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图像显示

1.学习目的​

学习如何在显示屏上显示图像。

2.实验硬件​

K230 平台集成了一路 MIPI-DSI 接口（4-lane），可用于驱动 MIPI 屏幕，或通过外接转换芯片连接 HDMI 显示器。此外，平台还提供虚拟显示（VIRT）输出选项，便于用户在无实体屏幕的情况下，通过 CanMV-IDE 进行图像预览和调试操作。

在多种显示方式中，使用 IDE 的帧缓冲区进行虚拟显示是一种成本最低、配置简便的方案。该模式通过 USB 与 PC 传输图像数据，适用于调试和开发阶段的可视化需求。需要注意的是，由于受限于 USB 带宽，其帧率和图像质量难以同时兼顾，但在基本使用场景中依然足够稳定和实用。

对于实际部署或便携式项目开发，推荐使用 MIPI 接口外接 3.1 英寸 MIPI 屏幕（分辨率 800×480）。该方案不仅安装简便（可直接通过铜柱与开发板固定连接），且支持将脚本保存在 TF 卡中，实现离线运行。该显示模式支持实时画面预览和交互，适合移动端或嵌入式项目中独立运行。

另外，MIPI 接口还可搭配 MIPI 转 HDMI 扩展板，连接常见的 HDMI 显示器。该方案支持最高 1080p 分辨率，显示效果优异，是家庭或实验室场景下的理想选择。相较于虚拟显示与小尺寸屏幕，该方案在成本与体验之间实现良好平衡。

3.实验原理​

K230 平台支持多种显示输出方案，便于用户在不同应用场景下灵活选用。其 MicroPython 框架通过 Display 模块进行统一抽象，底层由驱动程序调用系统 framebuffer 或控制器寄存器进行图像输出。主要支持以下三种方式：VIRT、LT9611、ST7701、AML020T。

VIRT 虚拟显示器：

  • 使用 Display.init(Display.VIRT, ...) 初始化虚拟显示。
  • 图像输出不经过真实物理屏幕，而是通过 USB 数据传输至 PC。
  • CanMV-IDE 接收到帧缓冲区数据后，在界面中实时渲染显示。
  • 实际上使用了一个位于系统内存中的虚拟帧缓冲区，类似 /dev/fb0。

AML020T 控制器（MIPI 显示屏）

  • AML020T 是常用的小尺寸 TFT-LCD 显示屏控制器，通常用于驱动 2.4 寸 MIPI 显示屏（如 480×360）。
  • K230 的 MIPI-DSI 接口直接输出图像数据至 AML020T 屏幕，无需中间转换。
  • 使用 Display.init(Display.AML020T, ...) 进行初始化配置。

4.显示文本代码解析​

导入模块​

import time, os, urandom, sys
from media.display import *
from media.media import *
  • time：提供延时函数（如 sleep、sleep_ms）。
  • os：用于退出点管理（exitpoint()），支持安全中断程序。
  • urandom：生成随机数，用于随机位置、颜色、字体大小。
  • sys：用于打印异常信息。
  • media.display：显示模块，提供 LCD、HDMI、虚拟显示等输出接口。
  • media.media：媒体管理器，负责内存池和缓冲区管理。

常量定义​

DISPLAY_WIDTH = 480    # 显示屏宽度（像素）
DISPLAY_HEIGHT = 360   # 显示屏高度（像素）
  • 定义显示分辨率宽 480 像素、高 360 像素，与使用的 LCD 屏幕参数匹配。

显示测试函数​

def display_test():
    """显示测试主函数：在屏幕上随机位置绘制彩色文本"""
  • 封装测试逻辑，便于主程序调用。

打印启动信息​

print("显示测试开始")
  • 在串口终端输出提示，标识程序已启动。

创建图像对象​

img = image.Image(DISPLAY_WIDTH, DISPLAY_HEIGHT, image.ARGB8888)
  • 创建一个空图像，尺寸为 480x360，色彩格式为 ARGB8888（32位真彩色，支持透明通道）。
  • 此图像将作为画布，后续在其上绘制文字。

初始化显示输出​

Display.init(Display.AML020T, width=DISPLAY_WIDTH, height=DISPLAY_HEIGHT, to_ide=True)
  • 初始化 LCD 显示屏，指定驱动型号为 AML020T。
  • 设置显示分辨率为 480x360。
  • to_ide=True：将图像同时输出到 IDE 的预览窗口（若使用 CanMV IDE）。

