第3章 · OpenCV入门

3.1 安装 OpenCV (Python)

OpenCV (Open Source Computer Vision Library) 是计算机视觉领域最流行的库之一。在 Python 环境中，推荐使用 pip 安装核心包 opencv-python 以及扩展包 opencv-contrib-python（包含额外模块）。

# 推荐在虚拟环境中安装
pip install opencv-python==4.9.0.80
pip install opencv-contrib-python==4.9.0.80  # 可选，包含额外模块

安装完成后，在 Python 中验证：

import cv2
print(cv2.__version__)  # 输出类似 4.9.0

3.2 读取摄像头

使用 cv2.VideoCapture() 打开摄像头设备，参数 0 表示默认摄像头。通过 .read() 方法逐帧捕获。

import cv2

cap = cv2.VideoCapture(0)          # 打开默认摄像头
if not cap.isOpened():
    print("无法打开摄像头")
    exit()

while True:
    ret, frame = cap.read()        # 读取一帧
    if not ret:
        break
    cv2.imshow('Camera', frame)    # 显示帧
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

关键点： ret 布尔值表示是否成功读取；frame 是三维 numpy 数组 (H, W, 3)。

3.3 显示视频帧 & 控制循环

cv2.imshow() 创建窗口显示图像，配合 cv2.waitKey() 实现刷新和按键检测。典型帧率约 30 FPS。

# 显示视频帧的标准循环
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        print("无法获取帧，退出")
        break
    cv2.imshow('实时画面', frame)
    # 按 'q' 键退出
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

3.4 保存图像 (截图)

使用 cv2.imwrite() 将当前帧保存为图片文件。支持 PNG、JPG 等格式。

# 在循环中按 's' 保存当前帧
if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('s'):
    cv2.imwrite('capture.jpg', frame)
    print("图像已保存为 capture.jpg")

提示： 保存路径支持相对/路径；cv2.imwrite 返回布尔值表示是否成功。

3.5 综合实战：摄像头预览 + 截图

将以上知识点整合为一个完整的脚本：打开摄像头、实时显示、按 s 保存截图、按 q 退出。

import cv2

cap = cv2.VideoCapture(0)
if not cap.isOpened():
    print("摄像头打开失败")
    exit()

print("按 's' 保存截图，按 'q' 退出")

while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    cv2.imshow('Live Camera', frame)
    key = cv2.waitKey(1) & 0xFF
    if key == ord('q'):
        break
    elif key == ord('s'):
        filename = 'snapshot.jpg'
        cv2.imwrite(filename, frame)
        print(f"截图已保存: {filename}")

cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

至此，您已掌握 OpenCV 最核心的 I/O 操作：安装、读取摄像头、显示视频帧、保存图像。下一章将深入亮度与曝光控制。