PiCamera & Python – programmiamo la webcam su Raspberry Pi

Introduzione

In questo articolo scopriremo insieme come utilizzare la webcam integrabile su Raspberry: la PiCamera. Questo modulo aggiuntivo di Raspberry Pi è un accessorio da non sottovalutare e lo consiglio vivamente a tutti quelli che vogliono esplorare una parte del mondo di Raspberry: la possibilità di fare foto e video in HD. Ma anche quello di fare analisi delle immagini in Python, grazie alle librerie che mette a disposizione, tra cui OpenCV. 

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Articolo introduttivo di una serie di articoli che tratteranno via via in maniera sempre più approfondita l’affascinante mondo dell’analisi delle immagini. E lo faremo in Python.

La PiCamera v2

PiCamera v2 (vedi qui), uscita nell’Aprile 2016, è la nuova versione di questo modulo che è andato a sostituire l’ormai vecchio modello. Rimane compatibile con tutti i modelli di Raspberry esistenti. Infatti il flat cable è rimasto immutato, adatto ancora per essere inserito nel connettore dedicato presente sul lato superiore di tutte le schede Raspberry.

Questo nuovo modulo monta una videocamera  Sony IMX219 da 8-megapixel che è andata a sostituire la OmniVision OC5647 da 5-megapixel presente sul modello precedente.

Articolo suggerito:

piCamera 8Mp

Installare la PiCamera

La PiCamera essendo un modulo progettato per essere utilizzato su Raspberry ha una sua porta dedicata sulla scheda. Quindi inserite, a Pi spento (mi raccomando), il flat cable facendo attenzione che il lato blu sia rivolto verso la porta Ethernet. Una volta connessa la WebCam accendete il Raspberry Pi.

Accendete la scheda. Una volta che il sistema Raspbian si sarà attivato, collegatevi ad una sessione al terminale e immettete il comando per la configurazione.

$ sudo raspi-config

Nel menu che appare, selezionate la voce Enable Camera, e successivamente selezionate Enable. Selezionate Finish e poi premete Yes per il reboot.

Attendete il riavvio della scheda. Poi testiamo se la PiCamera funziona correttamete. Apriamo di nuovo una console di comando e immettiamo il seguente comando:

raspistill -o image.jpg

Sullo schermo dovrebbe apparire una preview di pochi secondi e poi catturare l’immagine.

Utilizzare la PiCamera con Python

Esiste un modulo in Python per utilizzare la PiCamera con il linguaggio Python: python-picamera. Questo modulo è stato sviluppato da Dave Jones ( vedi qui). Grazie a questa libreria sarà possibile scrivere dei programmi che ci permettano di scattare immagini, girare filmati per poi elaborarli successivamente. Inoltre grazie ai pin GPIO sarà possibile integrare l’uso della telecamera con sensori o interruttori

Quindi per poter programmare in Python con la PiCamera installiamo i moduli necessari:

$ sudo apt-get install python-picamera python3-picamera python-rpi.gpio

Una volta installati tutti i moduli siamo pronti per testare la nostra PiCamera con il linguaggio Python. Creiamo un nuovo file e salviamolo come get_image.py ( mi raccomando non salvatelo come picamera.py 😉 )

$ nano get_image.py

Poi per prima cosa importiamo la classe PiCamera, questa corrisponderà alla nostra WebCam su cui referenzieremo direttamente i comandi. Importiamo anche time checi servirà in seguito per la gestione dei tempi di attesa tra un comando ed il successivo.

from picamera import PiCamera
import time

Adesso possiamo mandare i comandi per l’acquisizione di un’immagine che verrà salvata sotto forma di file JPG direttamente nel file system.

camera = PiCamera() 

camera.start_preview()
time.sleep(10)
camera.capture('/home/pi/image.jpg')
camera.stop_preview()

Salvate il programma con CTRL+O e poi uscite CTRL+X. Poi eseguitelo

$ python get_image

Dovrebbe apparire il preview della WebCam, attendere 10 secondi e poi scattare l’immagine, per poi chiudersi. I secondi di attesa sono necessari per dare tempo al sensore di impostare i livelli di luce, prima di scattare una foto.

Se durante il preview dovreste ottenere una foto ribaltata, cioè sotto sopra, non c’è bisogno di ribaltare la PiCamera, ma introdurre il comando

camera.rotation = 180

prima della funzione start_preview().

Adesso che abbiamo visto che la PiCamera funziona correttamente ed è possibile utilizzarla con Python, vediamo alcune semplici operazioni che ci possono tornare utili per migliorare il nostro approccio con questa WebCam.

