近年來，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，攝像頭在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛了，目前市面上的攝像頭可以分為兩類，一種是符合UVC規(guī)范的攝像頭，比如羅技的攝像頭就是UVC攝像頭。另一種是non-UVC攝像頭，即不符合UVC規(guī)范。UVC全稱為：USB video class （USB視頻類）在Linux-2.6.4及以上的版本都已經(jīng)集成了UCV設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，而non-UVC攝像頭如果要使用，就需要硬件廠商提供專用的驅(qū)動(dòng)。比如中星微的攝像頭就是non-UVC設(shè)備，需要專用的驅(qū)動(dòng)。

1、Linux內(nèi)核配置

本文以英創(chuàng)嵌入式板卡EM335x 為例來介紹對于USB攝像頭的支持，EM335x內(nèi)核版本為Linux-3.12.10，USB攝像頭選用中星微的ZC301攝像頭，該攝像頭以其高性價(jià)比得以廣泛應(yīng)用，同時(shí)在Linux內(nèi)核中已經(jīng)包括了對于ZC3XX系列攝像頭的驅(qū)動(dòng)支持。

內(nèi)核配置如下：
<*> Multimedia support --->
[*] Cameras/video grabbers support
[*] Media USB Adapters --->
<*> USB Video Class (UVC)
[*] UVC input events device support
<*> GSPCA based webcams --->
ZC3XX USB Camera Driver

編譯成功后，即可得到zc3xx系列USB攝像頭驅(qū)動(dòng)文件：gspca_zc3xx.ko。

在EM335x板卡上，該文件放置在根文件系統(tǒng)/lib/modules/3.12.10/目錄下。應(yīng)用時(shí)只需調(diào)用以下命令，即可完成對于USB攝像頭的驅(qū)動(dòng)加載。

insmod /lib/modules/3.12.10/gspca_zc3xx.ko

驅(qū)動(dòng)加載成功后，會(huì)自動(dòng)生成設(shè)備節(jié)點(diǎn)：“/dev/video0'，應(yīng)用程序可以操作該設(shè)備節(jié)點(diǎn)對攝像頭進(jìn)行圖像的采集和控制。因?yàn)橹行俏⒌臄z像頭為non-UVC設(shè)備，所以需要再加專用的gspca_zc3xx.ko，如果是其他的UVC攝像頭，內(nèi)核中已經(jīng)集成了驅(qū)動(dòng)，插上后就可以識(shí)別出來，不用再加載其他驅(qū)動(dòng)。

2、Qt攝像頭應(yīng)用程序簡介

UVC和non-UVC攝像頭都是用了V4L2驅(qū)動(dòng)提供的API來操作攝像頭。Video for Linux two簡稱V4L2，是V4L的改進(jìn)版。V4L2是Linux操作系統(tǒng)下用于采集圖片、視頻和音頻數(shù)據(jù)的API接口，配合適當(dāng)?shù)囊曨l采集設(shè)備和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，可以實(shí)現(xiàn)圖片、視頻、音頻等的采集。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)和嵌入式多媒體終端中都有廣泛的應(yīng)用。V4L2支持兩種方式來采集圖像：內(nèi)存映射方式(mmap)和直接讀取方式(read)。在這里我們使用內(nèi)存映射的方式來進(jìn)行視頻采集。應(yīng)用程序通過V4L2接口采集視頻數(shù)據(jù)可以分為五個(gè)步驟：

①打開視頻設(shè)備文件，進(jìn)行視頻采集的參數(shù)初始化，通過V4L2接口設(shè)置視頻圖像的采集窗口、采集的點(diǎn)陣大小和格式；
②申請若干視頻采集的幀緩沖區(qū)，并將這些幀緩沖區(qū)從內(nèi)核空間映射到用戶空間，便于應(yīng)用程序讀取/處理視頻數(shù)據(jù)；
③將申請到的幀緩沖區(qū)在視頻采集輸入隊(duì)列排隊(duì)，并啟動(dòng)視頻采集；
④驅(qū)動(dòng)開始視頻數(shù)據(jù)的采集，應(yīng)用程序從視頻采集輸出隊(duì)列取出幀緩沖區(qū)，處理完后，將幀緩沖區(qū)重新放入視頻采集輸入隊(duì)列，循環(huán)往復(fù)采集連續(xù)的視頻數(shù)據(jù)；
⑤停止視頻采集。

