使用libcamera函式庫操控樹莓派攝影機

libcamera是什么？它是兩個字的合寫，一是函式庫library的簡稱lib，另一是攝影機的camera（或稱影像傳感器imagesensor）。它是一套開放源代碼的函式庫，最初是Nokia為了開發Linux智慧手機而配套發展的軟件，之后Nokia取消這個開發計劃，然軟件被接續發展至今。

libcamera可以用在各種Linux相關的操作系統上，如Android、ChromeOS、Linux等，用其來設定、操控攝影機，因此也能用來操控樹莓派（Raspberry Pi）官方的攝影機模塊（Camera Module），畢竟樹莓派也是跑Linux的。

樹莓派攝影機模塊已經是第三代了，第一代是2013年推出，只有500萬畫素，之后2016年推出800萬畫素的第二代，今（2023）年則推出第三代，并把畫素拉高到1,200萬，第三代發表后第一代也就不再供貨。

如何使用

用libcamera操控攝影機是透過命令行（command line）方式達到的，例如最簡單是先打libcamera-hello（類似一般寫程序的Hello World），就可以看到5秒的鏡頭畫面預覽。

或者可以用libcamera-jpeg來要求攝影機捕捉畫面，并以 .jpg格式存檔，例如打libcamera-jpeg -o test.jpg就會把影像捕捉后輸出（Output, 參數o的由來）成一個test.jpg圖檔。類似的，libcamera-still也是捕捉靜態畫面用的命令，但比較能支持舊版的相關參數選項。

或者還有libcamera-raw指令，能運用攝影機最原生的規格來錄像，不過錄的過程中不會同步顯示預覽畫面，典型的使用方式如libcamera-raw -t 2000 -o test.raw，是指連續錄2秒鐘，并以test.raw為文件名存下錄像的內容；或者還有libcamera-detect指令，一般在Raspberry Pi OS下沒有這個指令，主要是搭配TensorFlow Lite一起使用。

在各種操作設定中，libcamera-vid可能是最為常用且好用的，vid估計是video的簡稱，libcamera-vid是用于一般錄像用的，用它來錄像可以啟動樹莓派主控芯片內的H.264硬件編碼器，可以更快速、順暢且省電的方式進行錄像。

libcamera-vid默認是使用640 x 480分辨率，但可以手動指定分辨率，例如要以Full HD分辨率錄像，命令可以下libcamera-vid –width 1920 –height 1080 -o

full_hd.h264，這樣就可以將錄像內容以full_hd.h264的文件名存下來，編碼格式為H.264。

如果還要指定每秒的錄制畫面張數（framerate），或稱畫面更新率，對岸稱為幀率，也可以加上–framerate 50，50是指每秒50張，數字可以依需要調整。

進一步的也可以調整比特率（bitrate），參數可以下–bitrate或-b都可以，例如libcamera-vid -b 1000000 –width 1920 –height 1080-o test.h264這段指令是指使用1920 x 1080分辨率錄像，比特率為1Mbps，即命令行中的數字1000000。若是把數字調高，從1000000增加到5000000、9000000等，則錄下來的畫質比較好。

除了H.264格式外其實也可以用MJPEG來錄制，命令libcamera -t 20000 –codec mjpeg -o test.mjpeg即表示錄2秒然后以test.mjpeg文件名儲存，錄像的編碼格式為MJPEG。這里要注意，單純指定檔名為 .mjpeg但卻沒有加–codec參數其實是無效的，一定要加。

不僅錄像可能還需要同步錄音，這時得幫樹莓派裝上麥克風，然后透過另外一個函式庫的協助來完成，一樣要下codec參數，命令為libcamera-vid –codec libav –libav-audio -o test.mp4，這里即呼叫了前面純錄像時沒用到的libav函式庫。

到這里可能還有個疑問：開始錄制后該如何停止嗎？很簡單，使用鍵盤組合鍵Ctrl+C即可，要恢復繼續錄就重新下一次命令?；蛘?，也可以用–timeout參數來預先設定錄像時間，最小單位為1毫秒，如果下–timeout 1000就是錄制一秒的意思。

第三代模塊參數設定

接下來要啟用第三代攝影模塊的特有功能，如自動對焦、高動態范圍等，自動對焦要使用到–lens-position（鏡頭位置）參數，參數值是焦距的倒數，類似屈光率，如果數值是10，則1/10是0.1，表示焦距位置為0.1公尺；如果數值是0.5，則1/0.5為2，表示焦距位置為2公尺，范例命令如libcamera-vid –lens-position 0.5 -o test.h264（鏡頭焦距放在2公尺位置）

樹莓派第三代攝影鏡頭的四種類型

至于要啟用高動態范圍功能，就只要下–hdr參數（即high dynamic range）即可，不需要搭配數值，例如libcamera-vid –hdr -o test.h264

要注意的是，啟用高動態范圍就無法使用鏡頭原有的最高分辨率（4608 x 2592），必須在長寬分辨率都打對折（2304 x 1296）。不過，若最后選擇用H.264格式儲存影像，由于H.264格式最高到1920 x 1080，所以開啟與不開啟的分辨率改變幾乎沒有差別。

結語

有關libcamera的參數還非常多，例如可以用串流方式輸出視訊畫面，或設定以時間為單位把原本該連續錄制的圖像文件案自動切割、編號儲存，更多參數有待創客們親自去嘗試、摸索、體驗。

審核編輯：湯梓紅