Scattare più foto in sequenza

Partiamo dall’esempio precedente, e modificandolo potremo ottenere una sequenza di foto. Per esempio se vogliamo scattare una sequenza di 9 foto possiamo scrivere il codice precedente inserendolo all’interno di un loop.

from picamera import PiCamera
import time

camera.start_preview()
for i in range(9):
    time.sleep(5)
    camera.capture('/home/pi/image%s.jpg' % i)
camera.stop_preview()

Dallo script precedente è facile vedere come si possa aggiungere un numero alla fine del file, per evitare che l’immagine JPG venga sovrascritta.

Adesso sarebbe interessante prendere tutte queste foto e farne un filmato! Possiamo utilizzare avconv. Se non fosse presente sul vostro raspberry è possibile installarlo con i seguenti comandi:

$ sudo apt-get install libavcodec-extra
$ sudo apt-get install libav-tools

Una volta installati i codec e avconc (all’interno di libav-tools). Possiamo cominciare a creare il video con la sequenza di immagini (stop motion video).

$ avconv -r 10 -i image%d.jpg animation.mp4

Otterete un filmato chiamato animation.mp4.

Scattare una foto premendo un pulsante

Abbiamo detto in precedenza che uno degli aspetti più interessanti dell’utilizzo della PiCamera è la possibilità di poterla gestire attraverso sensori e interruttori tramite i pin GPIO. L’esempio più semplice per avere un’idea della cosa è quella di scattare una foto alla pressione di un pulsante.

Per prima cosa sarà necessario collegare un pulsante alla scheda seguendo lo schema rappresentato qui di seguito. Quindi utilizzeremo due jumper wire e un pulsante che andremo a posizionare su una breadboard.

Una volta preparato questo semplice circuito, apriamo un file editor, come per esempio nano, e creiamo un file dove riporterai il codice seguente. Per prima cosa importiamo i moduli necessari

import time
import picamera
import Rpi.GPIO as GPIO

poi impostiamo i pin GPIO, in particolare  il PIN 17 che verrà settato come input in pull-up.

GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(17, GPIO.IN, GPIO.PUD_UP)

infine gli ultimi comandi attiveranno la WebCam, e quando il pin rivelerà un edge in caduta, provocato dalla pressione del pulsante direttamente collegato ad esso, un’immagine verrà acquisita e salvata come JPG.

camera = PiCamera()
camera.start_preview()
GPIO.wait_for_edge(17, GPIO.FALLING)
camera.capture('/home/pi/image.jpg')
camera.stop_preview()

Salva lo script in un file ed eseguilo. Un file image.jpg verrà salvato sul tuo file system, in cui ci sarà la foto scattata dalla WebCam nel momento preciso in cui hai premuto il pulsante.

Articolo suggerito:

Raspberry Pi 4 Screen 4.3′

Registrare un video

Ma la PiCamera non è in grado solo di scattare delle foto, ma di registrare dei veri e propri filmati. Quindi grazie a Python possiamo acquisire un video da visualizzare in seguito, e questa operazione è molto semplice e non si discosta molto dall’acquisizione di semplici immagini.

Apriamo un nuovo file chiamandolo get_movie.py

$ nano get_movie.py

importiamo ancora i moduli necessari per utilizzare la PiCamera. Poi definiamo la PiCamera.

from picamera import PiCamera 
import time 

camera = PiCamera()

Il codice che segue è davvero molto semplice ed intuibile.

camera.start_preview()
camera.start_recording('/home/pi/video.h264')
time.sleep(10)
camera.stop_recording()
camera.stop_preview()

Eseguite lo script

$ sudo python get_movie.py

Dopo aver eseguito questo script, avrete un nuovo file video.h264 con il video registrato nei 10 secondi. Per poterlo visualizzare potete utilizzare omxplayer.

$ omxplayer video.h264

Se omxplayer non fosse presente potete installarlo con il comando

$ sudo apt-get install omxplayer

Se per esempio volete visualizzare il video su un altro sistema operativo (Windows) è necessario convertire il formato h.264 in un formato più comune come MP4. Questo lo puoi fare con avconv, lanciando il seguendo comando:

$ avconv -i video.h264 -c:v libx264 video.mp4

Oppure potete utilizzare quest’altra applicazione chiamata GPAC, molto veloce.

$ sudo apt-get install -y gpac

E poi lanciare la conversione

$ MP4Box -fps 30 -add video.h264 video.mp4

Conclusione

Questo articolo è una breve panoramica sull’utilizzo della PiCamera, un bellissimo modulo da aggiungere alla scheda Raspberry. Nei prossimi articoli scopriremo come utilizzare la PiCamera per effettuare delle operazioni più complesse programmando in Python. Effettueremo analisi di immagini attraverso l’uso della libreria OpenVC.