三、操作系统安装

一般如果上网买树莓派 Pi Zero W 餐时，通常会附一片 4GB 或 8GB SD 卡，里面已安装好原厂操作系统，开机就能使用。为了后续系统扩充及安装更新版本的 OpenCV，强烈建议一开始就先换成 16GB 记忆卡，避免从 8GB 记忆卡搬到 16GB 时，产生许多设定工作。首先，到树莓派官网下载窗口版环境最新版本的操作系统 Raspbian Stretch with DESKTOP 的 ZIP 文件。

解压缩后会得到操作系统图像文件（Image File）2017－11－29－raspbian－stretch．img

电路上的SW1 ＆ SW2可直接按键操作或者以外部触发（Strob）信号连接亦可，但请注意系统目前以3．3V为主要控制电源。因此，当外部触发信号GPIO 21（SW1）或 GPIO 26（SW2））提供 3．3V 时，相当于按键被按下。另外， LED 1 ＆ 2 可做为指示信号灯或推动闪光灯，不过由树莓派 GPIO 的输出电流很小（10～20mA），要推动大电流的灯具时，要额外接晶体管来放大驱动电流，避免把 GPIO 埠烧坏。

树莓派官网下载画面

接着，利用Win32 Disk Imager将图像文件（Image File）烧写到记忆卡中。第一步先选择要烧写的档案路径及名称；再来，选择要写入的记忆卡驱动器号；最后按下【Write】就开始刻录工作，此过程大约要半小时左右。如果记忆卡没有刻录工具可以到Win32 Disk Imager进行下载，

刻录图像文件步骤

记忆卡刻录完成后，放入 Pi Zero W 记忆卡槽就可准备送电启动。

第一次送电前注意事项

1．  以HDMI连接线连接PiZeroW和HDMI屏幕（可用有HDMI功能的电视取代），第一次启动无法以远程（无屏幕）方式进入。

2．  先不要将无线键盘鼠标的接收器插入USBOTG插孔中，启动后会进不了操作系统，导致反复的重新启动，估计是启动电流过大造成，等到进到桌面环境后再插入。

3．  接着就可送电，树莓派PiZeroW板子上有两个MicroUSB孔，靠外侧那个是＋5V 电源。原则上， PiZero W 非常省电，一般 5V 1A 的变压器就足够所需电力，一般计算机的USB 2．0插孔（500mA）也能推动。靠板子中间那个是USB OTG，切记不要搞错，以免后续外接 USB 装置无法工作。

强烈建议使用树莓派Pi Zero W，有支持无线网络功能，后续就可直接远程联机操作，不必再连接屏幕及无线键盘鼠标。进入窗口作业环境桌面后，点选右上角网络符号，启动无线网络（WIFI ON），联机到自家的无线网络，输入账号密码。为确保无线网络工作正常，可点选画面左上方地球图案，启动浏览器进行测试，可试随便连到任意一个网址（如 GOOGLE）看看是否正常。接着，将鼠标移到画面右上角无线符号处，此时会出现目前 WIFI 动态配置的 IP 位置（192．168．xxx．xxx），先记下来，等下会要用到。

系统默认是英文接口，其中有许多系统参数设定不符需求，加上特殊接口也未开启。因此，先点选画面左上角树莓图案进入主选单（／Preference／Raspberry Pi Configuration）。进入后共有四个子页面，树莓派原厂默认用户名称：pi ，密码为：raspberry，会自动登入（Auto Login）。

若不喜欢默认值，可于 System 页面下修改。后续要远程登录操作，所以屏幕分辨率可依自己需求，按下［Resolution］键进行修改。再来，切到 Interfaces 页面，将预设全改为Disable，为了让项目能顺利完成，必须将Camera、VNC及SPI致能（Enable））起来。而 Performance 页面预设拨给 GPU 128MB，这个部份可暂时不动。最后，切到 Localisation 页面，设定参数

