查看: 19024|回复: 3

[M10教程] 【行空板】用Python玩转开源硬件-第11课：AI行人交通电子眼

本帖最后由 JIAJIA 于 2023-3-10 14:05 编辑

AI行人交通电子眼

“斑马线上的电子警察”在很久之前就正式上岗了，主要用于抓拍不礼让行人的机动车辆。当然驾驶员都表示愿意主动礼让行人，也有驾驶员说出了自己的顾虑，比如有时行人过马路不管不顾，打电话、看手机、闯红灯。遇到这种情况，如何才能保证机动车辆和行人都能够有序通过呢？

接下来，就使用行空板、人体红外运动传感器、USB摄像头制作一款AI行人交通电子眼。AI行人交通电子眼作为监督行人过斑马线的“电子警察”，24小时监管过马路的行人，帮助行人文明出行。

任务目标

行空板上每隔30s切换一次显示方式，在红灯情况下，如果斑马线上的人体红外传感器检测到有行人时，就对行人进行抓拍，并将抓拍照片显示在行空板上。

知识点

1. 掌握USB摄像头拍照的方法
2. 了解USB摄像头的工作原理
3. 掌握查看行空板系统文件的方法

材料清单

硬件清单：

软件使用：Mind+编程软件 x1

下载地址：https://mindplus.cc/

动手实践

AI行人交通电子眼用于在红灯时，抓拍违规过斑马线的行人，并对该行人进行拍照，将拍摄的照片显示在行空板上，接下来就从下面几个小任务来实现吧！

任务一：人体感应电子眼

人体红外运动传感器检测到有人时，就使用USB摄像头进行拍照，并将拍下的照片显示在行空板上。

任务二：设计交通信号灯

在行空板上根据倒计时实现红灯、黄灯，以及绿灯的切换。

任务三：AI行人交通电子眼

红灯时，人体红外运动传感器检测到斑马线上有行人，摄像头进行拍照并将照片显示在行空板上。

任务一：人体感应电子眼

1.硬件连接

USB 摄像头是一款插入USB端口，就能工作的免驱摄像头。将摄像头连接到行空板的USB端口，人体红外运动传感器连接到行空板的P24引脚，硬件连接成功后，使用USB线将行空板连接到计算机。

注意：关于“USB摄像头”的相关介绍，见知识园地。

2.软件准备

打开Mind+，按照下面图示完成软件准备工作。

添加OpenCV库，点击“扩展”，在官方库中找到“OpenCV”并点击，完成添加。

3.编写程序

要实现摄像头拍照，首先需要使用创建VideoCapture对象指令，创建一个名为vd的视频捕获对象。

对象创建成功后，使用VideoCapture对象vd打开视频\设备指令，打开摄像头。

开始拍照之前，需要使用VideoCapture对象是否初始化完成指令，检查摄像头是否初始化完成。

摄像头打开成功后，就判断人体红外运动传感器是否检测到有人（P24 = 1）。如果有人，使用从VideoCapture对象中抓取下一帧指令，抓拍一张摄像头中的画面。使用保存图片指令，将图片名为Mind+.png的图片保存在行空板系统文件中。

注意：查看保存到行空板的图片方法，见知识园地。

照片拍摄成功后，可以使用显示图片的方式，将摄像头拍摄的照片显示在行空板上。下面，从图片素材库中任意导入一张图片到文件系统。

使用显示图片指令与更新对象数字参数宽指令，将导入的图片.png显示在行空板上。

现在行空板上显示的是导入的图片，怎样才能将摄像头拍摄的图片显示在行空板上呢？使用更新图片指令，更新图片源为摄像头拍摄的图片Mind+.png。

4.程序运行

点击运行，程序运行成功后，触发人体红外运行传感器，行空板上实时显示摄像头拍摄的图片。

任务二：设计交通信号灯

在开始编程之前，先来分析一下，这个任务中具体要实现哪些功能？首先需要设计一个简单的界面，然后完成交通信号灯，红灯、黄灯、绿灯的显示，最后根据倒计时完成交通信号灯的切换。

1.编写程序

(1)UI界面设计

为了简化程序，这里将界面中的框以及不变的文字制作成了一张背景图，下面将背景图片，从图片素材库中导入到文件系统。

在Python主程序开始下，使用显示图片指令，将背景图片显示在行空板上。

使用填充圆形指令，先将圆形填充红色代表红灯，再将代表黄灯和绿灯的圆形填充为白色。

在红绿灯的右侧还要一个倒计时的显示，使用显示放数码管字体指令，设置显示内容为30，显示颜色为红色。

(2)切换交通信号灯

如何才能实现交通信号灯的切换呢？分别新建三个函数，红灯、绿灯、黄灯。

在红灯函数下，使用更新颜色指令，将对象名hong的颜色更新为红色，其余两个对象的颜色更新为白色。其余两个函数，使用同样的方法即可。

实现不同颜色的信号灯切换，可以在循环执行指令中通过调用红灯、绿灯函数来实现。以30s的时间为例，先调用红灯函数，等待30秒后，调用绿灯函数，等待30秒。实现红灯亮30秒后，切换为绿灯；绿灯亮30秒后，切换为红灯。

(3)实现倒计时

在实际生活中，交通信号的等待时间，会以倒计时的形式出现。接下来就将程序中的等待30秒指令，改为倒计时显示。使用for循环指令，设置变量my variable的范围为30-1，每隔1。然后使用更新文本内容参数指令，更新倒计时为变量my variable。

