使用 C/C++ 和 OpenCV 調用攝像頭

使用 C/C++ 和 OpenCV 調用攝像頭 📸

OpenCV 是一個強大的計算機視覺庫，它使得從攝像頭捕獲和處理視頻流變得非常簡單。本文將指導你如何使用 C/C++ 和 OpenCV 來調用攝像頭、讀取視頻幀并進行顯示。

準備工作

在開始之前，請確保你已經正確安裝了 OpenCV 庫，并且你的開發環境（如 Visual Studio, Code::Blocks, CLion, 或者使用 CMake/GCC 的命令行環境）已經配置好可以鏈接 OpenCV 庫。

你需要包含以下頭文件：

#include <opencv2/opencv.hpp> // 包含 OpenCV 的核心功能和高級 GUI (highgui)
#include <iostream>          // 用于標準輸入輸出

1. 打開攝像頭

要從攝像頭捕獲視頻，我們首先需要創建一個 cv::VideoCapture 對象。它的構造函數可以接受一個整數作為參數，該整數表示攝像頭的索引。通常，0 代表系統默認的內置攝像頭，1 代表第一個外部攝像頭，以此類推。

cv::VideoCapture cap; // 創建一個 VideoCapture 對象int cameraIndex = 0; // 通常 0 是默認攝像頭
cap.open(cameraIndex); // 或者直接 cv::VideoCapture cap(0);// 檢查攝像頭是否成功打開
if (!cap.isOpened()) {std::cerr << "錯誤: 無法打開攝像頭 " << cameraIndex << std::endl;return -1; // 或者進行其他錯誤處理
}

提示：

你也可以傳遞一個視頻文件的路徑字符串給 cv::VideoCapture 的構造函數或 open() 方法來讀取視頻文件。
如果有多個攝像頭，你可以嘗試不同的索引（0, 1, 2, …）直到找到你想要的攝像頭。

2. 讀取視頻幀

一旦攝像頭成功打開，我們就可以在一個循環中逐幀讀取視頻。cv::VideoCapture::read() 方法或重載的 >> 運算符可以用來獲取新的幀。

read() 方法會返回一個布爾值，表示是否成功讀取到一幀。讀取到的幀會存儲在一個 cv::Mat 對象中。

cv::Mat frame; // 創建一個 Mat 對象來存儲每一幀while (true) {bool success = cap.read(frame); // 讀取新的一幀// 或者 cap >> frame;if (!success || frame.empty()) {std::cerr << "錯誤: 無法從攝像頭讀取幀" << std::endl;break; // 如果讀取失敗或幀為空，則退出循環}// 在這里可以對 'frame' 進行處理，例如：// cv::cvtColor(frame, grayFrame, cv::COLOR_BGR2GRAY); // 轉換為灰度圖// cv::GaussianBlur(frame, blurredFrame, cv::Size(5, 5), 0); // 高斯模糊// ... (接下來的步驟：顯示幀)
}

3. 顯示視頻幀

OpenCV 的 highgui 模塊提供了顯示圖像和視頻的功能。我們可以使用 cv::imshow() 函數來顯示捕獲到的幀。通常還需要配合 cv::waitKey() 來控制幀的顯示時間和處理用戶輸入。

    // ... (在讀取幀的循環內部)cv::imshow("攝像頭畫面", frame); // 在名為 "攝像頭畫面" 的窗口中顯示幀// 等待按鍵，延遲 1 毫秒。// 如果按下 'ESC'鍵 (ASCII 值為 27)，則退出循環// waitKey 返回按下鍵的 ASCII 值，如果沒有按鍵則返回 -1int key = cv::waitKey(1);if (key == 27) { // ESC 鍵std::cout << "ESC鍵被按下，正在關閉..." << std::endl;break;} else if (key != -1) {// 可以添加其他按鍵的邏輯// std::cout << "按鍵: " << key << std::endl;}

cv::waitKey(delay) 函數會等待指定的 delay 毫秒數。

如果 delay 為 0 或負數，它會無限期等待直到有按鍵按下。
如果 delay 為正數，它會等待 delay 毫秒。如果在等待期間有按鍵按下，函數會返回按鍵的 ASCII 值；否則返回 -1。
對于視頻流，通常使用一個較小的值（如 1 或 30）來確保視頻流暢播放，并允許程序響應按鍵事件。

4. 釋放資源

當不再需要攝像頭或程序即將退出時，務必釋放 cv::VideoCapture 對象，并銷毀所有創建的窗口。

// ... (在主函數末尾或退出前)cap.release(); // 釋放 VideoCapture 對象
cv::destroyAllWindows(); //銷毀所有由 OpenCV 創建的窗口

雖然 cv::VideoCapture 對象在析構時會自動釋放攝像頭，但顯式調用 release() 是一個好習慣。

5. 獲取和設置攝像頭屬性 (可選)

cv::VideoCapture 對象還允許你獲取和設置攝像頭的一些屬性，例如幀的寬度、高度、FPS（每秒幀數）等。這些屬性由 cv::CAP_PROP_* 枚舉定義。

獲取屬性: cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH)
設置屬性: cap.set(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH, newValue)