参数设定

1．  按下［Set Local］键，将 Language设为 Zh （Chinese）或 lzh （Literay Chinese）；Country 设为 CN（China）；Character Set 设为 UTF－8。

2．  按下［SetTimeZone］键，将Area设为Asia，Location设为Beijin。

3．  按下［Keyboard］键，系统默认为英国键盘，这会导致有些符号打不出来（如＠）。因此，选择左边 United States，选择右边 English（US），键盘才能正常工作。

4．  按下［Set WiFiCountry］，将设定改为CN ，如此系统时间才会和网络同步。

最后按下［OK］键，系统会询问是否重新启动（Reboot），选择 YES 后，马上拔掉 USB OTG 上的接收器，让系统重新启动。接下来只须利用 VNC 软件远程联机操作即可。

树莓派系统参数设定

根据实测，强烈建议不要直接用 apt－get 安装 tightvncserver 到树莓派上，有部份软件（如 QT）在远程联机时会造成键盘无法正确输入文问题，建议依上一步骤说明将系统参数 VNC 设定为 Enable 即可。接下来要在桌机或笔电上安装 RealVNC 才能远程操控 Pi Zero W ，相关软件可至RealVNC网站下载，

启动 RealVNC 后，输入刚才记下的 IP（192．168．xxx．xxx），账号：pi  密码 raspberry，即可远程登录，进行所有操作。如果有习惯常的VNC 软件亦可。

四、工作环境设置

接下来可依需求安装相关软件，大部份安装都在命令模式下进行，点击画面上左上方，黑色［ ＞＿ ］的图案，就会开启一黑色窗口，进入命令（CMD）模式。请注意大部份的命令英文母大小写是被认为不同文，所以不要打错。

4．1  更新系统

虽然树莓派的操作系统可能已是最新的，但其它依赖包（函式库）就不一定，因此首先要更新树莓派，输入以下指令。

sudo apt－get update

sudo apt－get upgrade

sudo rpi－update （更新树莓派韧体，可忽略）

sudo reboot （重新启动）

4．2  测试相机

输入下列指令，测试相机是否可正常拍照，执行后应会在同一目录下产生test．jpg 的图像文件。若无法取像，则需检查相机的软扁平电缆是否正确的插在连接座上没有松脱。

raspistill －o test．jpg

4．3  安装中文输入法（选配，可不装）

这里推荐 SCIM，因为它支持的输入法包括两岸三地常见中文输入法。当然如你有习惯的其它输入法亦可安装。

sudo apt－get install scim scim－tables－zh scim－chewing

4．4  安装影音播放软件 （本项目用不到，但建议安装）

由于之后可能会透过摄像头录制影片，为方便观看影片建议可安装名开源影音播放软件 VLC。

sudo apt－get install vlc

4．5  安装 OpenCV 及编译程序必要依赖包

OpenCV 是网络上最多人使用的开源计算机视觉、图像处理工具，功能与时俱进，内容包山包海，连最新的深度学习都有，目前（Dec． 2017）已到了 3．3 版，想多了解一下可参阅官网 https：／／opencv．org／ 。为了方便大家工作，建议大家直接用编译好的 OpenCV 2．4．9 版就非常够用了，安装后包含 C， C＋＋及 Python 都可使用。为加快各位上线时间请依序执行下面指令安装 OpenCV 2．4．9 版即可，安装时间颇长，请多一些耐性。

sudo apt－get －y install build－essential cmake cmake－curses－guipkg－config

sudo apt－get －y install libgtkglext1－dev

sudo apt－get －y install libv4l－dev v4l－utils

sudo apt－get －y install libopencv－dev python－opencv

4．6 安装树莓派 GPIO 及接口驱动库

一般驱动树莓派的GPIO（包括SPI， I2C， PWM…）有很多方式，网络上提供很多免费工具包可驱动，亦可直接对位置写入，由于本项目是用 C＋＋语言完成，所以推荐采用BCM2835（树莓派Pi Zero W的主芯片名称为BCM2835）件包来驱动即可，可免去很多设定及变量使用问题。更进一步信息可参考官网。

