近年來，隨著計算機、網絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發展，攝像頭在工業控制領域的應用也越來越廣泛了，目前市面上的攝像頭可以分為兩類，一種是符合UVC規范的攝像頭，比如羅技的攝像頭就是UVC攝像頭。另一種是non-UVC攝像頭，即不符合UVC規范。UVC全稱為：USB video class （USB視頻類）在Linux-2.6.4及以上的版本都已經集成了UCV設備的驅動，而non-UVC攝像頭如果要使用，就需要硬件廠商提供專用的驅動。比如中星微的攝像頭就是non-UVC設備，需要專用的驅動。

1、Linux內核配置

本文以英創嵌入式板卡EM335x 為例來介紹對于USB攝像頭的支持，EM335x內核版本為Linux-3.12.10，USB攝像頭選用中星微的ZC301攝像頭，該攝像頭以其高性價比得以廣泛應用，同時在Linux內核中已經包括了對于ZC3XX系列攝像頭的驅動支持。

內核配置如下：
<*> Multimedia support --->
[*] Cameras/video grabbers support
[*] Media USB Adapters --->
<*> USB Video Class (UVC)
[*] UVC input events device support
<*> GSPCA based webcams --->
ZC3XX USB Camera Driver

編譯成功后，即可得到zc3xx系列USB攝像頭驅動文件：gspca_zc3xx.ko。

在EM335x板卡上，該文件放置在根文件系統/lib/modules/3.12.10/目錄下。應用時只需調用以下命令，即可完成對于USB攝像頭的驅動加載。

insmod /lib/modules/3.12.10/gspca_zc3xx.ko

驅動加載成功后，會自動生成設備節點：“/dev/video0'，應用程序可以操作該設備節點對攝像頭進行圖像的采集和控制。因為中星微的攝像頭為non-UVC設備，所以需要再加專用的gspca_zc3xx.ko，如果是其他的UVC攝像頭，內核中已經集成了驅動，插上后就可以識別出來，不用再加載其他驅動。

2、Qt攝像頭應用程序簡介

UVC和non-UVC攝像頭都是用了V4L2驅動提供的API來操作攝像頭。Video for Linux two簡稱V4L2，是V4L的改進版。V4L2是Linux操作系統下用于采集圖片、視頻和音頻數據的API接口，配合適當的視頻采集設備和相應的驅動程序，可以實現圖片、視頻、音頻等的采集。在視頻監控系統和嵌入式多媒體終端中都有廣泛的應用。V4L2支持兩種方式來采集圖像：內存映射方式(mmap)和直接讀取方式(read)。在這里我們使用內存映射的方式來進行視頻采集。應用程序通過V4L2接口采集視頻數據可以分為五個步驟：

①打開視頻設備文件，進行視頻采集的參數初始化，通過V4L2接口設置視頻圖像的采集窗口、采集的點陣大小和格式；
②申請若干視頻采集的幀緩沖區，并將這些幀緩沖區從內核空間映射到用戶空間，便于應用程序讀取/處理視頻數據；
③將申請到的幀緩沖區在視頻采集輸入隊列排隊，并啟動視頻采集；
④驅動開始視頻數據的采集，應用程序從視頻采集輸出隊列取出幀緩沖區，處理完后，將幀緩沖區重新放入視頻采集輸入隊列，循環往復采集連續的視頻數據；
⑤停止視頻采集。

可以參考下圖：

可以看到每一個步驟都是通過ioctl這個接口去設置一些參數來實現的, 啟動視頻采集后，驅動程序開始采集數據，并把采集的數據放入視頻采集輸入隊列的第一個幀緩沖區，當一幀數據采集完成，也就是第一個幀緩沖區存滿數據以后，驅動程序將這一個緩沖區移至視頻采集輸出隊列，等待應用程序取出。驅動程序接下來繼續采集下一幀數據，并放入第二個幀緩沖區，同樣幀緩沖區存滿數據后，被放入視頻采集輸出隊列。

應用程序從視頻采集輸出隊列中取出含有視頻數據的幀緩沖區，處理幀緩沖區中的視頻數據，如存儲或壓縮。如果需要連續采集，應用程序需要將處理完數據的幀緩沖區重新放入視頻采集輸入隊列，如圖所示。

接下來結合程序來具體看一看通過V4L2接口來操作攝像頭的一些重要的步驟：

打開設備文件：
int fd;
fd=open('/dev/video0',O_RDWR);

獲取設備的基本信息,包括驅動版本號,設備支持操作等：
struct v4l2_capability cap;
ret=ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);
if(ret<0)
{
printf('failture VIDIOC_QUERYCAP ');
return -1;
}
printf('DriverName:%s Card Name:%s Bus info:%s DriverVersion:%u.%u.%u ',cap.driver,cap.card,cap.bus_info,(cap.version>>16)&0xFF,(cap.version>>8)&0xFF,cap.version&0xFF);

顯示所支持的格式：
memset(&fmtdesc, 0, sizeof(fmtdesc));
fmtdesc.index = 0;
//數據流類型，必須永遠是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
fmtdesc.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1)
{
printf('/t%d.%s/n',fmtdesc.index+1,fmtdesc.description);
fmtdesc.index++;
}

設置視頻的制式和幀格式，制式包括PAL，NTSC，幀的格式個包括寬度和高度等：
struct v4l2_format fmt;
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;//數據流類型，必須永遠是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
fmt.fmt.pix.width = 640;//寬，必須是16的倍數
fmt.fmt.pix.height = 480;//高，必須是16的倍數
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_JPEG;//視頻數據存儲類型//V4L2_PIX_FMT_YUYV;//V4L2_PIX_FMT_YVU420;//V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
//設置當前驅動的頻捕獲格式
ret = ioctl (fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
if(ret<0)
{
printf('failture VIDIOC_S_FMT ');
return -1;
}

