为帧率，也可以加上–framerate 50，50是指每秒50张，数字可以依需要调整。

进一步的也可以调整比特率（bitrate），参数可以下–bitrate或-b都可以，例如libcamera-vid -b 1000000 –width 1920 –height 1080-o test.h264这段指令是指使用1920 x 1080分辨率录像，比特率为1Mbps，即命令行中的数字1000000。若是把数字调高，从1000000增加到5000000、9000000等，则录下来的画质比较好。

除了H.264格式外其实也可以用MJPEG来录制，命令libcamera -t 20000 –codec mjpeg -o test.mjpeg即表示录2秒然后以test.mjpeg文件名储存，录像的编码格式为MJPEG。这里要注意，单纯指定档名为 .mjpeg但却没有加–codec参数其实是无效的，一定要加。

不仅录像可能还需要同步录音，这时得帮树莓派装上麦克风，然后透过另外一个函式库的协助来完成，一样要下codec参数，命令为libcamera-vid –codec libav –libav-audio -o test.mp4，这里即呼叫了前面纯录像时没用到的libav函式库。

到这里可能还有个疑问：开始录制后该如何停止吗？很简单，使用键盘组合键Ctrl+C即可，要恢复继续录就重新下一次命令。或者，也可以用–timeout参数来预先设定录像时间，最小单位为1毫秒，如果下–timeout 1000就是录制一秒的意思。

第三代模块参数设定

接下来要启用第三代摄影模块的特有功能，如自动对焦、高动态范围等，自动对焦要使用到–lens-position（镜头位置）参数，参数值是焦距的倒数，类似屈光率，如果数值是10，则1/10是0.1，表示焦距位置为0.1公尺；如果数值是0.5，则1/0.5为2，表示焦距位置为2公尺，范例命令如libcamera-vid –lens-position 0.5 -o test.h264（镜头焦距放在2公尺位置）

树莓派第三代摄影镜头的四种类型

至于要启用高动态范围功能，就只要下–hdr参数（即high dynamic range）即可，不需要搭配数值，例如libcamera-vid –hdr -o test.h264

要注意的是，启用高动态范围就无法使用镜头原有的最高分辨率（4608 x 2592），必须在长宽分辨率都打对折（2304 x 1296）。不过，若最后选择用H.264格式储存影像，由于H.264格式最高到1920 x 1080，所以开启与不开启的分辨率改变几乎没有差别。

结语

有关libcamera的参数还非常多，例如可以用串流方式输出视讯画面，或设定以时间为单位把原本该连续录制的图像文件案自动切割、编号储存，更多参数有待创客们亲自去尝试、摸索、体验。

审核编辑：汤梓红