基于樹莓派的文件掃描器的設計與實現

秦子實

摘要：隨著物聯網設備的普及，物聯網設備成本大幅下降，基于物聯網設備的低成本硬件大量出現。在日常工作中，紙質文件掃描過程煩瑣，需要配置掃描儀，而在對數據輸入設備有限制的專用網絡中，掃描儀接入及管理也是一件復雜的工作。因此，需要一種具有多種輸入方式，且能夠以常用方式輸出的文件掃描設備。本文實現了一種基于樹莓派的簡易文件掃描器，具有成本低、低功率、體積小、使用限制少等特點，可以廣泛應用于多種文件掃描場景。

關鍵詞：樹莓派;OpenCV;Python

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）21-0132-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1概述

在日常企業辦公過程中，由于無紙化辦公的推進，有大量紙質文件需要轉換為數字檔案進行存儲，此類業務通常選用掃描儀來完成。掃描儀設備的使用場景較為單一，必須將大量文件資料逐頁送入掃描儀，且通常使用USB輸出在一臺特定的計算機上。隨著物聯網技術的發展，卡片計算機及微型攝像頭的成本大幅降低，同時圖像處理技術也有了較大提升，而掃描儀本身即為一種將圖像進行數字化處理的光學設備。因此，可以使用小型物聯網設備對這一過程進行模擬并優化，使其符合更多的使用場景。

本文實現了一種基于樹莓派和微型攝像頭的文件掃描器，輸入為文件的照片，可以通過USB、藍牙、無線/有線網絡等多種方式進行輸出，使用場景靈活，且成本較掃描儀大幅降低。

2技術簡介

2.1樹莓派

樹莓派是目前應用較為廣泛的卡片計算機，最初設計用于基本的計算機科學教育。信用卡大小，流行版本峰值功率約10～15瓦，具備40針GPIO與外部硬件通信，同時具有15針MIPI接口（攝像頭輸入），CPU為ARMv7或v8系列四核1.2～1.5GHz，完全滿足圖像處理等復雜任務要求。操作系統通常使用基于Debian Linux的Raspbian，因此，Linux的大量軟件可以通過本地編譯在樹莓派上繼續使用。

2.2樹莓派本地編譯

在樹莓派上使用OpenCV或新版Python需要通過源碼編譯，對于OpenCV，需要提前安裝編譯工具、開發工具、圖片依賴、視頻依賴、GUI依賴等庫，此外，由于在樹莓派這種計算資源受限的設備上，還應該安裝矩陣計算優化庫：

[# 編譯/開發工具

sudo apt-get install build-essential cmakepkg-config

# 圖片處理相關依賴

sudo apt-get install libjpeg-devlibtiff5-dev libjasper-devlibpng12-dev

# 視頻處理相關依賴

sudo apt-get install libavcodec-devlibavformat-devlibswscale-devlibv4l-dev libxvidcore-devlibx264-dev

# GUI界面顯示相關依賴

sudo apt-get install libgtk2.0-dev libgtk-3-dev

# 矩陣運算優化庫

sudo apt-get install libatlas-base-devgfortran ]

對于Python，需要提前安裝頭文件等資源：

[sudo apt-get install python2.7-dev python3-dev ]

另外，在編譯前應臨時調整系統虛擬內存大小并重啟虛擬內存服務，使得編譯過程能夠利用樹莓派的全部四顆核心，避免編譯過程因為內存不足而掛起：

[sudo vim /etc/dphys-swapfile

CONF_SWAPSIZE=1024

sudo /etc/init.d/dphys-swapfile stop

sudo /etc/init.d/dphys-swapfile start ]

編譯完成后應改回默認值，以避免SD卡因過度讀寫損壞。

3文件掃描器實現方案

3.1安裝相關工具

在完成攝像頭硬件安裝后，應安裝帶有array模塊的picamera庫，以通過Python驅動攝像頭并直接將圖像轉為numpy數組，以供下游的OpenCV處理：

[pip install "picamera[array]" ]

3.2獲取圖像

通過PiCamera獲取攝像頭圖像，送入OpenCV并顯示在Raspbian系統的GUI中：

[from picamera.array import PiRGBArray

from picamera import PiCamera

import time， cv2

# 初始化攝像頭及數據引用

camera = PiCamera（）

rawCampture = PiRGBArray（camera）

# 空一小段時間讓攝像頭硬件啟動

time.sleep（0.1）

# 獲取一張圖片并顯示

camera.capture（rawCapture， format="bgr"）

img = rawCapture.array