初始化媒体管理器​

MediaManager.init()
  • 初始化多媒体底层资源（如 DMA 缓冲区、显示内存池），必须在使用显示功能前调用。

主循环：随机绘制彩色文字​

try:
    while True:
        img.clear()
        for i in range(10):
            x = (urandom.getrandbits(11) % img.width())
            y = (urandom.getrandbits(11) % img.height())
            r = (urandom.getrandbits(8))
            g = (urandom.getrandbits(8))
            b = (urandom.getrandbits(8))
            size = (urandom.getrandbits(30) % 64) + 32
            img.draw_string_advanced(x, y, size, "Hello World!，你好世界！！！", color=(r, g, b))
        Display.show_image(img)
        time.sleep(1)
        os.exitpoint()
  • 清空图像：img.clear() 将画布填充为黑色，避免上一帧残留。
  • 随机绘制 10 行文字：
    • x, y：随机坐标（使用 11 位随机数取模宽/高，范围 0~宽-1/高-1）。
    • r, g, b：随机颜色分量（0~255），实现彩色文字。
    • size：随机字体大小（32~95 像素）。
    • draw_string_advanced：绘制字符串，支持中英文混合和旋转，此处不旋转。
  • 显示图像：Display.show_image(img) 将画布内容刷新到 LCD 屏幕。
  • 延时 1 秒：控制刷新频率，避免画面闪烁过快。
  • 检查退出点：os.exitpoint() 允许通过 Ctrl+C 或其他方式安全退出循环。

异常捕获与资源释放​

except KeyboardInterrupt as e:
    print("用户中断: ", e)
except BaseException as e:
    import sys
    sys.print_exception(e)
  • KeyboardInterrupt：捕获用户按 Ctrl+C 产生的退出信号，打印友好信息。
  • BaseException：捕获其他所有异常（包括系统异常），打印完整错误栈，便于调试。
Display.deinit()
os.exitpoint(os.EXITPOINT_ENABLE_SLEEP)
time.sleep_ms(100)
MediaManager.deinit()
  • 释放显示资源：Display.deinit() 关闭显示设备，释放相关引脚和内存。
  • 重新使能退出点睡眠模式：允许系统在空闲时进入低功耗。
  • 短暂延时：确保资源释放操作完成。
  • 释放媒体管理器：MediaManager.deinit() 清理媒体缓冲区，恢复系统状态。

程序入口​

if __name__ == "__main__":
    os.exitpoint(os.EXITPOINT_ENABLE)   # 使能退出点检查
    display_test()
  • 使能退出点检查：允许在循环中使用 os.exitpoint() 安全退出。
  • 调用测试函数：执行显示测试主逻辑。

5.显示文本示例代码​

'''
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'''
import time, os, urandom, sys

from media.display import *
from media.media import *

DISPLAY_WIDTH = 480    # 显示屏宽度（像素）
DISPLAY_HEIGHT = 360   # 显示屏高度（像素）

def display_test():
    """显示测试主函数：在屏幕上随机位置绘制彩色文本"""
    print("显示测试开始")

    # 创建一张用于绘图的图像，格式为 ARGB8888
    img = image.Image(DISPLAY_WIDTH, DISPLAY_HEIGHT, image.ARGB8888)

    # 初始化 LCD 显示屏作为输出设备，并允许同时将图像输出到 IDE
    Display.init(Display.AML020T, width=DISPLAY_WIDTH, height=DISPLAY_HEIGHT, to_ide=True)
    # 初始化多媒体管理器
    MediaManager.init()

    try:
        while True:
            # 清空图像（填充黑色）
            img.clear()
            # 随机绘制 10 行文字
            for i in range(10):
                x = (urandom.getrandbits(11) % img.width())      # 随机 X 坐标
                y = (urandom.getrandbits(11) % img.height())     # 随机 Y 坐标
                r = (urandom.getrandbits(8))                     # 红色分量 (0-255)
                g = (urandom.getrandbits(8))                     # 绿色分量
                b = (urandom.getrandbits(8))                     # 蓝色分量
                size = (urandom.getrandbits(30) % 64) + 32       # 字体大小 (32~95)

                # 在随机位置绘制指定文本，支持中英文混合，颜色随机
                img.draw_string_advanced(x, y, size, "Hello World!，你好世界！！！", color=(r, g, b))

            # 将绘制好的图像显示到屏幕上
            Display.show_image(img)

            time.sleep(1)          # 每秒更新一次画面
            os.exitpoint()         # 检查退出标志（支持 Ctrl+C 或程序退出）
    except KeyboardInterrupt as e:
        print("用户中断: ", e)
    except BaseException as e:
        import sys
        sys.print_exception(e)

    # 释放显示资源
    Display.deinit()
    os.exitpoint(os.EXITPOINT_ENABLE_SLEEP)
    time.sleep_ms(100)
    # 释放多媒体缓冲区
    MediaManager.deinit()

if __name__ == "__main__":
    os.exitpoint(os.EXITPOINT_ENABLE)   # 使能退出点检查
    display_test()

实验效果：

在显示屏上会显示如下画面：

image-20260605103957632

6.显示摄像头画面代码解析​

导入模块​

import time, os, sys
from media.sensor import *
from media.display import *
from media.media import *

