Raspberry Pi Camera v2

[Mikko_L]

Tervehdys.

Ryhdyin pieneen kameraprojektiin ja ajattelin että muitakin kiinnostaa tai ainakin viihdyttää. Ja jos tässä matkan varrella tulen keksineeksi jotain hyödyllistä niin ideat ovat vapaasti jaettavissa - ja ehdotuksia otan tietysti jos jollain on parempi ratkaisu.

Koskapa miksi ei (muutenkin teki mieli ostaa Raspberry Pi), päätin ottaa projektiksi viritellä siitä kameran planeettakuvaukseen.  Tänään kävin ostamassa Raspberry Pi 3:sen ja siihen v2 kameramoduulin, joka liittyy lattakaapelilla suoraan Pi:n piirilevylle.  Pi + kamera + kotelo maksoivat alle satasen - lähes yhtä paljon olisi pitänyt maksaa tavallisesta USB Full HD-webkamerasta.

Tavoitteena on kaukoputken kylkeen kiinnitettävä Pi, okulaarien kanssa suunnilleen parfokaalinen pidike kameran sensorille ja WiFi-yhteys läppärille niin että tarkennuksen voi tehdä live viewissä.  Seurantajalustaa minulla ei ole mutta noin 30s videoiden pitäisi onnistua ilmankin.  Kamera lupaa pystyä 30fps:iin 1080p resoluutiolla, joten eiköhän siitä materiaalia saa.

Kaukoputkena minulla on Celestron C90 (f=1250mm) ja Pi v2 kamerassa on Sonyn 3280 × 2464 CMOS kenno jonka halkaisija on 4.6mm.  Tällä polttovälillä kenno kattaa vain 12 kaariminuuttia, eikä esimerkiksi Kuuta tai Aurinkoa saa kuvaan kuin osittain. Toisaalta 90mm kaukoputken resoluutio (Dawesin raja) on 1.29" joka 1250mm polttovälillä vastaa fokuksessa 6.25um:a - Pi Cam v2:n pikselikoko on 1.12um. Saa nähdä pystyykö tätä hyödyntämään herkkyyden parantamiseen jos noita pikseleitä voi summata tai keskiarvoistaa.

Ensimmäisen illan saavutus oli kasata Pi:n osat, asentaa siihen käyttis ja saada aikaan (Windows) läppäriltä ssh- ja remote desktop -yhteydet.  Tämän jälkeen Pi ei enää tarvitse kuin virrat kännykän USB-laturista ja siihen voi logata sisään WLANin kautta. Sitten asensin tarvittavat Python-kirjastot ja nappasin ensimmäisen still-kuvan kameralla iPythonista käsin.  Ja opin että kameran live preview ei toimi verkon yli, tähän pitää kehittää joku streaming-ratkaisu.  Ehkä koko homma voisi toimia web-selaimessa? Fyysisellä puolella luonnostelin jo kameralle 1.25" okulaaripidikkeen jonka saan printattua ensi viikolla, sitten on helppo osuus eli rauta kasassa.  Ammatikseni en ole koodari, mutta kuinka vaikeaa se nyt voi olla..? 

-Mikko

PS. On muuten testikuvan perusteella surkea linssi tuossa PiCam v2:ssa, onneksi seuraava työvaihe on irrottaa se.

PPS. Linkkejä:
Pi Cam v2:n sensori: http://www.sony.net/Products/SC-HP/new_pro/april_2014/imx219_e.html
Kauppa: http://www.yeint.fi/index.php?lang=fin&main=41&type=2&search=raspberry+pi
Testikuva onnistui näillä ohjeila: https://www.raspberrypi.org/learning/getting-started-with-picamera/worksheet/

[Mikko_L]

Tässä ensivaloa kameramoduulille omalla linssillään. ISO 800 ja valotus 3.5s (pidempi ei onnistunut), joku presetti valkotasapaino joka antaa suunnilleen oikean värisen kuvan (=oranssivoittoinen täällä lähes keskustassa).  Näkyyhän siinä tähtiä!

Vaikka kuvanlaatu on absoluuttisella mittapuulla surkea niin aika ällistyttävää on tämä elektroniikan kehitys. Vaikkapa vain 5 vuotta sitten kännykkäkameralla ei olisi saanut kuvaan tähden tähteä. Nyt se onnistuu jo tuosta vain, ja tämän linssin halkaisija on siis jotain 2mm.

-Mikko

[Zalama]

Kappas vain täältä löytyi tuolle kokeilua. Itse tilasin juuri Raspberry Pi Zeron ja v2 NoIR kameramoduulin tänään.

Itse ajattelin koittaa viritellä halpaa kameravalvonta ratkaisua, mutta pitänee koittaa myös tähtikuvauksessa.

[Mikko_L]

Parin illan rakentelun ja konffaamisen jälkeen sain pilvien lomasta ruudulle näkymään Altairin.  Homma siis toimii ainakin periaatteessa!

Aluksi törmäsin ohjeeseen ohjata PiCamin video serverisocketiin Pythonista käsin, ja katsella sitä Windows-läppärillä VLC Playerilla.  Toimi, mutta latenssia (viivettä) oli noin 5-10 sekuntia, mikä teki tarkentamisesta ja suuntaamisesta mahdotonta.  Sen verran ehdin päivänvalossa kokeilla että näkökenttä todella on kapea eikä kamera ole kovin herkkä hämärässä. Putken f/13 optiikka on todella hidas verrattuna kameran omaan pikkulinssiin joka oli varmaan alle f/2.  Sitä ei ihan ehjänä saanut irti...

