曹海燕 秦文華 周崇波曲阜師范大學(xué)物理工程學(xué)院

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MATLAB環(huán)境下攝像頭的啟動(dòng)方法綜述

曹海燕 秦文華 周崇波
曲阜師范大學(xué)物理工程學(xué)院

摘要：文章簡單介紹了MATLAB軟件在圖像處理中的應(yīng)用情況，及其功能、特點(diǎn)等。根據(jù)在MATLAB環(huán)境下啟動(dòng)攝像頭的方法，對啟動(dòng)的不同方法及其獲取的圖像進(jìn)行了說明?？偨Y(jié)了在啟動(dòng)過程或是獲取圖像時(shí)容易出現(xiàn)的問題，并對問題進(jìn)行分析與解答。對于目前啟動(dòng)攝像頭獲取圖像的主要應(yīng)用進(jìn)行歸納。

關(guān)鍵字：MATLAB 啟動(dòng)攝像頭 獲取

MATLAB是由美國Mathwokrs公司發(fā)布的面向科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高技術(shù)計(jì)算語言。MATLAB經(jīng)過多年的發(fā)展與競爭，現(xiàn)已成為國際公認(rèn)的最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一。目前，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成了一系列的產(chǎn)品：MATLAB主包與各種工具箱。而且，公司針對不同領(lǐng)域的應(yīng)用，推出了信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、小波分析、魯棒控制、非線性系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)、系統(tǒng)辨識、通信等30多個(gè)具有專門功能的工具箱。正因其具有強(qiáng)大的功能，才使得其更好地運(yùn)用在圖像處理方面。MATLAB中的數(shù)字圖是以矩陣形式表示，這意味著它強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力用于圖像處理非常有利，矩陣運(yùn)算的語法對MATLAB中的數(shù)字圖像同樣適用。圖像處理操作包括讀入圖像、顯示圖像、處理圖像和存儲(chǔ)圖像等幾個(gè)部分。其中的圖像可以是數(shù)據(jù)矩陣，也可以是顏色映射表矩陣，主要包含了4 種基本的圖像類型：索引圖像、灰度圖像和二值圖像。下面介紹在MATLAB環(huán)境下對攝像頭的啟動(dòng)的圖像處理的操作。

1　MATLAB環(huán)境下攝像頭的啟動(dòng)

整個(gè)啟動(dòng)調(diào)用攝像頭的過程需要以下幾個(gè)步驟：1）查詢攝像頭的具體參數(shù)；2）創(chuàng)建視頻輸入對象；3）圖像預(yù)覽和顯示；4）獲取視頻圖像；5）圖像獲取設(shè)備的獲取和設(shè)置；6）關(guān)閉視頻對象。

1.1 啟動(dòng)攝像頭的過程

1.1.1 查詢攝像頭的具體參數(shù)

在啟動(dòng)攝像頭之前，我們需要知道使用的攝像頭的具體參數(shù)才能進(jìn)行編程。以USB 攝像頭為例，在MATLAB環(huán)境下輸入如下語句：info=imaqhwinfo，可以獲取適配器的種類：‘gentl’，matrox’，‘winvideo’；版本：‘8.0（R2012b）’；工具箱名稱：‘Image Acquisition Toolbox’ ；工具箱版本：‘4.4（R2012b）’ 。輸入如下語句：d e v _ w i n _ i n f o = w i n _ i n f o . DeviceInfo，可以獲取圖像的默認(rèn)格式，設(shè)備名稱和獲取的圖像支持格式。

1.1.2 啟動(dòng)過程步驟及MATLAB語句

（1）創(chuàng)建視頻輸入對象。在info=imaqhwinfo，可以獲取適配器的種類：‘gentl’ ，環(huán)境下啟動(dòng)攝像頭時(shí)首先要做的是將攝像頭與軟件相連接，用到的主要參數(shù)videoinput ，創(chuàng)建視頻輸入對象的語句為：obj=videoinput（adaptorname，device ID，format），其中，adaptorname為適配器名稱；deviceID 為設(shè)備ID號；format 為視頻采集格式。