目前（Dec． 2017）最新版本为 1．52。请依以下步骤下载、解压及安装。另外，要注意的一点，这里用的 40pin GPIO，所以用程控时要选用 RPI＿V2＿GPIO＿P1＿X （X 表示第几脚，而非 GPIO 编号）。

wget http：／／www．airspayce．com／mikem／bcm2835／bcm2835－1．52．tar．gz

tar zxvf bcm2835－1．52．tar．gz

cd bcm2835－1．52

．／configure

make

sudo make check

sudo make install

为使一开机相机就能启用且可让 OpenCV 直接驱动相机不必透过其它工具，所以要修改系统档案，其步骤如下：

cd ／etc／modules－load．d／

sudo nano modules．conf （这里使用内建文本编辑器 nano 进行编辑，亦可用其它文本编辑器）

进入后在最后一行按下 ENTER，新增一空白行，加入bcm2835－v4l2。按下［Ctrl ＋ W］（两键同时按）存档，再按［Ctrl ＋ X］离开，完成编辑工作，再输入reboot 重新启动完成所有系统环境设定。

4．7 系统备份（选配，可自由决定）

作到这里已大致完成系统环境建置，建议可再利用Win32 Disk Imager将系统备份。首先将 Pi Zero W 关机，抽出目前已正常工作的记忆卡，放入桌机或笔记本电脑记忆卡槽，启动 Win32 Disk Imager，指定存盘之路径及文件名，选择欲备份的记忆卡驱动器号，按下［Read］，耐心等待进度条到 100％，就完成备份。

五、开源迷你相机 OpenQCam 系统开发

接下来要开始说明如何进行程序开发。本项目是采 C＋＋语言，原则上只须文本编辑器（可用内建 nano 或其它习惯编辑器）即可，不需窗口也不需要 IDE 环境就可独立完成。若不习惯传统文本编辑器的人，亦可在窗口环境点选文件名，按鼠标右键，启用 Text Editor（类似 Windows 上的工具软件－［笔记本］），即可进行编辑。另外，在Linux上知名的窗口开发整合环境软件QT，经测试在Pi Zero W上执行非常卡，且和 OpenCV 有些许不兼容，若想使用其它 IDE 亦可。

本项目目前仅支持 TFT LCD 320＊240 像素（一般正常是直式显示，目前默认用程序转成横式显示），ILI9341 驱动 IC 之 SPI 接口，此类 LCD 在网络上为主流产品很容易买到。程序中有提供显示直式接口的函式，可自行修改。有其它显示规格需求请上网查阅驱动 IC 数据手册自行修改，但请注意改错参数有可能造成 LCD 损坏。

工作前，建议先建立一个 Project 目录，再将本项目所有档案下载该目录下。接着，执行本项目已预建编译指令批处理文件 go．sh 进行编译，等待约 30 秒后即可完成，产生执行档 camera，由于 BCM2835 须要较高权限，所以执行时要加上 sudo，完整操作如下所示。

sudo ．／go．sh （编译程序）

sudo ．／camera （执行程序）

执行后，摄像头会自动取像并降低影像分辨率，从五百万像素降至QVGA （320＊ 240 像素），LCD 上会同步显示取像内容，在 LCD 左上角会显示目前速度（取像加显示），单位是 FPS（每秒帧数），正常状况约有 15 ～ 18 FPS。当按下 SW1 时红灯会亮，模拟快门按下后闪光灯会亮，画面涷结 1 秒并自动存档。按下 SW2 时绿灯会亮，并结束程序。

本项目是做为后续利用 OpenCV 进行影像辨识的很好入门平台，程序的相关批注详见各程序原始码。

作者：Jack Hsu

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