可以參考下圖：

可以看到每一個(gè)步驟都是通過ioctl這個(gè)接口去設(shè)置一些參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的, 啟動(dòng)視頻采集后，驅(qū)動(dòng)程序開始采集數(shù)據(jù)，并把采集的數(shù)據(jù)放入視頻采集輸入隊(duì)列的第一個(gè)幀緩沖區(qū)，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)采集完成，也就是第一個(gè)幀緩沖區(qū)存滿數(shù)據(jù)以后，驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑦@一個(gè)緩沖區(qū)移至視頻采集輸出隊(duì)列，等待應(yīng)用程序取出。驅(qū)動(dòng)程序接下來繼續(xù)采集下一幀數(shù)據(jù)，并放入第二個(gè)幀緩沖區(qū)，同樣幀緩沖區(qū)存滿數(shù)據(jù)后，被放入視頻采集輸出隊(duì)列。

應(yīng)用程序從視頻采集輸出隊(duì)列中取出含有視頻數(shù)據(jù)的幀緩沖區(qū)，處理幀緩沖區(qū)中的視頻數(shù)據(jù)，如存儲(chǔ)或壓縮。如果需要連續(xù)采集，應(yīng)用程序需要將處理完數(shù)據(jù)的幀緩沖區(qū)重新放入視頻采集輸入隊(duì)列，如圖所示。

接下來結(jié)合程序來具體看一看通過V4L2接口來操作攝像頭的一些重要的步驟：

打開設(shè)備文件：
int fd;
fd=open('/dev/video0',O_RDWR);

獲取設(shè)備的基本信息,包括驅(qū)動(dòng)版本號(hào),設(shè)備支持操作等：
struct v4l2_capability cap;
ret=ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);
if(ret<0)
{
printf('failture VIDIOC_QUERYCAP ');
return -1;
}
printf('DriverName:%s Card Name:%s Bus info:%s DriverVersion:%u.%u.%u ',cap.driver,cap.card,cap.bus_info,(cap.version>>16)&0xFF,(cap.version>>8)&0xFF,cap.version&0xFF);

顯示所支持的格式：
memset(&fmtdesc, 0, sizeof(fmtdesc));
fmtdesc.index = 0;
//數(shù)據(jù)流類型，必須永遠(yuǎn)是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
fmtdesc.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1)
{
printf('/t%d.%s/n',fmtdesc.index+1,fmtdesc.description);
fmtdesc.index++;
}

設(shè)置視頻的制式和幀格式，制式包括PAL，NTSC，幀的格式個(gè)包括寬度和高度等：
struct v4l2_format fmt;
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;//數(shù)據(jù)流類型，必須永遠(yuǎn)是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
fmt.fmt.pix.width = 640;//寬，必須是16的倍數(shù)
fmt.fmt.pix.height = 480;//高，必須是16的倍數(shù)
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_JPEG;//視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型//V4L2_PIX_FMT_YUYV;//V4L2_PIX_FMT_YVU420;//V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
//設(shè)置當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的頻捕獲格式
ret = ioctl (fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
if(ret<0)
{
printf('failture VIDIOC_S_FMT ');
return -1;
}

向驅(qū)動(dòng)申請幀緩沖，一般不超過五個(gè)：
struct v4l2_requestbuffers req;
req.count=1;
req.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
req.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
//申請幀緩沖
ret=ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req);
if(ret<0)
{
printf('failture VIDIOC_REQBUFS ');
return -1;
}
if (req.count < 1)
{
printf('Insufficient buffer memory ');
return -1;
}

將申請到的幀緩沖映射到用戶空間，這樣就能夠直接操作幀緩沖了：
buffers =(buffer*)calloc (req.count, sizeof (*buffers));
if (!buffers) {
fprintf (stderr,'Out of memory/n');
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (n_buffers = 0; n_buffers < req.count; ++n_buffers)
{
struct v4l2_buffer buf;
memset(&buf,0,sizeof(buf));
buf.type =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory =V4L2_MEMORY_MMAP;
buf.index =n_buffers;
//查詢序號(hào)為n_buffers 的緩沖區(qū)，得到其起始物理地址和大小
if (-1 == ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf))
{
printf('failture VIDIOC_QUERYBUF ');
return -1;
}
buffers[n_buffers].length= buf.length;
//映射內(nèi)存
buffers[n_buffers].start=mmap (NULL,buf.length,PROT_READ | PROT_WRITE ,MAP_SHARED,fd, buf.m.offset);
if (MAP_FAILED == buffers[n_buffers].start)
{
printf('failture mmap ');
return -1;
}
}

將申請到的幀緩沖全部入隊(duì)列，以便存放采集到的數(shù)據(jù)：
for (i = 0; i< req.count; ++i)
{
struct v4l2_buffer buffer;
buffer.type =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buffer.memory =V4L2_MEMORY_MMAP;
buffer.index = i;
//將緩沖幀放入隊(duì)列尾
ioctl (fd,VIDIOC_QBUF, &buffer);
}

