可触发拍照“电子眼”作品的升级实现

谢作如 浙江省温州中学

2015年，笔者在本栏目写过一篇题为《可触发拍照的“电子眼”》的文章，用Arduino结合Processing的形式，制作了一个简单的可触发拍照作品，模拟现在智慧城市中随处可见的“电子眼”功能。现在回头去看，虽然Arduino在中小学的应用已经比较常见，但Processing并没有得到普及。而且笔者设计的作品原型最大的缺点是难以部署——总不能搬一台计算机去充当“电子眼”吧？

当笔者再次审视过去的创客作品时，不得不为光阴流逝和技术变迁而感慨。当年为实现一些创意，满世界苦苦寻找低门槛的编程工具。现如今，那些创意作品大都能用现有的工具快速实现。以“电子眼”作品为例，借助行空板和OpenCV、pinpong库，寥寥几行代码就能实现这些功能（如图1）。

图1 2015年的“电子眼”原型作品界面和照片

●“电子眼”作品的工作流程分析

“电子眼”的核心功能是触发拍照，其工作原理如图2所示。当时笔者选择了红外热释电传感器、开源硬件（Arduino）、普通电脑和摄像头，软件则使用Processing。

图2 “电子眼”触发拍照的工作原理

红外热释电传感器（如下页图3）是能检测人或动物身体发射的红外线而输出电信号的传感器，输出开关信号，可以应用于各种需要检测运动人体的场合。在淘宝上，这种传感器的价格在20～50元之间。

图3 红外热释电传感器

实际上，除了红外热释电传感器外，还可以选择其他类似的传感器（如右表），如微波位移传感器、红外测障传感器等。当然，如果要实现比较复杂的条件判断，可能需要更多的传感器组合。

可选传感器列表

●用行空板实现“电子眼”的优势分析

行空板是一款为中小学Python编程而设计的开源硬件。行空板很小，尺寸略大于一张普通的明信片，但是性能却不弱：4核1.2G国产CPU、512M内存和16G固态硬盘，自带了Wi-Fi和蓝牙。行空板运行Linux操作系统，支持免驱摄像头、声卡等常见的外设，并预装了一些与编程学习和创客造物息息相关的编程工具。例如，OpenCV是一个开源的跨平台计算机视觉和机器学习软件库，比Processing更适合编写与摄像头相关的程序。

行空板还内置了单片机，相当于在普通的Linux电脑上接一块类似Arduino和掌控板的开源硬件。那么，借助pinpong库编写与传感器交互的摄像头程序，类似于用Mind+编写“实时模式”的代码，非常方便。

行空板虽然是一块配置了可触摸屏幕的智能终端，但并没有提供接键盘鼠标进行编程的模式。因为我们总是习惯于在自己的电脑上调试代码，然后“部署”（上传）到智能终端上。从这一点看，行空板提供的多种连接电脑方式尤其可圈可点：①用USB方式，模拟出一块网卡；②用Wi-Fi模式，和电脑连接同一个局域网；③用热点模式，让行空板作为一个无线路由器。

除了自带的Jupyter和Mind+，行空板还可以使用Thonny作为IDE工具，调试代码非常方便。因为连接开源硬件采用了pinpong库，所以只要在电脑上接一块开源硬件和摄像头，“电子眼”的代码就可以在任何电脑上开发调试，等测试正常后再部署到行空板上（如图4）。

图4 用Thonny给行空板编写程序

●可触发拍照“电子眼”作品的编程

根据“电子眼”的工作原理图，笔者将代码分解为拍照保存和传感器触发两个部分，逐一讲解。

参考代码1：打开摄像头，拍照并且保存

用OepnCV驱动摄像头拍照仅几行代码就可以实现。考虑到有些摄像头启动慢，代码中增加了等待0.5秒时间，避免拍摄的照片是黑屏，代码如上页图5所示。

图5 参考代码1

参考代码2：读取行空板传感器状态

行空板内置的按钮A和B，连接的是板载单片机的27、28引脚。图6所示的代码能够输出按钮A的状态。默认情况是1，按下是0。

图6 参考代码2

参考代码3：“电子眼”的最简代码

为了避免保存的图片文件被覆盖，代码中每拍一张照片就将图片编号加上1。一般来说，正式产品一般会采用“时间+编号”的方式来命名。

红外热释电传感器和按钮一样，都属于开关量传感器，所以代码只需要根据接口编写做一下修改即可，在如图7所示的代码中，传感器接在21口。

图7 参考代码3

●程序运行效果测试和优化

笔者将红外热释电传感器接在行空板的21口（背面的接口），接上一个普通的摄像头后测试，运行正常：当有人在传感器前活动的，就能自动保存摄像头照片（如图8、图9）。

图8 选择要运行的程序

图9 运行界面

需要说明的是，行空板有一个默认禁用的“开机自启”功能（如图10）。打开之后板子开机时会自动运行上一次关机前运行的程序。这样一来，只要插上电源，这个“电子眼”程序就能够一直运行下去。如果找一个盒子包装一下，这个“电子眼”作品和正式购买的安防产品功能上一样稳定，能够长时间使用。笔者将这个作品部署在学校的人工智能实验室，作为暑假的安防管理，当拍到有人活动的照片后（因为暑假实验室不开放），还会同时给笔者发一封邮件。

图10 行空板的“开机自启”功能设置

●结语

笔者曾在本刊2020年的专题《用Python驱动开源硬件》中，请上海蘑菇云的创客写了一篇文章，将之前用Processing完成的创客作品用Python“再造”了一次。在创客文化中，“再造”是被鼓励的一种学习方式。我们在不断快速前进的同时，不妨也回头看看，当年难以解决的一些问题或者门槛较高的技术方案，是否已经有了新的工具和新的解决方案？在接下来的专栏文章中，笔者将继续整理这方面的内容，敬请关注。