第三十六章 照相机实验
本章我们结合前面的摄像头实验，实现一个简单的照相机功能。本章分为如下几个小节：
36.1 OV5640和CAMERA模块简介
36.2 硬件设计
36.3 程序设计
36.4 下载验证
36.1 OV5640和CAMERA模块简介
关于这部分的内容前一章节已经做出了详细介绍，请读者们回顾36.1小节的内容，笔者在此不再赘述。
36.2 硬件设计
36.2.1. 例程功能
本章实验功能简介：程序下载完成，摄像头的图像数据在SPILCD显示屏上显示。
36.2.2. 硬件资源
1. XL9555
IIC_SDA-IO41
IIC_SCL-IO42
2. SPILCD
CS-IO21
SCK-IO12
SDA-IO11
DC-IO40（在P5端口，使用跳线帽将IO_SET和LCD_DC相连）
PWR- IO1_3（XL9555）
RST- IO1_2（XL9555）
3. CAMERA
OV_SCL-IO38
OV_SDA- IO 39
VSYNC- IO 47
HREF- IO 48
PCLK- IO 45
D0- IO 4
D1- IO 5
D2- IO 6
D3- IO 7
D4- IO 15
D5- IO 16
D6- IO 17
D7- IO 18
RESET-IO0_5（XL9555）
PWDN-IO0_4（XL9555）
36.2.3. 原理图
CAMERA接口与ESP32-S3的连接关系，如下图所示：
图36.2.3.1 CAMERA接口与ESP32-S3的连接电路图
36.3 程序设计
36.3.1 程序流程图
程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图：
图36.3.1.1 CAMERA_PHOTOGRAPH实验程序流程图
36.3.2 CAMERA_PHOTOGRAPH函数解析
本章实验要使用到乐鑫官方的esp32-camera驱动库，此驱动库承载ESP32系列Soc兼容的图像传感器驱动程序。此外，它还提供了一些工具，允许将捕获的帧数据转换为更常见的BMP和JPEG格式。要使用此功能，需要导入必要的头文件：
#include "esp_camera.h"
接下来，作者将介绍一些常用的ESP32-S3中的CAMERA函数，这些函数的描述及其作用如下：
1，初始化摄像头驱动
该函数用于检测并配置摄像头，其函数原型如下所示：
esp_err_t esp_camera_init(const camera_config_t *config);
该函数的形参描述，如下表所示：
表36.3.2.1 函数esp_camera_init ()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
表36.3.2.2 函数esp_camera_init ()
返回值描述该函数使用camera_config_t类型的结构体变量传入，该结构体的定义如下所示：
表36.3.2.3 camera_config_t结构体参数值描述
完成上述结构体参数配置之后，可以将结构传递给 esp_camera_init () 函数，用以实例化CAMERA。
2，获取摄像头图像传感器
该函数用于获取指向图像传感器控制结构的指针，其函数原型如下所示：
sensor_t * esp_camera_sensor_get(void);
该函数的形参描述，如下表所示：
表36.3.2.4 函数esp_camera_sensor_get ()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
表36.3.2.5 函数esp_camera_sensor_get()返回值描述
36.3.3 CAMERA_PHOTOGRAPH驱动解析
在IDF版的25_2_camera_photograph例程中，作者在25_2_camera_photograph \components\decoder_ijg路径下新增了一个JPEG库用户文件。由于，25_1_ camera实验与25_2_camera_photograph用到的驱动一样，笔者在此也不再详细赘述，请读者们回顾第三十五章节的相关内容。
36.3.4 CMakeLists.txt文件
打开本实验BSP下的CMakeLists.txt文件，其内容如下所示：
set(src_dirs
CAMERA
IIC
LCD
LED
SPI
XL9555)
set(include_dirs
CAMERA
IIC
LCD
LED
SPI
XL9555)
set(requires
driver
esp_lcd
esp32-camera)
idf_component_register(SRC_DIRS ${src_dirs}
INCLUDE_DIRS ${include_dirs} REQUIRES ${requires})
component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)
上述的红色CAMERA驱动以及esp_ camera依赖库需要由开发者自行添加，以确保CAMERA驱动能够顺利集成到构建系统中。这一步骤是必不可少的，它确保了CAMERA驱动的正确性和可用性，为后续的开发工作提供了坚实的基础。
36.3.5 实验应用代码
打开main/main.c文件，该文件定义了工程入口函数，名为app_main。该函数代码如下。main.c函数我们在之前摄像头实验的基本上进行改动，首先我们要为图片分配一个与图片文件夹下名字不重复的文件名，我们复用FATFS的接口，设计如下：
/**
* @brief 得到path路径下,目标文件的总个数
* @param path : 路径
* @retval 总有效文件数
*/
uint16_t pic_get_tnum(char *path)
{
uint8_t res;
uint16_t rval = 0;
FF_DIR tdir; /* 临时目录 */
FILINFO *tfileinfo; /* 临时文件信息 */
tfileinfo = (FILINFO *)malloc(sizeof(FILINFO)); /* 申请内存 */
res = f_opendir(&tdir, (const TCHAR *)path); /* 打开目录 */
if (res == FR_OK && tfileinfo)
{
while (1) /* 查询总的有效文件数 */
{
res = f_readdir(&tdir, tfileinfo); /* 读取目录下的一个文件 */
/* 错误了/到末尾了,退出 */
if (res != FR_OK || tfileinfo->fname[0] == 0)break;
res = exfuns_file_type(tfileinfo->fname);
if ((res & 0X0F) != 0X00) /* 取低四位,看看是不是图片文件 */
{
rval++; /* 有效文件数增加1 */
}
}
}
free(tfileinfo); /* 释放内存 */
return rval;
}
通过以上程序，可以生成一个与当前文件夹下图片不重名的文件名字符串，并传给针对应的缓冲区。
/**
* @brief task3
* @param pvParameters : 传入参数(未用到)
* @retval 无
*/
void task3(void *pvParameters)
{
pvParameters = pvParameters;
char file_name[30];
uint32_t pictureNumber = 0;
uint8_t res = 0;
size_t writelen = 0;
FIL *fftemp;
res = exfuns_init(); /* 为fatfs相关变量申请内存 */
pictureNumber = pic_get_tnum("0:/PICTURE"); /* 得到总有效文件数 */
pictureNumber = pictureNumber + 1;
while (1)
