【K210】K210学习笔记一——sensor
【K210】K210学习笔记一——sensor
- 前言
- sensor的配置
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- 模块导入
- 模块配置
- 模块各配置解释
- 完整源码
前言
本人大四学生，电赛生涯已经走到尽头，一路上踩过不少坑，但运气也不错拿了两年省一，思来想去，决定开始写博客，将电赛经验分享一二，能力有限，高手轻喷。
本篇主要是介绍 K210 上的 sensor （感光元件）模块，也就是摄像头模块。如果你要使用 K210 来进行一些颜色追踪（比如识别黑色，传回坐标让小车寻线，或者是识别其他颜色的线），那么 sensor 必须要好好配置，如果配置不好，会直接影响颜色追踪的效果。
然后就是记录一个大坑，就是有时摄像头画面会偏绿（或者偏其他颜色）的问题。 这个问题同样会影响颜色追踪的结果。
sensor的配置
模块导入
首先需要导入的是 sensor 模块。
# sensor_V1.0 - By: FITQY - 周天 8 月 21 日 2022
#__________________________________________________________________
# 导入模块
import sensor, time # 导入感光元件模块 sensor 跟踪运行时间模块 time
模块配置
我对 sensor 模块的配置如下。
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# 感光元件设置
sensor.reset() # 重置并初始化感光元件 默认设置为 摄像头频率 24M 不开启双缓冲模式
#sensor.reset(freq=24000000, dual_buff=True) # 设置摄像头频率 24M 开启双缓冲模式 会提高帧率 但内存占用增加
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) # 设置图像格式为 RGB565 (彩色) 除此之外 还可设置格式为 GRAYSCALE 或者 YUV422
sensor.set_framesize(sensor.QVGA) # 设置图像大小为 QVGA (320 x 240) 像素个数 76800 K210最大支持格式为 VGA
sensor.set_auto_exposure(1) # 设置自动曝光
#sensor.set_auto_exposure(0, exposure=120000) # 设置手动曝光 曝光时间 120000 us
sensor.set_auto_gain(0, gain_db = 17) # 设置画面增益 17 dB 影响实时画面亮度
sensor.set_auto_whitebal(0, rgb_gain_db = (0,0,0)) # 设置RGB增益 0 0 0 dB 影响画面色彩呈现效果 在 K210 上无法调节增益 初步判定是感光元件 ov2640 无法支持
#sensor.set_contrast(0) # 设置对比度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
#sensor.set_brightness(0) # 设置亮度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
#sensor.set_saturation(0) # 设置饱和度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
sensor.set_vflip(1) # 打开垂直翻转 如果是 01Studio 的 K210 不开启会导致画面方向与运动方向相反
sensor.set_hmirror(1) # 打开水平镜像 如果是 01Studio 的 K210 不开启会导致画面方向与运动方向相反
sensor.skip_frames(time = 2000) # 延时跳过2s 等待感光元件稳定
模块各配置解释
接下来详细进行解读，首先是初始化函数，这个函数不带参数即可。如果你需要带参数（比如注释部分），可以设置摄像头的频率，以及是否开启双缓冲模式。摄像头的频率会影响到画面的质量，如果画面质量不好，可以适当调低频率（比如调低到20M），而双缓冲模式除了会提高帧率以外，我想不到还能有什么其他用途。如果你要用K210来录制视频的话，开启双缓冲模式会提高视频的帧率，但如果你要用K210来进行对某一颜色的追踪，或者是跑训练模型，双缓冲基本没什么用，还会占用运行内存。这是因为，识别是一帧一帧进行的，双缓冲可以理解为一次拍摄两张图像，但识别只识别一张图像，另一张根本用不到，还占用内存（K210的8M运行内存还是很小的，如果跑大的模型可能会内存溢出），因此我一般都是采用默认设置。
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# 感光元件设置
sensor.reset() # 重置并初始化感光元件 默认设置为 摄像头频率 24M 不开启双缓冲模式
#sensor.reset(freq=24000000, dual_buff=True) # 设置摄像头频率 24M 开启双缓冲模式 会提高帧率 但内存占用增加