向驅動申請幀緩沖，一般不超過五個：
struct v4l2_requestbuffers req;
req.count=1;
req.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
req.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
//申請幀緩沖
ret=ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req);
if(ret<0)
{
printf('failture VIDIOC_REQBUFS ');
return -1;
}
if (req.count < 1)
{
printf('Insufficient buffer memory ');
return -1;
}

將申請到的幀緩沖映射到用戶空間，這樣就能夠直接操作幀緩沖了：
buffers =(buffer*)calloc (req.count, sizeof (*buffers));
if (!buffers) {
fprintf (stderr,'Out of memory/n');
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (n_buffers = 0; n_buffers < req.count; ++n_buffers)
{
struct v4l2_buffer buf;
memset(&buf,0,sizeof(buf));
buf.type =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory =V4L2_MEMORY_MMAP;
buf.index =n_buffers;
//查詢序號為n_buffers 的緩沖區，得到其起始物理地址和大小
if (-1 == ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf))
{
printf('failture VIDIOC_QUERYBUF ');
return -1;
}
buffers[n_buffers].length= buf.length;
//映射內存
buffers[n_buffers].start=mmap (NULL,buf.length,PROT_READ | PROT_WRITE ,MAP_SHARED,fd, buf.m.offset);
if (MAP_FAILED == buffers[n_buffers].start)
{
printf('failture mmap ');
return -1;
}
}

將申請到的幀緩沖全部入隊列，以便存放采集到的數據：
for (i = 0; i< req.count; ++i)
{
struct v4l2_buffer buffer;
buffer.type =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buffer.memory =V4L2_MEMORY_MMAP;
buffer.index = i;
//將緩沖幀放入隊列尾
ioctl (fd,VIDIOC_QBUF, &buffer);
}

開始視頻的采集：
type =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ioctl (fd,VIDIOC_STREAMON, &type);

取出隊列中以取得采集數據的幀緩沖，獲得原始采集數據，因為這個攝像頭支持的格式為JPG，所以程序中將原始數據保存在新建的一個*.jpg文件中：
struct v4l2_buffer camera_buf;
CLEAR (camera_buf);
camera_buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
camera_buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
//取出一個緩沖幀
i1 = ioctl (fd, VIDIOC_DQBUF, &camera_buf);
if(i1<0)
{
printf('failture ');
return -1;
}
fwrite(buffers[camera_buf.index].start, buffers[camera_buf.index].length, 1, file_fd);//將其寫入文件中

將緩沖幀重新入隊列尾,這樣可以循環采集：
//將緩沖重新入隊列尾
i1=ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &camera_buf);
if(i1<0)
{
printf('failture VIDIOC_QBUF ');
return -1;
}

如果需要關閉攝像頭，先停止視屏采集，釋放申請的幀緩沖，最后關閉設備節點：
//停止視頻的采集。VIDIOC_STREAMOFF
type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
if (-1 == ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type))
printf('VIDIOC_STREAMOFF');
for (i = 0; i < n_buffers; ++i)
if (-1 == munmap (buffers->start, buffers->length))
printf ('munmap error');
free(buffers);
//關閉視頻設備
close (fd);

所以通過這一套通用的V4L2接口來操作攝像頭的工作流程：

打開設備－> 檢查和設置設備屬性－>設置幀格式－> 設置一種輸入輸出方法（緩沖區管理）－> 循環獲取數據－> 關閉設備。通過這幾個步驟已經可以操作攝像頭來獲取數據，下面來看看如何與Qt結合，將前面的代碼與Qt界面結合起來。

在Qt中主要就是實現兩個功能，一個是通過界面控制攝像頭的數據獲取，另一個是通過界面顯示攝像頭所拍攝下來的圖片。攝像頭的初始化設置，包括格式等參數的設置可以在Qt界面的構造函數中完成。

通過界面來控制攝像頭，可以在Qt的界面上做一個按鈕，在按鈕的單擊事件槽中調用攝像頭采集數據的部分即可：
void MainWindow::on_init_camera_clicked()//按鈕單擊事件
{
for (;;)//這一段涉及到異步IO
{
fd_set fds;
struct timeval tv;
int r;
FD_ZERO (&fds);//將指定的文件描述符集清空
FD_SET (fd, &fds);//在文件描述符集合中增加新的文件描述符
tv.tv_sec = 0;
tv.tv_usec = 500000;
r = select (fd + 1, &fds, NULL, NULL, &tv);//判斷是否可讀（即攝像頭是否準備好），tv是定時
if (-1 == r)
{
if (EINTR == errno)
continue;
printf ('select err ');
}
if (read_frame ())//如果可讀，執行read_frame ()函數，并跳出循環
break;
else
{
QMessageBox::information(this, tr('失敗'), tr('拍攝圖片失敗') , QMessageBox::Ok);
}
}
}

關于拍攝圖片的顯示問題，Qt中提供了很多實現的方法，比如可以在界面中采用一個label來顯示，這里采用GraphicsView來顯示，主要代碼如下：
image=new QImage(pictrue_name);
image->load(pictrue_name);
scene = new QGraphicsScene;
scene->addPixmap(QPixmap::fromImage(*image));
ui->graphicsView->setScene(scene);
ui->graphicsView->setAlignment(Qt::AlignCenter);
ui->graphicsView->show();//顯示

將攝像頭獲取的數據寫入文件中，再通過GraphicsView顯示出來。這樣就實現了Qt程序和攝像頭操作的結合，詳細的代碼請參考例程。

例程的效果如下圖所示：