4. 数据采集

任务目标

本案例实现车载摄像头视频流采集，完成从摄像头设备读取帧数据、解码并保存为图像文件的全过程。采集结果将作为后续AI模型推理的数据来源，因此需要保证帧率稳定且图像格式统一。

环境与依赖

• 硬件：USB摄像头或CSI接口摄像头（本案例以V4L2接口为例）
• 操作系统：Linux（Ubuntu 20.04+）
• 依赖库：OpenCV（≥4.2）、V4L2内核驱动
• 安装命令：sudo apt install libopencv-dev v4l-utils

核心实现

以下代码实现从摄像头采集视频流，逐帧读取并保存为JPEG图像。代码包含设备初始化、帧采集循环、异常退出处理和资源释放，可直接编译运行。

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <ctime>
#include <sys/stat.h>

int main() {
    // 打开摄像头设备（0为默认摄像头，可改为/dev/video1等）
    cv::VideoCapture cap(0);
    if (!cap.isOpened()) {
        std::cerr << "错误：无法打开摄像头设备" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 设置采集参数：分辨率1280x720，帧率30fps
    cap.set(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 1280);
    cap.set(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 720);
    cap.set(cv::CAP_PROP_FPS, 30);

    // 创建保存目录
    mkdir("captured_frames", 0777);

    cv::Mat frame;
    int frame_count = 0;
    const int MAX_FRAMES = 100;  // 采集100帧后自动停止

    std::cout << "开始采集，共采集 " << MAX_FRAMES << " 帧..." << std::endl;

    while (frame_count < MAX_FRAMES) {
        // 读取一帧
        cap >> frame;
        if (frame.empty()) {
            std::cerr << "警告：读取空帧，跳过" << std::endl;
            continue;
        }

        // 生成带时间戳的文件名
        char filename[128];
        time_t now = time(nullptr);
        struct tm *tm_info = localtime(&now);
        strftime(filename, sizeof(filename), 
                 "captured_frames/frame_%Y%m%d_%H%M%S_%03d.jpg", tm_info, frame_count);

        // 保存为JPEG（质量95）
        std::vector<int> params = {cv::IMWRITE_JPEG_QUALITY, 95};
        bool saved = cv::imwrite(filename, frame, params);
        if (!saved) {
            std::cerr << "错误：保存图像失败 " << filename << std::endl;
            break;
        }

        frame_count++;
        if (frame_count % 10 == 0) {
            std::cout << "已采集 " << frame_count << " 帧" << std::endl;
        }
    }

    cap.release();
    std::cout << "采集完成，共保存 " << frame_count << " 帧图像到 captured_frames/ 目录" << std::endl;
    return 0;
}

编译与运行

# 编译
g++ -o frame_capture frame_capture.cpp $(pkg-config --cflags --libs opencv4)

# 运行（需要摄像头权限）
./frame_capture

验证方法

1. 运行程序后，终端输出“开始采集”提示，每10帧打印一次进度；
2. 程序结束后，检查当前目录下是否生成captured_frames/文件夹；
3. 进入文件夹执行 ls | wc -l，确认文件数量为100；
4. 随机打开一张图片（如 eog frame_*.jpg），确认图像内容清晰、无花屏或绿屏；
5. 使用 file frame_*.jpg | head -1 检查文件格式，应显示 JPEG image data。

常见问题

• 摄像头无法打开：检查设备节点 ls /dev/video*，若权限不足执行 sudo usermod -a -G video $USER 后重新登录；
• 图像全黑或花屏：尝试降低分辨率至640x480，或检查摄像头是否被其他进程占用（sudo fuser /dev/video0）；
• 帧率不稳定：USB摄像头受带宽限制，可关闭自动曝光（v4l2-ctl -c exposure_auto=1）提升稳定性。