Una fotocamera multispettrale Raspberry Pi: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Una fotocamera multispettrale può essere uno strumento utile per rilevare lo stress nelle piante o riconoscere specie diverse al posto delle differenze nelle firme di riflettanza delle piante in generale. Se abbinata a un drone, la telecamera può fornire i dati per rapidi NDVI (Normalised Difference Vegetation Index), creare mosaici di fattorie, foreste o boschi, comprendere il consumo di azoto, creare mappe di resa e così via. Ma le telecamere multispettrali possono essere costose e il loro prezzo è direttamente proporzionale al tipo di tecnologia che implementano. Un approccio tradizionale alla spettrometria consiste nell'utilizzare diverse telecamere con filtri passa-banda lunghi o corti che consentono allo spettro richiesto di passare attraverso mentre bloccano gli altri. Ci sono due sfide per questo approccio; in primo luogo, è necessario attivare le telecamere contemporaneamente o il più vicino possibile; e in secondo luogo, è necessario registrare (unire le immagini livello dopo livello) le immagini in modo che possano formare un composto finale con le bande desiderate al suo interno. Ciò significa che è necessario eseguire una grande quantità di post-elaborazione, consumando tempo e risorse (utilizzando software costosi come arcmap, ma non necessariamente). Altri approcci hanno affrontato questo problema in modi diversi; i recenti sviluppi tecnologici a livello di processore hanno permesso la realizzazione di sensori CMOS a scansione con filtri di banda integrati nel layout del sensore. Un altro approccio consiste nell'utilizzare un divisore di fascio (prisma) che dirigerebbe i diversi fasci di luce verso un sensore diverso. Tutte queste tecnologie sono estremamente costose e quindi fuori dalla portata di esploratori e produttori. Il modulo di calcolo Raspberry pi e la sua scheda di sviluppo offrono una risposta economica ad alcune di queste domande (non tutte però).

Passaggio 1: attivazione delle telecamere

Assicurati di seguire i passaggi per l'impostazione delle telecamere nel CM come indicato nei seguenti tutorial:

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

Attiva entrambe le fotocamere contemporaneamente utilizzando:

sudo raspistill -cs 0 -o test1-j.webp

Utilizzare il seguente argomento se per qualsiasi motivo non ha funzionato:

www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?f…

Ulteriori istruzioni nel caso in cui inizi da zero con il CM qui:

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

Passaggio 2: comunicazione seriale wireless

Acquista una serie di radio di telemetria come queste:

hobbyking.co.uk/hobbyking/store/_55559_HK…

Queste radio hanno quattro fili: terra (nero), TX, RX, VCC (rosso). Staccare un'estremità dei cavi e utilizzare connettori femmina che si adattino ai pin GPIO. Collegare il connettore nero a terra, rosso a 5V, TX al pin 15 e RX al pin 14 dell'intestazione J5 GPIO della scheda di sviluppo del modulo di calcolo.

Assicurati di impostare la velocità di trasmissione su 57600 e che il tuo computer host abbia riconosciuto e aggiunto la radio come COM (in Windows usa il gestore dispositivi per questo). Se usi Putty, scegli seriale, la porta COM (3, 4 o qualunque cosa sia nel tuo computer) e imposta la velocità di trasmissione su 57600. Accendi il tuo CM e dopo aver terminato il caricamento, fai clic su invio nel tuo computer se non lo fai t vedere alcun testo proveniente dalla connessione. Se noti del testo confuso, vai e controlla /boot/cmdline.txt. La velocità di trasmissione dovrebbe essere 57600. In caso di ulteriori problemi, controllare il seguente tutorial:

www.hobbytronics.co.uk/raspberry-pi-serial-…

Passaggio 3: le fotocamere…

Puoi effettivamente utilizzare le fotocamere nella loro configurazione originale, ma in caso contrario, dovrai modificarle per ospitare gli obiettivi M12. Tieni presente che le fotocamere raspberry pi V1 e V2 sono leggermente diverse, quindi i vecchi supporti M12 non funzioneranno su nuove fotocamere. Inoltre, si sono verificati alcuni problemi durante l'attivazione delle nuove fotocamere in parallelo, se si verifica uno di questi problemi, controllare questo argomento nel forum raspberry pi:

www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?t…

In ogni caso, un sudo rpi-update dovrebbe risolvere il problema.

