Multispektralna kamera Raspberry Pi: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Kamera multispektralna może być przydatnym narzędziem do wykrywania stresu u roślin lub rozpoznawania różnych gatunków zamiast różnic w sygnaturach współczynnika odbicia roślin w ogóle. W połączeniu z dronem kamera może dostarczać dane do szybkich wskaźników NDVI (Normalised Difference Vegetation Index), tworzyć mozaiki gospodarstw, lasów lub terenów leśnych, rozumieć zużycie azotu, tworzyć mapy plonów i tak dalej. Ale kamery wielospektralne mogą być kosztowne, a ich cena jest wprost proporcjonalna do rodzaju technologii, którą stosują. Tradycyjne podejście do spektrometrii polega na użyciu kilku kamer z długimi lub krótkimi filtrami pasmowymi, które pozwalają na przejście wymaganego widma, jednocześnie blokując inne. Takie podejście wiąże się z dwoma wyzwaniami; najpierw musisz wyzwalać kamery w tym samym czasie lub tak blisko, jak to możliwe; a po drugie, musisz zarejestrować (scalić obrazy warstwa po warstwie) obrazy, aby mogły utworzyć jedną ostateczną kompozycję z wstęgami pożądania. Oznacza to, że trzeba wykonać wiele post-processingu, pochłaniając czas i zasoby (przy użyciu drogiego oprogramowania, takiego jak arcmap, ale niekoniecznie). Inne podejścia radzą sobie z tym na różne sposoby; ostatnie osiągnięcia technologiczne na poziomie procesora umożliwiły stworzenie skanujących czujników CMOS z filtrami pasmowymi zintegrowanymi z układem czujnika. Innym podejściem jest użycie dzielnika wiązki (pryzmaty), który kierowałby różne wiązki światła do innego czujnika. Wszystkie te technologie są niezwykle drogie i dlatego są poza zasięgiem odkrywców i twórców. Moduł obliczeniowy Raspberry pi i jego płytka rozwojowa oferują tanią odpowiedź na kilka z tych pytań (choć nie wszystkie).

Krok 1: Włączanie kamer

Upewnij się, że postępujesz zgodnie z instrukcjami konfiguracji kamer w CM, jak wskazano w następujących samouczkach:

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

Uruchom obie kamery jednocześnie, używając:

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

Skorzystaj z poniższego tematu, jeśli z jakiegoś powodu to nie zadziałało:

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

Dalsze instrukcje na wypadek, gdybyś zaczynał od zera z CM, tutaj:

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

Krok 2: Bezprzewodowa komunikacja szeregowa

Kup zestaw radiotelefonów telemetrycznych takich jak:

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

Te radia mają cztery przewody: uziemienie (czarny), TX, RX, VCC (czerwony). Oderwij jeden koniec kabli i użyj złączy żeńskich pasujących do pinów GPIO. Podłącz czarne złącze do masy, czerwone do 5 V, TX do styku 15, a RX do styku 14 złącza GPIO J5 na płytce rozwojowej modułu obliczeniowego.

Upewnij się, że ustawiłeś szybkość transmisji na 57600, a komputer hosta rozpoznał i dodał radio jako COM (w systemie Windows użyj do tego menedżera urządzeń). Jeśli używasz Putty, wybierz port szeregowy, port COM (3, 4 lub inny w twoim komputerze) i ustaw szybkość transmisji na 57600. Włącz CM i po zakończeniu ładowania kliknij enter na swoim komputerze, jeśli nie t zobaczyć tekst przechodzący przez połączenie. Jeśli zauważysz jakiś zniekształcony tekst, przejdź i sprawdź /boot/cmdline.txt. Szybkość transmisji powinna wynosić 57600. W przypadku dalszych problemów zapoznaj się z poniższym samouczkiem:

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

Krok 3: Kamery…

Właściwie możesz używać kamer w ich oryginalnej konfiguracji, ale jeśli nie, będziesz musiał je zmodyfikować, aby pomieścić obiektywy M12. Pamiętaj, że kamery raspberry pi V1 i V2 są nieco inne, więc stare uchwyty M12 nie będą działać na nowych kamerach. Wystąpiły również pewne problemy podczas równoległego uruchamiania nowych kamer, jeśli wystąpi którykolwiek z tych problemów, sprawdź ten temat na forum raspberry pi:

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

W każdym razie aktualizacja sudo rpi powinna rozwiązać problem.

