PyQt5+QtDesigner编写摄像头界面程序（四）——用OpenCV和time读取和设置摄像头

前言

上一节我们初步完成了主程序的结构设计，只要将每一个回调函数编写完成就可实现最终的功能了，本节来详细介绍这些回调函数的内容。由于设计到的回调函数较多，我们按功能将其分类，分别为摄像头图片的读取和显示、图像颜色控制、摄像头参数设置、视频文件保存、退出程序。

摄像头的读取和显示

从笔记本自带的摄像头中读取图片，并将其显示在我们命名为DispLb的label中。这一过程涉及到的‘开始’和‘暂停’两个按钮，我们预期的功能是当鼠标单击‘开始’按钮时，程序就不断地从摄像头读取图像，并将其实时显示在DispLb中，而一旦我们点击‘暂停’按钮，就停止从摄像头读取图像，DispLb中显示的图像也不再改变。当然，还涉及到一些其它控件的‘enable’或‘disable’。具体涉及到的回调函数包括‘开始’按钮的回调函数：StartCamera()；‘暂停’按钮的回调函数： StopCamera()；另外，由于我们是通过time函数来控制图像的重复读取，因此还需要它的回调函数
TimerOutFun()；将图片通过DispLb显示出来的函数：DispImg()。这些函数的内容如下所示。

    def StartCamera(self):
        self.ShowBt.setEnabled(False)
        self.StopBt.setEnabled(True)
        self.RecordBt.setEnabled(True)
        self.GrayImgCkB.setEnabled(True)
        if self.GrayImgCkB.isChecked()==0:
            self.RedColorSld.setEnabled(True)
            self.RedColorSpB.setEnabled(True)
            self.GreenColorSld.setEnabled(True)
            self.GreenColorSpB.setEnabled(True)
            self.BlueColorSld.setEnabled(True)
            self.BlueColorSpB.setEnabled(True)
        self.ExpTimeSld.setEnabled(True)
        self.ExpTimeSpB.setEnabled(True)
        self.GainSld.setEnabled(True)
        self.GainSpB.setEnabled(True)
        self.BrightSld.setEnabled(True)
        self.BrightSpB.setEnabled(True)
        self.ContrastSld.setEnabled(True)
        self.ContrastSpB.setEnabled(True)
        self.RecordBt.setText('录像')

        self.Timer.start(1)
        self.timelb=time.clock()

StartCamera这个函数的主要功能就是它最后两行代码，self.Timer.start(1)用来启动计时器，计时周期为1ms，即每隔1ms程序会自动调用一次TimerOutFun。我们将图像的具体读取和显示放到TimerOutFun中，这样就可以实现图像的实时读取和显示了。StartCamera的前面那些代码是用来启用相机参数设置和‘暂停’按钮等控件，同时，停用‘开始’按钮。

    def StopCamera(self):
        if self.StopBt.text()=='暂停':
            self.StopBt.setText('继续')
            self.RecordBt.setText('保存')
            self.Timer.stop()
        elif self.StopBt.text()=='继续':
            self.StopBt.setText('暂停')
            self.RecordBt.setText('录像')
            self.Timer.start(1)

由于我们的‘暂停’和‘继续’功能是复用的同一个按钮，因此StopCamera函数要分成两种情况。如果我们点击时按钮显示的是‘暂停’，那么就停止计时器，同时将本按钮的显示改成‘继续’。另外，我们后面的存储按钮涉及两种功能，即暂停状态下保存图片，实时显示状态下保存录像，因此这里也需要更改‘保存’按钮的显示字符。

    def TimerOutFun(self):
        success,img=self.camera.read()
        if success:
            self.Image = self.ColorAdjust(img)
            self.DispImg()
            self.Image_num+=1
            if self.RecordFlag:
                self.video_writer.write(img)
            if self.Image_num%10==9:
                frame_rate=10/(time.clock()-self.timelb)
                self.FmRateLCD.display(frame_rate)
                self.timelb=time.clock()
                #size=img.shape
                self.ImgWidthLCD.display(self.camera.get(3))
                self.ImgHeightLCD.display(self.camera.get(4))
        else:
            self.MsgTE.clear()
            self.MsgTE.setPlainText('Image obtaining failed.')