{
xSemaphoreTake(BinarySemaphore, portMAX_DELAY);/* 获取二值信号量 */
/* SD卡挂载了，才能拍照 */
if (sd_check_en == 1)
{
sprintf(file_name, "0:/PICTURE/img%ld.jpg", pictureNumber);
/* 分配内存 */
fftemp = (FIL *)malloc(sizeof(FIL));
res = f_open(fftemp,
(const TCHAR *)file_name,
FA_WRITE |
FA_CREATE_NEW); /* 尝试打开 */
if (res != FR_OK)
{
ESP_LOGE(TAG, "img open err\r\n");
}
/* 写入头数据 */
f_write(fftemp, (const void *)lcd_buf, sizeof(lcd_buf), &writelen);
if (writelen != sizeof(lcd_buf))
{
ESP_LOGE(TAG, "img Write err");
}
else
{
ESP_LOGI(TAG, "write buff len %d byte", writelen);
pictureNumber++;
}
f_close(fftemp);
free(fftemp);
}
}
}
上述代码通过任务调度的方式，实现申请内存、分配内存以及读取指定目录下的的文件的操作。
main函数代码如下：
/**
* @brief 程序入口
* @param 无
* @retval 无
*/
void app_main(void)
{
unsigned long i = 0;
unsigned long j = 0;
uint8_t key = 0;
esp_err_t ret;
ret = nvs_flash_init(); /* 初始化NVS */
if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES ||
ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
{
ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
ret = nvs_flash_init();
}
led_init(); /* 初始化LED */
i2c0_master = iic_init(I2C_NUM_0); /* 初始化IIC0 */
spi2_init(); /* 初始化SPI2 */
xl9555_init(i2c0_master); /* 初始化XL9555 */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
while (sd_spi_init()) /* 检测不到SD卡 */
{
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "SD Card Failed!", RED);
vTaskDelay(200);
lcd_fill(30, 50, 200 + 30, 50 + 16, WHITE);
vTaskDelay(200);
sd_check_en = 0;
}
sd_check_en = 1;
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "ESP32", RED);
lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "CAMERA TEST", RED);
lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
/* 初始化摄像头 */
while (camera_init())
{
lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "CAMERA Fail!", BLUE);
vTaskDelay(500);
}
rgb565 = malloc(240 * 320 * 2);
if (NULL == rgb565)
{
ESP_LOGE(TAG, "can't alloc memory for rgb565 buffer");
}
lcd_clear(BLACK);
BinarySemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
/* 创建任务3 */
xTaskCreatePinnedToCore((TaskFunction_t )task3, /* 任务函数 */
(const char* )"task3", /* 任务名称 */
(uint16_t )TASK3_STK_SIZE, /* 任务堆栈大小 */
(void* )NULL, /* 传入给任务函数的参数 */
(UBaseType_t )TASK3_PRIO, /* 任务优先级 */
(TaskHandle_t* )&Task3Task_Handler,/* 任务句柄 */
(BaseType_t ) 0); /* 该任务哪个内核运行 */
while (1)
{
key = xl9555_key_scan(0);
camera_fb_t *pic = esp_camera_fb_get();
if (pic)
{
mjpegdraw(pic->buf, pic->len, (uint8_t *)rgb565, NULL);
lcd_set_window(0, 0, 0 + pic->width - 1, 0 + pic->height - 1);
if (key == KEY0_PRES)
{
/* lcd_buf存储摄像头整一帧RGB数据 */
for (j = 0; j < pic->width * pic->height; j++)
{
lcd_buf[2 * j] = (pic->buf[2 * i]) ;
lcd_buf[2 * j + 1] = (pic->buf[2 * i + 1]);
i ++;
}
xSemaphoreGive(BinarySemaphore); /* 释放二值信号量 */
}
/* 处理SD卡释放挂载 */
if (sd_check_en == 1)
{
if (sdmmc_get_status(card) != ESP_OK)
{
sd_check_en = 0;
}
}
else
{
if (sd_spi_init() == ESP_OK)
{
if (sdmmc_get_status(card) == ESP_OK)
{
sd_check_en = 1;
}
}
}
/* 例如：96*96*2/1536 = 12;分12次发送RGB数据 */
for(j = 0; j < (pic->width * pic->height * 2 / LCD_BUF_SIZE); j++)
{
/* &lcd_buf[j * LCD_BUF_SIZE] 偏移地址发送数据 */
lcd_write_data(&rgb565[j * LCD_BUF_SIZE] , LCD_BUF_SIZE);
}
esp_camera_fb_return(pic);
}
else
{
ESP_LOGE(TAG, "Get frame failed");
}
i = 0;
pic = NULL;
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1));
}
free(rgb565);
}
该函数完成对各相关硬件的初始化，然后检测摄像头，初始化摄像头为RGB565模式，显示采集到的图像到LCD上面，实现对图像进行预览。进入主循环以后，按KEY0按键，可以实现拍照。
至此照相机实验代码编写完成。
36.4 下载验证
程序下载到开发板后，LCD显示屏不断更新摄像头输出的图像数据，如下图所示。
图36.4.1 LCD显示效果图