// 獲取攝像頭默認的幀寬度和高度
double frameWidth = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH);
double frameHeight = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT);
double fps = cap.get(cv::CAP_PROP_FPS);std::cout << "默認寬度: " << frameWidth << std::endl;
std::cout << "默認高度: " << frameHeight << std::endl;
std::cout << "默認FPS: " << fps << std::endl;// 嘗試設置新的寬度和高度 (攝像頭可能不支持所有值)
// bool setWidthSuccess = cap.set(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 1280);
// bool setHeightSuccess = cap.set(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 720);
// if (setWidthSuccess && setHeightSuccess) {
//     std::cout << "成功設置分辨率為 1280x720" << std::endl;
// } else {
//     std::cout << "警告: 未能成功設置期望的分辨率" << std::endl;
//     // 再次獲取實際生效的寬度和高度
//     frameWidth = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH);
//     frameHeight = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT);
//     std::cout << "當前寬度: " << frameWidth << std::endl;
//     std::cout << "當前高度: " << frameHeight << std::endl;
// }

注意: 并非所有攝像頭都支持通過 set() 方法修改所有屬性，或者可能只支持特定的預設值。設置后最好再次 get() 以確認實際生效的值。

完整示例代碼

下面是一個將以上所有步驟整合在一起的完整示例：

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>int main() {// 1. 打開攝像頭cv::VideoCapture cap;int cameraIndex = 0; // 嘗試不同的索引，如果默認攝像頭不工作cap.open(cameraIndex);// 檢查攝像頭是否成功打開if (!cap.isOpened()) {std::cerr << "錯誤: 無法打開攝像頭 " << cameraIndex << std::endl;// 嘗試下一個攝像頭索引，如果需要// cameraIndex = 1;// cap.open(cameraIndex);// if (!cap.isOpened()) {//     std::cerr << "錯誤: 仍然無法打開攝像頭 " << cameraIndex << std::endl;//     return -1;// }return -1;}std::cout << "攝像頭 " << cameraIndex << " 已成功打開." << std::endl;// (可選) 獲取和打印攝像頭屬性double frameWidth = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH);double frameHeight = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT);double fps = cap.get(cv::CAP_PROP_FPS);std::cout << "幀寬度: " << frameWidth << std::endl;std::cout << "幀高度: " << frameHeight << std::endl;std::cout << "FPS: " << fps << std::endl; // 注意：FPS 可能不準確或不被所有攝像頭支持cv::Mat frame; // 用于存儲每一幀std::string windowName = "攝像頭畫面 - 按 ESC 退出";cv::namedWindow(windowName, cv::WINDOW_AUTOSIZE); // 創建一個窗口// 2. 讀取并顯示視頻幀while (true) {bool success = cap.read(frame); // 或者 cap >> frame;if (!success || frame.empty()) {std::cerr << "錯誤: 無法從攝像頭讀取幀或視頻已結束" << std::endl;break;}// 在這里可以對 'frame' 進行圖像處理// 例如：顯示幀號或時間戳// cv::putText(frame, "Frame: " + std::to_string(cap.get(cv::CAP_PROP_POS_FRAMES)),//             cv::Point(10, 30), cv::FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, cv::Scalar(0, 255, 0), 2);// 3. 顯示幀cv::imshow(windowName, frame);// 等待按鍵，延遲 (1000/FPS) ms 以大致匹配視頻幀率，或者簡單用 1-30ms// 如果 fps > 0, 使用 int delay = 1000.0 / fps; 否則使用一個默認值int delay = (fps > 0) ? static_cast<int>(1000.0 / fps) : 30;if (delay <= 0) delay = 30; // 防止 delay 為0或負數導致無限等待int key = cv::waitKey(delay); // 等待約 30ms，或根據FPS計算if (key == 27) { // ESC 鍵的 ASCII 值std::cout << "ESC鍵被按下，正在關閉..." << std::endl;break;} else if (key == 's' || key == 'S') { // 示例：按 's' 保存當前幀std::string filename = "captured_frame.png";cv::imwrite(filename, frame);std::cout << "當前幀已保存為 " << filename << std::endl;}}// 4. 釋放資源cap.release();cv::destroyAllWindows();return 0;
}

編譯和運行 (以 g++ 為例):

假設你的 OpenCV 安裝在標準路徑，并且你已經設置了 pkg-config：

g++ your_code.cpp -o camera_app `pkg-config --cflags --libs opencv4`
./camera_app

如果未使用 pkg-config，你可能需要手動指定包含目錄和庫文件：

g++ your_code.cpp -o camera_app -I/path/to/opencv/include -L/path/to/opencv/lib -lopencv_core -lopencv_highgui -lopencv_videoio -lopencv_imgproc
./camera_app

(具體的庫名稱可能因 OpenCV 版本和模塊而略有不同，如 opencv_videoio 是處理視頻 I/O 的關鍵庫)。

常見問題與調試技巧

無法打開攝像頭:
- 確保攝像頭已連接并且驅動程序已正確安裝。
- 檢查是否有其他應用程序正在使用該攝像頭。
- 嘗試不同的 cameraIndex (0, 1, 2, …)。
- 在 Linux 上，檢查 /dev/video* 設備文件是否存在以及你是否有權限訪問它們。
視頻流卡頓或延遲:
- 確保 cv::waitKey() 的延遲參數設置合理。太小的值可能導致 CPU 占用過高，太大的值則導致卡頓。
- 圖像處理步驟如果過于復雜，會增加每幀的處理時間。
窗口不顯示或一閃而過:
- 確保在主循環之后調用 cv::destroyAllWindows()，并且 cv::waitKey() 在循環內部被正確調用以刷新窗口事件。
幀為空 (frame.empty() 為 true):
- 這可能發生在視頻文件結束，或者攝像頭出現問題時。