倒计时还剩5秒时，将红灯切换黄灯。使用条件判断指令，判断变量my variable<6？小于6时，就调用黄灯函数。

下面，大家用同样的方式，实现绿灯的倒计时显示吧！完整程序如下：

2.程序运行

点击运行，程序运行成功后，行空板上显示交通信号灯，交通信号灯会根据倒计时实现红灯—黄灯—绿灯—黄灯的切换。

任务三：AI行人交通电子眼

任务一实现了人体感应电子眼，任务二实现了根据倒计时切换交通信号灯。AI交通行人电子眼其实就是任务一和任务二的结合，将任务一的功能在任务二的调用红灯函数下来实现。

1.编写程序

这个任务的程序，在任务二的基础上进行修改。在Python主程序开始下，使用创建VideoCapture对象指令、VideoCapture对象vd打开视频\设备指令、VideoCapture对象是否初始化完成指令，检查摄像头是否初始化完成。

红灯时，人体红外运动传感器检测到有行人，摄像头拍照并将拍摄的画面显示在行空板上。说明摄像头拍照的程序需要在调用红灯函数下来实现，可是怎样才能让红灯切换程序和摄像头拍照的程序同时执行呢？使用线程启动指令，在调用红灯函数下启动线程。

在当线程启动后执行指令下，使用条件指令，判断人体红外运动传感器是否检测有人（P24 = 1？）。如果有人，就使用从VideoCapture对象中抓取下一帧指令，抓拍一张摄像头中的画面，并使用保存图片指令，将图片保存到行空板本地文件中。

要让拍下来的违规行人照片显示在行空板上，在Python主程序开始下，使用显示图片指令与更新数字参数指令，设置图片的显示位置。在线程中使用更新图片指令，更新显示图片为Mind+.png，完整程序如下：

2.程序运行

点击运行，程序运行成功后。行空板界面上根据倒计时切换红绿灯显示，当人体红外运动传感器检测到有人时，行空板的显示界面上显示摄像头中的画面。

3.试一试

上面的程序还有一点小问题，在绿灯时，人体红外运动传感器检测到有行人时，摄像头也会拍照并将照片显示在行空板上。接下来，大家修改一下程序，实现在红灯时，才启动摄像头拍照和显示的功能。

提示：在调用绿灯函数程序下，使用线程停止指令。

知识园地

1.认识USB摄像头

这节课中，用到的摄像头是一款免驱动的USB摄像头，只要将摄像头插入USB端口，就可以工作起来。

摄像头是如何工作的呢？下面简单地了解一下摄像头的工作原理。景物通过镜头生成图像并投射到摄像头内部的图像传感器上，并对图像信号进行加工处理后变成图片文件，再通过USB接口将图片传输到行空板中，最后我们可以在行空板屏幕上显示图片，也可以通过将图片文件下载到电脑上，查看图片。

2.如何查看保存到行空板的图片

在任务一和任务三中，用到了保存图片指令，使用这个指令保存的图片具体存到了什么位置呢？连接行空板10.1.2.3远程终端后，可以看到在文件系统的文件目录下，会多出一个名为行空板中的文件。

点击目录中的mindplus文件夹，然后再点击cache文件夹，找到任务1.mp文件的保存位置。点击任务1.mp，可以看到两个图片文件分别为：图片.png、Mind+.png。

其中，图片.png是我们自己导入的图片文件，也就是项目中的文件。而Mind+.png就是使用保存图片指令从摄像头中获取的图片。右击“Mind+.png”，选择“下载文件到电脑”，将图片下载到电脑上。记住保存的路径，通过电脑就可以查看摄像头拍摄的图片了。

3.如何用计算机访问行空板系统文件

(1)开启行空板文件共享

长按行空板的“Home”键进入菜单页，点击“3－应用开关”，检查文件共享服务是否开启，如果显示“已禁用”，点击文件共享选项，切换文件共享状态为“启用中”。

(2)配置电脑

方法1：在电脑桌面上，找到“此电脑”双击打开。在地址栏输入板子的网络地址，格式为\\ip地址\，使用USB线连接电脑ip地址为10.1.2.3。输入\\10.1.2.3\，按回车，打开行空板系统文件夹。

方法2：使用快捷键win+R打开运行窗口，输入网络地址\\10.1.2.3\，点击确定，打开行空板系统文件夹。

行空板系统文件夹中，分别有media、root文件夹，其中，root为行空板板载的内存空间，media为外部连接的硬盘空间（给行空板插上SD卡或者通过USB口连接硬盘后会自动挂载在这个文件夹下）。

(3)查看保存到行空板的图片

双击root文件夹，会提示输入访问账号和密码。输入对应的账号和密码后，点击确定进入行空板的root文件夹。

账号：root

密码：dfrobot

在文件夹列表中，找到mindplus文件夹，然后再点击cache文件夹，找到任务1.mp文件的保存位置。点击任务1.mp，同样可以看到两个图片文件分别为：图片.png、Mind+.png。

4.指令学习

挑战自我

仔细观察生活中的交通信号灯，不难发现，红灯时，倒计时的显示颜色是红色的；黄灯时，倒计时的显示颜色是黄色的；绿灯时，倒计时的显示颜色是绿色的。接下来，大家修改一下程序，让倒计时的显示颜色，与交通信号灯的颜色保持一致。

提示：使用更新颜色指令，在对应函数下，更新倒计时对象的显示颜色即可。