导入系统模块，用于延时 (time)、退出点管理 (os.exitpoint())、标准输入输出处理等。

导入 K230 MicroPython 的三个核心模块：

  • sensor: 摄像头传感器接口（如图像采集、通道设置等）
  • display: 显示模块接口（支持 VIRT、HDMI、MIPI 等输出）
  • media: 媒体管理器（用于内存池、缓冲区管理）

创建摄像头对象​

sensor = None
try:
    print("camera_test")
    sensor = Sensor()

定义一个全局变量 sensor，用于后续保存传感器对象，方便在 finally 语句中进行释放。

开始 try...except 异常捕获结构，防止运行中断导致资源未释放；同时输出测试开始标志。

创建一个摄像头 Sensor 对象，默认使用CSI2。

重置摄像头配置​

	sensor.reset()

初始化并重置摄像头配置（类似软复位），恢复为默认状态。

设置摄像头属性​

	sensor.set_framesize(width=800,height=480)

设置摄像头输出图像的分辨率为 800x480。也可用 Sensor.FHD 表示 1920x1080。

  • 默认是设置在通道 0（CAM_CHN_ID_0）。
    sensor.set_pixformat(Sensor.YUV420SP)

设置图像的像素格式为 YUV420SP（半平面格式，适合视频渲染）。

绑定输入输出​

    bind_info = sensor.bind_info()
    Display.bind_layer(**bind_info, layer = Display.LAYER_VIDEO1)

获取摄像头图像通道的绑定信息，并将其绑定到 显示器的视频图层1 上。

意味着摄像头采集的图像会自动显示在这个图层上，无需手动调用 Display.show_image()。

初始化显示器​

	Display.init(Display.AML020T, width = 480, height = 360, to_ide=True)
  • 当前启用了 AML020TMIPI 显示屏（2寸 480x360）。
  • 参数 to_ide=True 表示图像也会同步发送到 IDE 虚拟显示（方便调试）。
  • 若使用虚拟显示，可启用上面的注释行 Display.VIRT。

启动摄像头​

    sensor.run()

启动摄像头传感器的工作，正式开始图像采集。

监听退出指令​

    while True:
        os.exitpoint()

主循环中什么也没做，只保留了一个 exitpoint()。

  • IDE会通过这个接口监听退出指令，从而实现安全停止。
  • 图像的显示是自动进行的（通过前面绑定的图层），不需手动刷新。
except KeyboardInterrupt as e:
    print("user stop: ", e)

捕捉用户按下 Ctrl+C 或 IDE 中点击“停止”按钮的中断行为。

except BaseException as e:
    print(f"Exception {e}")

捕捉所有其它类型的异常（如驱动错误、显示初始化失败等）。

停止摄像头采集​

finally:
    if isinstance(sensor, Sensor):
        sensor.stop()

确保程序结束时 停止摄像头采集，释放硬件资源。

注销显示模块​

    Display.deinit()

注销显示模块，关闭所有图层输出。

退出点通知 IDE​

    os.exitpoint(os.EXITPOINT_ENABLE_SLEEP)
    time.sleep_ms(100)

退出点通知 IDE，接下来可以进入休眠或退出。

  • time.sleep_ms(100) 短暂延时，确保数据完全写出。

释放媒体资源​

    MediaManager.deinit()

最后释放媒体资源（如图像缓冲区、DMA 通道等）。

6.显示摄像头画面示例代码​

MIPI屏显示：

'''
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'''
import time, os, sys

from media.sensor import *
from media.display import *
from media.media import *

sensor = None

try:
    print("camera_test")

    # construct a Sensor object with default configure
    sensor = Sensor()
    # sensor reset
    sensor.reset()
    # set hmirror
    # sensor.set_hmirror(False)
    # sensor vflip
    # sensor.set_vflip(False)

    # set chn0 output size, 480x360
    sensor.set_framesize(width=480,height=352)
    # set chn0 output format
    sensor.set_pixformat(Sensor.YUV420SP)
    # bind sensor chn0 to display layer video 1
    bind_info = sensor.bind_info()
    Display.bind_layer(**bind_info, layer = Display.LAYER_VIDEO1)

    # use lcd as display output
    Display.init(Display.AML020T, width = 480, height = 360, to_ide=True)
    # init media manager
    MediaManager.init()
    # sensor start run
    sensor.run()

    while True:
        os.exitpoint()
except KeyboardInterrupt as e:
    print("user stop: ", e)
except BaseException as e:
    print(f"Exception {e}")
finally:
    # sensor stop run
    if isinstance(sensor, Sensor):
        sensor.stop()
    # deinit display
    Display.deinit()
    os.exitpoint(os.EXITPOINT_ENABLE_SLEEP)
    time.sleep_ms(100)
    # release media buffer
    MediaManager.deinit()

6.实验结果​

6.1 MIPI屏显示​

​ 上电前在请提前使用排线连接MIPI屏至开发板。

image-20260605104102185

​ 上电点击运行代码后，在MIPI屏处可以实时预览摄像头的画面。