Uchwyt obiektywu M12 można „szlifować” za pomocą narzędzia Dremel, aby dopasować złącze czujnika CMOS do płytki kamery. Odkręć oryginalną soczewkę i umieść nową soczewkę na uchwycie M12. Aby uzyskać lepsze wyniki, można całkowicie pozbyć się oryginalnego adaptera obiektywu, ale może to nie być opłacalne ze względu na ryzyko związane z uszkodzeniem matrycy. Zniszczyłem co najmniej sześć płyt kamery, zanim udało mi się pozbyć plastikowego uchwytu, który znajduje się nad czujnikiem CMOS.

Krok 4: Połączenie Wi-Fi i dodatkowa pamięć

Płytka rozwojowa CM ma tylko jeden port USB; w związku z tym trzeba bardzo mądrze z niego korzystać, m.in. połączenie WiFi. Jeśli chcesz to obejść, będziesz musiał wykorzystać swoje umiejętności lutowania i podłączyć podwójne złącze USB pod płytką rozwojową, gdzie USB jest lutowane. Jeśli używasz tego samego, co mam

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

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

Wystarczy postępować zgodnie z kolejnością kabli na zdjęciu.

Po zakończeniu podłącz moduł Wi-Fi do podwójnego portu, włącz CM i sprawdź, czy moduł Wi-Fi działa poprawnie.

Łatwiej jest podłączyć kartę SD niż dysk USB, więc kup coś takiego:

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

Aby zamontować nową pamięć zewnętrzną, postępuj zgodnie z tym samouczkiem:

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

Teraz masz 2 porty USB, dodatkową pamięć i połączenie Wi-Fi.

Krok 5: Wydrukuj obudowę

Użyj ABS

Krok 6: Połącz kawałki razem

Zanim zmontujesz kamerę, podłącz monitor i klawiaturę do CM i ustaw ostrość obiektywów. Najlepszym sposobem na to jest użycie następującego polecenia:

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

To działa w kamerze w nieskończoność, więc obserwując ekran, dokręcaj obiektyw, aż zostanie skupiony. Pamiętaj, aby zrobić to z drugą kamerą, zmieniając polecenie -cs z 0 na 1.

Gdy soczewki są zogniskowane, umieść małą kroplę kleju między soczewką a uchwytem soczewki M12, aby zapobiec ruchowi soczewki. Zrób to samo podczas mocowania soczewek do etui. Upewnij się, że obie soczewki są wyrównane tak bardzo, jak to możliwe.

Za pomocą wiertła otwórz otwór z boku obudowy i przełóż antenę radiową. Umieść radio bezpiecznie za pomocą taśmy dwustronnej i podłącz je do GPIO.

Umieść płytkę rozwojową CM wewnątrz obudowy i zabezpiecz ją 4 10 mm metalowymi sześciokątnymi przedłużaczami. Zabezpiecz adaptery złącza aparatu, aby nie podskakiwały swobodnie wewnątrz.

Krok 7: Skonfiguruj Dropbox-Uploader, zainstaluj skrypt aparatu

Zainstaluj dropbox_uploader zgodnie z instrukcjami podanymi tutaj

github.com/andreafabrizi/Dropbox-Uploader

Użyj skryptu podobnego do tego na obrazku.

Krok 8: Produkt końcowy

Ostateczną kamerę można umieścić pod dronem średniej wielkości (650 mm ⌀) lub nawet mniejszym. Wszystko zależy od konfiguracji. Aparat ma nie więcej niż 350-400 gramów.

Aby zasilić kamerę, będziesz musiał dostarczyć osobną baterię lub podłączyć kamerę do płyty zasilającej drona. Uważaj, aby nie przekroczyć wymagań dotyczących zasilania płyty CM. Do zasilania aparatu można użyć następujących elementów:

www.adafruit.com/products/353

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

Możesz także zbudować podporę i amortyzatory antywibracyjne zgodnie ze specyfikacją drona.

Po zrobieniu pierwszych zdjęć użyj programu GIS, takiego jak Qgis lub Arcgis Map, aby zarejestrować swoje zdjęcia. Możesz także użyć Matlaba.

Szczęśliwego lotu!