開始視頻的采集：
type =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ioctl (fd,VIDIOC_STREAMON, &type);

取出隊(duì)列中以取得采集數(shù)據(jù)的幀緩沖，獲得原始采集數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@個(gè)攝像頭支持的格式為JPG，所以程序中將原始數(shù)據(jù)保存在新建的一個(gè)*.jpg文件中：
struct v4l2_buffer camera_buf;
CLEAR (camera_buf);
camera_buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
camera_buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
//取出一個(gè)緩沖幀
i1 = ioctl (fd, VIDIOC_DQBUF, &camera_buf);
if(i1<0)
{
printf('failture ');
return -1;
}
fwrite(buffers[camera_buf.index].start, buffers[camera_buf.index].length, 1, file_fd);//將其寫入文件中

將緩沖幀重新入隊(duì)列尾,這樣可以循環(huán)采集：
//將緩沖重新入隊(duì)列尾
i1=ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &camera_buf);
if(i1<0)
{
printf('failture VIDIOC_QBUF ');
return -1;
}

如果需要關(guān)閉攝像頭，先停止視屏采集，釋放申請的幀緩沖，最后關(guān)閉設(shè)備節(jié)點(diǎn)：
//停止視頻的采集。VIDIOC_STREAMOFF
type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
if (-1 == ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type))
printf('VIDIOC_STREAMOFF');
for (i = 0; i < n_buffers; ++i)
if (-1 == munmap (buffers->start, buffers->length))
printf ('munmap error');
free(buffers);
//關(guān)閉視頻設(shè)備
close (fd);

所以通過這一套通用的V4L2接口來操作攝像頭的工作流程：

打開設(shè)備－> 檢查和設(shè)置設(shè)備屬性－>設(shè)置幀格式－> 設(shè)置一種輸入輸出方法（緩沖區(qū)管理）－> 循環(huán)獲取數(shù)據(jù)－> 關(guān)閉設(shè)備。通過這幾個(gè)步驟已經(jīng)可以操作攝像頭來獲取數(shù)據(jù)，下面來看看如何與Qt結(jié)合，將前面的代碼與Qt界面結(jié)合起來。

在Qt中主要就是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，一個(gè)是通過界面控制攝像頭的數(shù)據(jù)獲取，另一個(gè)是通過界面顯示攝像頭所拍攝下來的圖片。攝像頭的初始化設(shè)置，包括格式等參數(shù)的設(shè)置可以在Qt界面的構(gòu)造函數(shù)中完成。

通過界面來控制攝像頭，可以在Qt的界面上做一個(gè)按鈕，在按鈕的單擊事件槽中調(diào)用攝像頭采集數(shù)據(jù)的部分即可：
void MainWindow::on_init_camera_clicked()//按鈕單擊事件
{
for (;;)//這一段涉及到異步IO
{
fd_set fds;
struct timeval tv;
int r;
FD_ZERO (&fds);//將指定的文件描述符集清空
FD_SET (fd, &fds);//在文件描述符集合中增加新的文件描述符
tv.tv_sec = 0;
tv.tv_usec = 500000;
r = select (fd + 1, &fds, NULL, NULL, &tv);//判斷是否可讀（即攝像頭是否準(zhǔn)備好），tv是定時(shí)
if (-1 == r)
{
if (EINTR == errno)
continue;
printf ('select err ');
}
if (read_frame ())//如果可讀，執(zhí)行read_frame ()函數(shù)，并跳出循環(huán)
break;
else
{
QMessageBox::information(this, tr('失敗'), tr('拍攝圖片失敗') , QMessageBox::Ok);
}
}
}

關(guān)于拍攝圖片的顯示問題，Qt中提供了很多實(shí)現(xiàn)的方法，比如可以在界面中采用一個(gè)label來顯示，這里采用GraphicsView來顯示，主要代碼如下：
image=new QImage(pictrue_name);
image->load(pictrue_name);
scene = new QGraphicsScene;
scene->addPixmap(QPixmap::fromImage(*image));
ui->graphicsView->setScene(scene);
ui->graphicsView->setAlignment(Qt::AlignCenter);
ui->graphicsView->show();//顯示

將攝像頭獲取的數(shù)據(jù)寫入文件中，再通過GraphicsView顯示出來。這樣就實(shí)現(xiàn)了Qt程序和攝像頭操作的結(jié)合，詳細(xì)的代碼請參考例程。

例程的效果如下圖所示：