（2）打開視頻預(yù)覽窗口。創(chuàng)建視頻連接，打開視頻預(yù)覽窗口，使用參數(shù)preview，其語句為：

himage=preview（obj，himage），其中，obj為視頻采集對象；himage 為視頻預(yù)覽窗口對應(yīng)的句柄。

（3）圖像獲取、顯示和保存。視頻預(yù)覽窗口提供可供查看的視頻，我們需要從視頻中得到其中一幀的圖像，并將圖片顯示與保存，其語句如下所示：frame=getsnapshot（obj）；

imshow（frame）；imwrite（frame，’M.jpg’，’jpg’）；其中，frame是矩陣。

1.2 啟動(dòng)攝像頭的基本MATLAB語句及效果圖

在MATLAB 環(huán)境下啟動(dòng)攝像頭的方法有許多種，并且根據(jù)其用途不同更有不同的方法，下面介紹三種不同的方法：1）單張圖像的獲?。?）多張圖像的連續(xù)獲?。?）多攝像頭的啟動(dòng)。

（1）單張圖像的獲取。進(jìn)行單張圖像的捕捉、顯示和保存時(shí)，首先輸入如下代碼，得到預(yù)覽下的默認(rèn)格式的攝像頭捕捉窗口：

obj=videoinput（‘winvideo’，1）；preview（obj）；

在上述代碼的基礎(chǔ)之上輸入以下代碼得到MATLAB啟動(dòng)攝像頭后獲取的照片，并將照片以文件名M進(jìn)行保存：frame=getsnapshot（obj）；frame=ycbcr2rgb（frame）；imshow（frame）；imwrite（frame，’M.jpg’，’jpg’）；

（2）多張圖像的連續(xù)獲取。在實(shí)際應(yīng)用中，我們往往需要連續(xù)拍攝多張照片，比如在進(jìn)行人臉追蹤或是馬路上安裝的攝像頭，這要求我們所要控制的攝像頭要不間斷地拍攝多張照片。此方法與單張圖像的獲取的不同之處在于，需要運(yùn)用for循環(huán)語句或是while循環(huán)語句控制拍攝的圖像張數(shù)，用定時(shí)器設(shè)定獲取圖像的時(shí)間間隔。下面介紹連續(xù)拍攝多張圖像所用到的for循環(huán)語句。for ii=1：5a=getsnapshot（vid）；

以上講述的是關(guān)于多張圖像的連續(xù)獲取程序，在進(jìn)行上述操作時(shí)，其中的for循環(huán)語句時(shí)連續(xù)獲取5張圖像的程序，可根據(jù)要求對其進(jìn)行相應(yīng)的修改獲取不同數(shù)量的圖像。

（3）多攝像頭的啟動(dòng)。在MATLAB環(huán)境下可以啟動(dòng)單攝像頭獲取多張照片，也可以同時(shí)啟動(dòng)多個(gè)攝像頭，我們以雙攝像頭為例來說明啟動(dòng)多攝像頭的過程。雙攝像頭啟動(dòng)的應(yīng)用非常廣泛，如圖像拼接、視頻拼接和雙目檢測等。啟動(dòng)雙攝像頭是PC機(jī)上的兩個(gè)攝像頭進(jìn)行同時(shí)開啟，并同時(shí)獲取圖像，其啟動(dòng)過程與啟動(dòng)單攝像頭的過程相似，首先創(chuàng)建視頻輸入對象，創(chuàng)建窗口，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)等，其不同之處在于，在進(jìn)行設(shè)置的過程中，無論是視頻輸入對象的創(chuàng)建還是各個(gè)窗口等的創(chuàng)建都是對于兩個(gè)攝像頭進(jìn)行設(shè)置，而不是一個(gè)攝像頭。并且，其中有可能碰到的問題是需要設(shè)置的兩個(gè)攝像頭，其型號是不一樣的，這就要求我們在進(jìn)行設(shè)置時(shí)要多加注意。首先在創(chuàng)建視頻輸入對象時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況（每臺(tái)筆記本或是PC機(jī)自帶的攝像頭或是使用的USB攝像頭其參數(shù)是不一樣的）設(shè)定攝像頭的格式，其主要是對參數(shù)formate進(jìn)行設(shè)置；創(chuàng)建窗口時(shí)，主要是對視頻預(yù)覽窗口的按鍵進(jìn)行設(shè)置，并且將兩個(gè)攝像頭的畫面設(shè)置在一個(gè)窗口下；對兩個(gè)攝像頭進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，其中包括兩個(gè)攝像頭的手柄、視頻的分辨率、獲取的圖像的格式和獲取圖像的時(shí)間間隔等；界面設(shè)計(jì)，主要是對視頻預(yù)覽窗口中兩個(gè)攝像頭的位置及顯示的圖像的設(shè)計(jì)，其中有一項(xiàng)是界面的平移情況，一般要求將界面移到屏幕的中心位置，其語句為：movegui（figure_handle，‘center’）。

