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Flask—远程查看行空板USB摄像头视频

nanyue 2024-09-11 05:21:10 技术文章 4 ℃

简介：通过Mind+创建一个Python程序，使用Flask扩展库构建Web服务，手机、电脑通过浏览器远程查看USB摄像头视频画面。通过实验，初步了解Flask扩展库的概念和使用方法。

此前通过OpenCV库在行空板上查看USB摄像头视频的实验，我们了解了Mind+进行Python编程的两种模式，了解了Python第三方库的概念。现在我们将通过Flask库搭建一个可以远程查看行空板摄像头画面的Web服务，实现自制远程监控。

1.实验目标

初步了解Flask库的概念和用法
了解Flask的图形化编程模式
了解Flask的代码编程模式

2.实验所需资源

硬件：

电脑
USB摄像头
行空板
数据线

本文实验所用的台式电脑为Windows7操作系统，行空板为V0.3.5版本，数据线为Type-C接口。

软件：

电脑安装Mind+软件(本文实验所用的Mind+软件版本为V1.8.0 RC3.1）。
Python环境及Flask、OpenCV库为Mind+自带版本

3.Flask库的概念和特点

Flask是一个轻量级的Python Web框架，它提供了构建Web应用程序所需的基本工具和库，设计简单且易于扩展，它具有以下特点：

轻量级框架: Flask设计简单且易于理解，适用于快速开发小型到中型的Web应用程序。

基于Werkzeug和Jinja2: Werkzeug处理底层的HTTP请求和响应，Jinja2用于生成HTML页面。

路由: 使用装饰器(@app.route)将URL映射到相应的处理函数，使得处理HTTP请求变得直观和简单。

模板引擎: 使用Jinja2模板引擎渲染动态内容，允许在HTML中嵌入Python代码，同时支持模板继承和变量替换。

请求和响应处理: 提供了简洁的API来访问请求数据（如表单数据）、设置响应内容和状态码，以及处理文件上传等功能。

扩展性: Flask支持大量的扩展，例如处理表单、身份验证、数据库集成等，使得开发者可以根据需求选择性地添加功能。

4.Flask库的基本用法

以下是Flask的基本使用步骤，黄色背景文字为示例代码：

4.1安装Flask：

首先，你需要在你的Python环境中安装Flask。可以使用pip命令来进行安装：

pip install Flask

4.2创建Flask应用实例：

在你的Python脚本中，导入Flask类并创建一个实例：

from flask import Flask

app = Flask(__name__)

4.3定义路由和视图函数：

路由定义了URL到Python函数的映射。使用@app.route()装饰器来定义路由，并在其后编写处理请求的视图函数。

@app.route('/')

def hello_world():

return 'Hello, World!'

4.4运行Flask应用：

在程序的最后，调用app.run()方法来启动Flask的开发服务器。默认情况下，服务器会监听本地的5000端口。设置 debug=True 可以开启调试模式，便于查看和解决问题。

if __name__ == '__main__':

app.run(debug=True)

4.5使用模板（可选）：

Flask支持Jinja2模板引擎，你可以创建HTML模板文件，Flask通过渲染模板来生成动态内容。

在项目目录中创建一个名为templates的文件夹。
在该文件夹中编写模板文件，例如index.html。
在视图函数中使用render_template()函数来渲染模板。

4.6访问应用：

在浏览器中访问 localhost:5000 （默认端口），即可看到 “Hello, World!” 的页面输出。

这些步骤展示了一个非常基础的 Flask 应用的创建和运行过程。随着应用复杂度的增加，你可以添加更多的路由、视图函数，使用模板引擎渲染动态内容，并集成各种 Flask 扩展来增强功能。Flask 的灵活性和简单性使得它成为开发 Web 应用和 API 的理想选择。

5.模块（图形化）编程远程查看行空板USB摄像头视频

将USB 摄像头接入行空板，再将行空板数据线连接到电脑主机，然后打开Mind+软件，选择Python模式。

5.1在Python模式新建项目，选择“模块”模式。

5.2在官方扩展库添加“行空板”。

5.3在用户扩展库添加Flask库。

如果用户库没有显示“Flask”库，可以在搜索栏输入“ext”进行搜索添加。

5.4完成添加后，点击“连接远程终端”连接行空板。

5.5按下列顺序添加Flask模块到Python主程序

此处为方便演示，程序每次运行都会自动生成一次html网页文件，在实际应用中，网页应该单独编辑，Flask仅需要向网页模板中添加数据就行。另外，在网页路由标签中，此处为空，意思是访问根目录，也就是类似“http://localhost:5000/”的网址。如果此处添加标签，那么访问网页的时候就需要在上述网址后面增加标签名称。如本例中自动生成代码中可以看到摄像头页面的标签为“/video_feed”，所以直接访问摄像头画面的网址为：http://localhost:5000/video_feed。