然后是图像格式的设置，我一般都是设置为RGB565，大小是QVGA，如果跑模型，则需要设子分辨率为224 x 224，K210带的LCD屏幕分辨率就是 320 x 240 也就是 QVGA，而且采用颜色追踪肯定是要设置彩色画面的（一般来说颜色追踪已经可以解决很多问题了，解决不了的才会跑训练模型）。
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) # 设置图像格式为 RGB565 (彩色) 除此之外 还可设置格式为 GRAYSCALE 或者 YUV422
sensor.set_framesize(sensor.QVGA) # 设置图像大小为 QVGA (320 x 240) 像素个数 76800 K210最大支持格式为 VGA
然后是曝光时间和增益，这里会存在一个大坑，且听我细细道来。一般来说，曝光时间一般是改不了的（自带的ov2640就改不了曝光时间，已经试过），所以默认自动曝光即可。而颜色追踪，如果采用的是image模块的find_blobs，传入这个函数的阈值实际上是LAB格式的阈值。
什么是LAB？
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L 代表从暗到明的分量（明度），取值0~100
-
A 代表从绿色到红色的分量 ，取值-128~127
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B 代表从蓝色到黄色的分量，取值-128~127
也就是说，画面亮度会影响到L，画面对RGB三种颜色的呈现效果会影响到A和B。所以我们必须要固定画面增益和RGB增益（白平衡）。 这样识别的准确率才会上升。
值得一提的是，画面增益gain会因sensor的不同而需要设置不同的值（我比赛用的那一块K210需要设置19才正常，但现在手上的这一块需要设置17，这个需要慢慢调试，尽管sensor都是ov2640，但天下又哪里会存在两片一样的雪花呢？）。
而RGB增益（白平衡）的增益值无法调节（我试过更改，但打印出来的增益值都是0，推断是我这一款ov2640不支持），但是必须要关闭自动增益，1代表开启自动增益，0代表关闭自动增益！ 不然物体的颜色会因为摄像头的远近而产生变化！下面开始测试！
sensor.set_auto_exposure(1) # 设置自动曝光
#sensor.set_auto_exposure(0, exposure=120000) # 设置手动曝光 曝光时间 120000 us
sensor.set_auto_gain(0, gain_db = 17) # 设置画面增益 17 dB 影响实时画面亮度
sensor.set_auto_whitebal(0, rgb_gain_db = (0,0,0)) # 设置RGB增益 0 0 0 dB 影响画面色彩呈现效果 在 K210 上无法调节增益 初步判定是感光元件 ov2640 无法支持
开启RGB自动增益（即打开白平衡），远处观察红色，结果为红。
开启RGB自动增益（即打开白平衡），近处观察红色，结果为淡红偏白。
关闭RGB自动增益（即关闭白平衡），远处观察红色，结果为红。
关闭RGB自动增益（即关闭白平衡），近处观察红色，结果为红。
关闭RGB自动增益（即关闭白平衡），对着红色物体然后上电运行，画面偏绿。
关闭RGB自动增益（即关闭白平衡），对着白墙然后上电运行，画面正常。
总结：
- 曝光时间默认即可。
- 画面增益需要手动调试到合适值，不同的K210对画面增益的设置也不同。
- RGB增益（白平衡）需要关闭（如果用到颜色追踪），且上电运行的时候，K210的镜头不能对着单一颜色的物体 否则会使画面偏向某一种颜色，这种情况只在关闭白平衡状态下才会存在，因为开启白平衡，每一次对于不同的颜色，画面都会调整不同的增益，而关闭的话，就不再调节了，但每一次都调节势必影响到颜色追踪的准确度。
对比度、亮度和饱和度由于并没用函数能返回这三个参数的值，因此我不知道这三个参数在不同环境下具体是怎么样的，我的判断是可能是sensor不支持调节这三个参数，所以暂时注释，如果后面更换其他sensor，比如ov5640之类的，可能就有用了。
#sensor.set_contrast(0) # 设置对比度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
#sensor.set_brightness(0) # 设置亮度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
#sensor.set_saturation(0) # 设置饱和度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
而画面转置对于我这一块K210来说是必须的，准确来说对于01Studio的K210来讲是必须的，其他家的K210我没用过。如果不将画面转置，则镜头的移动方向会和画面移动方向相反，延时跳过函数这个一般设置2秒即可。
sensor.set_vflip(1) # 打开垂直翻转 如果是 01Studio 的 K210 不开启会导致画面方向与运动方向相反