我们将需要对每一帧图像都重复执行的操作放在函数TimerOutFun中，该函数的功能为：从摄像头读取图像，调用ColorAdjust函数来调整图片的颜色，调用DispImg函数来显示图像，保存视频，获取并显示摄像头帧频和图像尺寸。从摄像头读取图像可以通过调用OpenCV库的read函数实现。保存视频是通过OpenCV的VideoWriter函数实现的，获取并计算帧频则是通过time.clock()函数获取代码执行的时间实现。

    def DispImg(self):
        if self.GrayImgCkB.isChecked():
            img = cv2.cvtColor(self.Image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
        else:
            img = cv2.cvtColor(self.Image, cv2.COLOR_BGR2RGB)
        qimg = qimage2ndarray.array2qimage(img)
        self.DispLb.setPixmap(QPixmap(qimg))
        self.DispLb.show()

从摄像头获取的图像在DispLb中显示之前，需要对其格式进行转换。Label可接受的图像类型为QPixmap，且其颜色通道依次为R、G、B；而通过OpenCV的read函数读取的图像是二维矩阵格式的，且颜色通道依次为B、G、R，因此需要先调用cvtColor函数对矩阵的颜色进行调整，然后再调用array2qimage函数将其转为QImage格式，再通过QPixmap函数转为QPixmap格式进行显示。

图像显示的颜色控制

涉及到图像显示颜色控制的主要是ColorFm中的CheckBox：GrayImgCkB和R、G、B三个颜色通道对应的Slider和SpinBox。相应的回调函数为SetGray、SetR、SetG、SetB、ColorAdjust。这些函数的代码如下所示。

 def SetGray(self):
        if self.GrayImgCkB.isChecked():
            self.RedColorSld.setEnabled(False)
            self.RedColorSpB.setEnabled(False)
            self.GreenColorSld.setEnabled(False)
            self.GreenColorSpB.setEnabled(False)
            self.BlueColorSld.setEnabled(False)
            self.BlueColorSpB.setEnabled(False)
        else:
            self.RedColorSld.setEnabled(True)
            self.RedColorSpB.setEnabled(True)
            self.GreenColorSld.setEnabled(True)
            self.GreenColorSpB.setEnabled(True)
            self.BlueColorSld.setEnabled(True)
            self.BlueColorSpB.setEnabled(True)

SetGray函数所实现的功能是对三个颜色通道的slider和spinbox启用与否的控制，若为真，则将图像转为灰度图，自然就不存在三个颜色通道，因此相应的控件都要‘disable’ ，否则就要将它们‘enable’。至于实现灰度转换的代码则是在DispImg函数中实现的。

    def SetR(self):
        R=self.RedColorSld.value()
        self.R=R/255

    def SetG(self):
        G=self.GreenColorSld.value()
        self.G=G/255

    def SetB(self):
        B=self.BlueColorSld.value()
        self.B=B/255

    def ColorAdjust(self,img):
        try:
            B=img[:,:,0]
            G=img[:,:,1]
            R=img[:,:,2]
            B=B*self.B
            G=G*self.G
            R=R*self.R
            img1=img
            img1[:,:,0]=B
            img1[:,:,1]=G
            img1[:,:,2]=R
            return img1
        except Exception as e:
            self.MsgTE.setPlainText(str(e))

图像显示颜色的控制则是通过以上四个函数实现的。前三个函数分别定义三个颜色通道的强度缩小系数，第四个函数将函数对相应的颜色强度进行缩小。

摄像头参数设置

摄像头的参数通常包括帧频、曝光时间、AOI、增益系数等，不同的摄像头通常会给出不同的可调节的参数和参数的调节范围。本例中，可供调节的参数包括曝光、增益、亮度、对比度四个，我们通过控制面板上的四组slider/spinbox来控制对应的参数，相应的回调函数分别为SetExposure、SetGain、SetBrightness、SetContrast，具体的函数代码如下所示。

    def SetExposure(self):
        try:
            exposure_time_toset=self.ExpTimeSld.value()
            self.camera.set(15,exposure_time_toset)
            self.MsgTE.setPlainText('The exposure time is set to '+str(self.camera.get(15)))
        except Exception as e:
            self.MsgTE.setPlainText(str(e))

以SetExposure函数为例，代码内容为：首先通过self.ExpTimeSld.value()获得要设置的曝光值，然后调用self.camera.set(15,exposure_time_toset)函数来将曝光值赋给摄像头，改变其曝光参数。最后，通过self.camera.get(15)函数获得设置完成后相机的实际曝光值，并通过MsgTE显示出来。除此之外，我们还使用了try…Except…结构，若设置的参数格式或范围不符合摄像头的要求，通常摄像头要么报错，要么忽视该该命令，曝光参数维持原值。因此如果我们在设置完曝光参数后，MsgTE中显示的值与我们的设置值一致，说明设置成功，如果不一致，则说明我们设置的值超出摄像头的参数范围。我们可以先将Slider和SpinBox的范围设置得比较大，例如-100到+100，然后反复设置参数并观察相机曝光参数的改变，从而试探出相机的曝光参数范围。对增益、亮度、对比度的设置与曝光类似，就不再一一介绍。