Il supporto dell'obiettivo M12 può essere "macinato" con un Dremel per adattare il connettore del sensore CMOS alla scheda della fotocamera. Svitare l'obiettivo originale e posizionare il nuovo obiettivo sul supporto M12. Per risultati migliori puoi effettivamente eliminare del tutto l'adattatore per obiettivo originale, ma potrebbe non valere la pena alla luce del rischio che comporta il danneggiamento del sensore. Ho distrutto almeno sei schede della fotocamera prima di riuscire a sbarazzarmi del supporto di plastica che si trova sopra il sensore CMOS.

Passaggio 4: connessione Wi-Fi e spazio di archiviazione aggiuntivo

La scheda di sviluppo CM ha una sola porta USB; di conseguenza devi usarlo molto saggiamente, ad es. connessione wifi. Se vuoi aggirare il problema, dovrai usare le tue abilità di saldatore e collegare un doppio connettore USB sotto la scheda di sviluppo, dove l'USB è saldato. Se stai usando lo stesso che ho io

www.amazon.co.uk/gp/product/B00B4GGW5Q/ref…

www.amazon.co.uk/gp/product/B005HKIDF2/ref…

Basta seguire l'ordine dei cavi nell'immagine.

Una volta fatto, collega il tuo modulo wifi alla doppia porta, accendi il CM e verifica se il modulo wifi funziona correttamente.

È più facile collegare una scheda SD rispetto a un'unità USB, quindi acquista qualcosa del genere:

www.amazon.co.uk/gp/product/B00KX4TORI/ref…

Per montare la nuova memoria esterna, segui attentamente questo tutorial:

www.htpcguides.com/properly-mount-usb-stora…

Ora hai 2 porte USB, spazio di archiviazione aggiuntivo e connessione Wi-Fi.

Passaggio 5: stampa la custodia

Usa l'ABS

Passaggio 6: metti insieme i pezzi

Prima di assemblare la fotocamera, collegare un monitor e una tastiera al CM e mettere a fuoco gli obiettivi. Il modo migliore per farlo è usare il seguente comando:

raspistill -cs 0 -t 0 -k -o my_pics%02d.jpg

Ciò fa funzionare la fotocamera per sempre, quindi osservando lo schermo, stringi l'obiettivo finché non è a fuoco. Ricorda di farlo con l'altra fotocamera cambiando il comando -cs da 0 a 1.

Una volta che gli obiettivi sono a fuoco, metti una piccola goccia di colla tra l'obiettivo e il supporto dell'obiettivo M12 per impedire qualsiasi movimento dell'obiettivo. Fai lo stesso mentre attacchi le lenti alla custodia. Assicurati che entrambe le lenti siano allineate il più possibile.

Usa un trapano per aprire un foro sul lato della custodia e passa attraverso l'antenna radio. Posiziona la radio in modo sicuro utilizzando del nastro biadesivo e collegala al GPIO.

Posiziona la scheda di sviluppo CM all'interno della custodia e fissala con 4 prolunghe esagonali in metallo da 10 mm. Fissare gli adattatori del connettore della fotocamera in modo che non rimbalzino liberamente all'interno.

Passaggio 7: configurare Dropbox-Uploader, installare lo script della fotocamera

Installa dropbox_uploader seguendo le istruzioni fornite qui

github.com/andreafabrizi/Dropbox-Uploader

Usa uno script simile a quello nell'immagine.

Passaggio 8: prodotto finale

La fotocamera finale può essere posizionata sotto un drone di medie dimensioni (650 mm ⌀) o anche più piccolo. Tutto dipende dalla configurazione. La fotocamera non supera i 350-400 grammi.

Per alimentare la videocamera, dovrai fornire una batteria separata, oppure collegare la videocamera alla scheda di alimentazione del tuo drone. Fare attenzione a non superare i requisiti di alimentazione della scheda CM. È possibile utilizzare i seguenti elementi per alimentare la fotocamera:

www.adafruit.com/products/353

www.amazon.co.uk/USB-Solar-Lithium-Polymer…

Puoi anche costruire il supporto e gli ammortizzatori antivibranti in base alle specifiche del tuo drone.

Una volta scattate le prime foto, utilizzare un programma GIS come Qgis o Arcgis Map per registrare le immagini. Puoi anche usare matlab.

Buon volo!