5.6点击“运行”按钮将程序上传到行空板

注意查看“终端信息输出区”的上传和运行情况。Flask服务启动后，连接同一网络的电脑和手机等终端设备即可通过浏览器访问这个Flask服务。如果把该服务映射到外网固定IP，那么理论上，连接互联网的设备都可以访问该服务，实现远程监控。

上面是电脑访问http://10.1.2.3:8000/的演示效果，这里的网址还可以是分配给行空板的其他网址，每个人局域网情况不一样，包括网段设置，防火墙设置都有区别。所以如果除了10.1.2.3，其他地址访问不了的话，需要检查一下你的整个网络的设置问题。下图是查看行空板IP地址的方法：

为了方便演示，手机无线访问的方式也是通过手机直连行空板热点，然后访问192.168.123.1:8000来进行查看。

实际动手尝试的朋友可能会发现，视频画面是倒的，需要翻转摄像头才能显示正的画面。还有就是网页的内容不够丰富和灵活，还有Flask服务器启动的参数不能灵活设置。等等这些问题都属于模块化编程特有的局限性，因为模块已经被封装，底层的代码难以直接修改，所以功能不够灵活。下面会演示用代码模式实现同样的功能，虽然需要一定的Python和Flask库的学习成本，但是对于想实现复杂功能和灵活编程的开发者来说，这是很有必要的。

6.代码模式编程远程查看行空板USB摄像头视频

6.1在Python模式新建项目，选择“代码”模式。

6.2打开“文件系统”，在“项目中的文件”新建一个templates文件夹（用于存放html网页模板），文件夹中新建一个index.html文件。然后在根目录下新建一个app.py文件。

6.3通过“库管理”PIP模式安装Flask库。

同时检查OpenCV库有没有安装，如果未安装，须同时安装OpenCV库。

6.4双击打开index.html文件输入代码

<!DOCTYPE html>  <!-- 声明文档类型为HTML5 -->
<html lang="en">  <!-- 设置页面语言为英文 -->
<head>  <!-- 页面头部信息 -->
    <meta charset="UTF-8">  <!-- 设置页面字符编码为UTF-8 -->
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">  <!-- 设置页面视口宽度为设备宽度，初始缩放比例为1 -->
   <title>摄像头视频流</title>  <!-- 设置页面标题为“摄像头视频流” -->
</head>
<body>  <!-- 页面主体内容 -->
    <h1>摄像头视频流</h1>  <!-- 显示标题“摄像头视频流” -->
    <img src="{{ url_for('video_feed') }}" alt="摄像头视频流">  <!-- 显示摄像头视频流图片，src属性值为通过url_for函数生成的视频流URL，alt属性值为“摄像头视频流” -->
</body>
</html>

6.5双击打开app.py文件输入代码

import cv2  # 导入OpenCV库
from flask import Flask, render_template, Response  # 导入Flask库的相关模块
app = Flask(__name__)  # 创建一个Flask应用实例
cap = cv2.VideoCapture(0)  # 创建一个摄像头对象，0表示默认摄像头
if not cap.isOpened():  # 检查摄像头是否成功打开
    print("摄像头未成功打开，请检查摄像头连接情况")
def gen_frames():  # 定义一个生成帧的函数
    while cap.isOpened():  # 当摄像头打开时
        success, frame = cap.read()  # 读取摄像头的一帧画面
        if not success:  # 如果读取失败
            print('摄像头画面读取失败')  # 打印错误信息
            break  # 跳出循环
        else:  # 如果读取成功
            ret, buffer = cv2.imencode('.jpg', frame)  # 将画面编码为JPEG格式
            frame = buffer.tobytes()  # 将编码后的画面转换为字节流
            yield (b'--frame\r\n'  # 生成multipart/x-mixed-replace数据流的分隔符
                   b'Content-Type: image/jpeg\r\n\r\n'  # 设置内容类型为JPEG图片
                   + frame + b'\r\n')  # 添加帧数据
@app.route('/')  # 定义根路由
def index():
    return render_template('index.html')  # 渲染并返回index.html模板
@app.route('/video_feed')  # 定义视频流路由
def video_feed():
    return Response(gen_frames(), mimetype='multipart/x-mixed-replace; boundary=frame')  # 返回视频流数据
if __name__ == '__main__':  # 当脚本作为主程序运行时
    app.run(host='0.0.0.0', port=8000)  # 启动Flask应用，监听所有网络接口，端口为8000

6.6连接行空板并运行程序

效果和图形化模式完全一致，并且不存在视频画面倒置，网页重复生成，Flask服务器运行参数不能灵活设置的问题。

通过一个简单的实例，我们展示了如何快速搭建一个Web服务器，响应客户端请求，并动态生成内容。对于希望进入Web开发领域或是寻求轻量级解决方案的开发者来说，Flask无疑是一个值得深入探索的框架。

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