    def SetGain(self):
        gain_toset=self.GainSld.value()
        try:
            self.camera.set(14,gain_toset)
            self.MsgTE.setPlainText('The gain is set to '+str(self.camera.get(14)))
        except Exception as e:
            self.MsgTE.setPlainText(str(e))

    def SetBrightness(self):
        brightness_toset=self.BrightSld.value()
        try:
            self.camera.set(10,brightness_toset)
            self.MsgTE.setPlainText('The brightness is set to ' + str(self.camera.get(10)))
        except Exception as e:
            self.MsgTE.setPlainText(str(e))

    def SetContrast(self):
        contrast_toset=self.ContrastSld.value()
        try:
            self.camera.set(11,contrast_toset)
            self.MsgTE.setPlainText('The contrast is set to ' + str(self.camera.get(11)))
        except Exception as e:
            self.MsgTE.setPlainText(str(e))

保存图片或视频

这部分包括两个功能，若图像显示被停止了，点击按钮后就保存图片；若图像在实时显示，点击按钮后就开始录像，再次点击停止录像。设计到的控件有两个，一个是设置保存文件路径的按钮FilePathBt,一个是保存图片或视频的RecordBt，前者的回调函数为SetFilePath()，后者的回调函数为RecordCamera()。具体的代码如下所示。

    def SetFilePath(self):
        dirname = QFileDialog.getExistingDirectory(self, "浏览", '.')
        if dirname:
            self.FilePathLE.setText(dirname)
            self.RecordPath=dirname+'/'

本函数通过调用QFileDialog.getExistingDirectory函数弹出对话框，让用户自己选择路径，并将选择好的路径显示在FilePathLE中。默认的路径为‘D:/Python/PyQt/’，这个是在上一节介绍的PrepParameters()函数中设置好的。

    def RecordCamera(self):
        tag=self.RecordBt.text()
        if tag=='保存':
            try:
                image_name=self.RecordPath+'image'+time.strftime('%Y%m%d%H%M%S',time.localtime(time.time()))+'.jpg'
                print(image_name)
                cv2.imwrite(image_name, self.Image)
                self.MsgTE.clear()
                self.MsgTE.setPlainText('Image saved.')
            except Exception as e:
                self.MsgTE.clear()
                self.MsgTE.setPlainText(str(e))
        elif tag=='录像':
            self.RecordBt.setText('停止')

            video_name = self.RecordPath + 'video' + time.strftime('%Y%m%d%H%M%S',time.localtime(time.time())) + '.avi'
            fps = self.FmRateLCD.value()
            size = (self.Image.shape[1],self.Image.shape[0])
            fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc('M', 'J', 'P', 'G')
            self.video_writer = cv2.VideoWriter(video_name, fourcc,self.camera.get(5), size)
            self.RecordFlag=1
            self.MsgTE.setPlainText('Video recording...')
            self.StopBt.setEnabled(False)
            self.ExitBt.setEnabled(False)
        elif tag == '停止':
            self.RecordBt.setText('录像')
            self.video_writer.release()
            self.RecordFlag = 0
            self.MsgTE.setPlainText('Video saved.')
            self.StopBt.setEnabled(True)
            self.ExitBt.setEnabled(True)

本函数实现的功能正如之前所述，分成了保存图片和保存视频两种功能。如果按钮显示的是‘保存’，单击后就调用OpenCV的imwrite函数保存一幅图片，图片的名称会根据时间自动命名。如果按钮显示的是‘录像’，单击后就调用OpenCV的VideoWriter函数创建一个视频文件，文件名同样根据时间自动命名，同时将录像标签RecordFlag改为1，这样在TimerOutFun中每次读取图片后都会将其写入视频文件中。如果按钮显示的是‘停止’，单击后就停止录像，保存视频文件。还有一些关联控件的设置，大家可以自行理解。

退出程序

退出按钮ExitBt的回调函数的代码如下所示，包括停止计时器、释放摄像头、退出几个功能。

    def ExitApp(self):
        self.Timer.Stop()
        self.camera.release()
        self.MsgTE.setPlainText('Exiting the application..')
        QCoreApplication.quit()

至此，我们已经完成了程序所有代码的编写，点击运行该程序，就可以看到程序正确运行了！ 运行的程序界面如下图所示。完整的代码文件可以从这里下载，回复即可获取提取码。

下一节将介绍如何将程序打包成可以在windows环境独立运行的exe文件。