Googlettelu "low latency video raspberry pi" tms. tuotti monta ohjetta jossa käytettiin gstreamer-sovellusta. Sen saa sekä Linuxille että Windowsille, joten asentelin paketit molempiin päihin.  Sitä käytetään komentoriviltä mutta copy-paste netistä tuotti lopulta tulosta.  Viimeinen avain hommaan oli käydä Windowsin palomuurista erikseen sallimassa UDP-liikenne valittuun porttiin, ja kuvaa alkoi näkymään. (Linux-läppärillä tietenkin toimi ilman kikkailuja.) Viivettä on ehkä alle puoli sekuntia, mikä näissä puuhissa on ilmeisesti hyvä arvo.

Ensihuomioita mm:
-tarkennuksen pitää olla valmiiksi kohdallaan jos meinaa lainkaan nähdä kirkkaankaan tähden kameralla. 
-hyvin kohdistettu etsinputki on olennainen, sillä kun sain Altairin näkyviin niin se ajelehti näkökentän poikki noin 25 sekunnissa - vastaa siis vain 0.1 asteen näkökenttää.  Tämä on kapeampi kuin mitä etukäteen laskeskelin, mutta kokeilin eri kuva- ja videomoodeja eikä tästä yhtään isompaa kuva-alaa saa käyttöön (sen sijaan joissain moodeissa kamera croppaa kuvaa vielä lisää eli ei käytä koko kennoa edes).
-gstreamer näillä asetuksilla käyttää h264 codecia joka kompressoi videota keyframejen perusteella. Yksittäisten framejen katselu (stakkeria varten) onnistuisi paremmin MJPEG-codecilla.

Selkeästi tässä teen hommaa vaikeamman kautta, mutta tietotaito kasvaa    Tässä (minulla) toimiva esimerkki, tehty copypastella joten en tiedä mitä kaikki nuo optiot tekevät tai ovatko edes tarpeen:

Raspberry Pi:
>raspivid -o - -t 0 -w 1640 -h 1232 -fps 15 -b 5000000 | gst-launch-1.0 -e fdsrc ! h264parse ! rtph264pay pt=96 config-interval=5 ! queue max-size-bytes=0 max-size-buffers=0 max-size-time=5000000000 ! udpsink host=192.168.100.11 port=5010

Windows:
>gst-launch-1.0.exe udpsrc port=5010 ! application/x-rtp, payload=96 ! rtpjitterbuffer ! rtph264depay ! avdec_h264 ! fpsdisplaysink sync=false text-overlay=false

Linkki gstreameriin: https://gstreamer.freedesktop.org/

[Mikko_L]

Edistystä taas, nyt sain jo tallennettua videota.  Gstreamer ei toistaiseksi tahdo näyttää kameran kuvaa sekä tallentaa videota samanaikaisesti, mutta kumpikin onnistuu erikseen.  Kuukin on taas sopivasti taivaalla joten kokeilin siihen; ilman seurantaa Kuu kulkee kuvakentän poikki parissa minuutissa.

Värit kamerassa ovat hakusessa, vain keskellä 1/3 kennosta ne ovat jotakuinkin oikein ja reunoilla näkyy violetti hohde.  Hämärässä automaattivalotus ja väritasapaino soutavat miten sattuu, voikohan niitä jotenkin lukita aloilleen?  Tarkennuksen kohdille saaminen on myös näppihommaa eikä huono seeing auta asiaa, kun Kuu on kattojen yllä 14 asteen korkeudella.

Mutta kaikesta huolimatta tässä raakaruutu ensimmäisestä Kuu-videosta, copy-pastella VLC playerin ikkunasta!

[Zalama]

Sain säädettyä vihdoin kameran kanssa ja sattui tulemaan myös kirkas taivas.

Sijainti kuvaamiselle ei olle mikään otollinen sillä valosaastetta on paljon. Suunnittelin jos tämän saisi sijoitettua mökille jonkinlaiseksi taivaskameraksi.

Opettelin lähinnä käyttämään ja kokeilin eri asetuksia. Kokeilin myös kännyköille tarkoitetulla kalansilmä objektiivilla (päälle lätkäistynä). Tässä siis pari esimerkkiä:

[Mikko_L]

Aika himmeitä tähtiä sait jo kuvaan, millaista valotusaikaa pystyit käyttämään? Vai tekeekö IR-suodattimen puute eron?

Jännä että kameran värit ovat tasaiset koko kuvakentässä sen omalla linssillä, mutta linssi poistettuna kaukoputkessa se värjää reunat violettiin päin. Kokeilin kennon eteen printattua hajavalosuojaa mutta se ei vaikuttanut asiaan. Olisiko valon tulokulmalla merkitystä, jos kenno on suunniteltu pienille/nopeille linsseille?

-Mikko

[JVO]

Ainakin Hoyan IR-blokkisuotimessa on niin että väri on paljolti tulokulmasta riippuvainen. Sivusta tulevat säteet muuttuvat vihreiksi.

[Zalama]

Aika himmeitä tähtiä sait jo kuvaan, millaista valotusaikaa pystyit käyttämään? Vai tekeekö IR-suodattimen puute eron?

Jännä että kameran värit ovat tasaiset koko kuvakentässä sen omalla linssillä, mutta linssi poistettuna kaukoputkessa se värjää reunat violettiin päin. Kokeilin kennon eteen printattua hajavalosuojaa mutta se ei vaikuttanut asiaan. Olisiko valon tulokulmalla merkitystä, jos kenno on suunniteltu pienille/nopeille linsseille?

-Mikko

Tuossa tiedostonnimissä näkyy tärkemmät tiedot eli nuo esimerkit ISO 3200 ja 6400 asetuksilla ja 3-10s valoituksilla.