2　問題及解決方案

在MATLAB環(huán)境下啟動(dòng)攝像頭時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，下面針對其中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析說明。

（1）MATLAB調(diào)用攝像頭獲取圖片時(shí)，其視頻窗口或是獲取的圖片顏色顯示不正常，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)紅色失真或是灰度失真等問題，這些問題都與攝像頭的參數(shù)有關(guān)，需要設(shè)置參數(shù)讓其視頻窗口顯示正常，下面介紹一種紅色失真的問題出現(xiàn)的原因及解決方法：截圖的圖片制式應(yīng)為默認(rèn)制式，有可能攝像頭的默認(rèn)制式是ycbcr制式，避免問題的出現(xiàn)可以在imshow之前加語句：frame=ycbcr2rgb（frame） ；進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

（2）一般攝像頭支持的默認(rèn)分辨率為160 120，所以在編寫MATLAB語句時(shí)，如果沒有指出視頻預(yù)覽窗口及捕獲照片的分辨率就會(huì)導(dǎo)致其分辨率不高，視頻獲取窗口很小，如圖1 所示。針對這種情況可以在寫語句時(shí)指定其分辨率，攝像頭不同，其支持的分辨率就不同，一般有160 120、640 480等幾種分辨率，可以根據(jù)需要修改語句，其matlab語句為：obj=videoinput（‘winvideo’，1，’YUY2_640 480’）。

（3）在多次運(yùn)行程序時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤，提示攝像頭已使用。這種情況說明程序停止了，但是未關(guān)閉攝像頭，應(yīng)該關(guān)閉設(shè)備，運(yùn)行語句stop 和delete，將設(shè)備停止再運(yùn)行程序。（4）攝像頭拍攝的照片格式為ycrcb格式的，要把它轉(zhuǎn)換為rgb 格式才能顯示正常。需要的語句為：a=getsnapshot（vid）；a=ycbcr2rgb（a）。

（5）在視頻窗口或是拍攝照片時(shí)會(huì)有一定的延時(shí)，其出現(xiàn)的原因及解決方法為：預(yù)覽。預(yù)覽可以解決延時(shí)問題，因?yàn)槊看握{(diào)用攝像頭需要時(shí)間。

3　應(yīng)用前景

關(guān)于MATLAB軟件及在其環(huán)境下啟動(dòng)攝像頭的情況都有很多的應(yīng)用，如：利用MATLAB調(diào)用攝像頭可直接從攝像頭實(shí)時(shí)采集圖像，進(jìn)行人臉識別；利用MATLAB調(diào)用雙攝像頭，進(jìn)行雙目檢測；利用MATLAB調(diào)用攝像頭拍照并發(fā)到郵箱；利用MATLAB調(diào)用攝像頭實(shí)現(xiàn)間隔一段時(shí)間拍攝照片并進(jìn)行保存的功能；利用MATLAB可以調(diào)用別臺(tái)電腦上的攝像頭并進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控；利用MATLAB實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集并制作視頻；利用MATLAB搭建一個(gè)家庭監(jiān)控系統(tǒng)。

4　總結(jié)

MATLAB軟件其功能強(qiáng)大，并且應(yīng)用廣泛，尤其是其在圖像處理方面的應(yīng)用。本文主要對MATLAB進(jìn)行簡單地介紹，針對MATLAB啟動(dòng)攝像頭的一些情況進(jìn)行了總結(jié)與分析，對其啟動(dòng)的方法與目前容易出現(xiàn)的問題及解決方案進(jìn)行了綜述，并總結(jié)了其主要的應(yīng)用。

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