sensor.set_hmirror(1) # 打开水平镜像 如果是 01Studio 的 K210 不开启会导致画面方向与运动方向相反
sensor.skip_frames(time = 2000) # 延时跳过2s 等待感光元件稳定
完整源码
完整源码如下所示，大家可以复制该源码，测试测试各自的K210是怎么样一个情况，调节好各参数，下一次学习笔记将会记录image机器视觉模块的用法，我们下期再见~！
# sensor_V1.0 - By: FITQY - 周天 8 月 21 日 2022
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# 导入模块
import sensor, time # 导入感光元件模块 sensor 跟踪运行时间模块 time
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# 感光元件设置
sensor.reset() # 重置并初始化感光元件 默认设置为 摄像头频率 24M 不开启双缓冲模式
#sensor.reset(freq=24000000, dual_buff=True) # 设置摄像头频率 24M 开启双缓冲模式 会提高帧率 但内存占用增加
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) # 设置图像格式为 RGB565 (彩色) 除此之外 还可设置格式为 GRAYSCALE 或者 YUV422
sensor.set_framesize(sensor.QVGA) # 设置图像大小为 QVGA (320 x 240) 像素个数 76800 K210最大支持格式为 VGA
sensor.set_auto_exposure(1) # 设置自动曝光
#sensor.set_auto_exposure(0, exposure=120000) # 设置手动曝光 曝光时间 120000 us
sensor.set_auto_gain(0, gain_db = 17) # 设置画面增益 17 dB 影响实时画面亮度
sensor.set_auto_whitebal(0, rgb_gain_db = (0,0,0)) # 设置RGB增益 0 0 0 dB 影响画面色彩呈现效果 在 K210 上无法调节增益 初步判定是感光元件 ov2640 无法支持
#sensor.set_contrast(0) # 设置对比度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
#sensor.set_brightness(0) # 设置亮度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
#sensor.set_saturation(0) # 设置饱和度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
sensor.set_vflip(1) # 打开垂直翻转 如果是 01Studio 的 K210 不开启会导致画面方向与运动方向相反
sensor.set_hmirror(1) # 打开水平镜像 如果是 01Studio 的 K210 不开启会导致画面方向与运动方向相反
sensor.skip_frames(time = 2000) # 延时跳过2s 等待感光元件稳定
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# 创建时钟对象
clock = time.clock() # 创建时钟对象 clock
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# 调试区
mycnt = 0 # 计数变量
mycnt_max = 30 # 计数上限 此值越大 计数周期越长
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# 主函数
while(True):
clock.tick() # 跟踪运行时间
img = sensor.snapshot() # 拍摄一张照片
if mycnt == 0: # 如果 mycnt 等于 0 此步骤的目的是控制打印周期 不要打印的太快
mycnt = 1 # 将 1 赋值给 mycnt 使下一次不再满足 mycnt == 0 进入 elif
print("Exposure:"+str(sensor.get_exposure_us())) # 打印 曝光时间
print("Gain:"+str(sensor.get_gain_db())) # 打印 画面增益
print("RGB: "+str(sensor.get_rgb_gain_db())) # 打印 RGB 增益
elif mycnt < mycnt_max: # 计数变量 小于 计数上限 则 计数变量 自增
mycnt = mycnt + 1
else: # 计数变量 超出 计数上限 则 将0赋值给 mycnt 使下一次进入 if
mycnt = 0
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