【OpenQCam】樹莓派迷你開源相機

Description

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作者:Jack Hsu

創意發想

多年來,從網路上找到許多幫助我完成工作的參考資料或是程式片段,但自己卻從未貢獻過,在討論區回覆都沒有,實在有點不好意思。這是我的第一個開源專案,與其說是開源,不如說是我把網路上找到的一堆可用破碎片段,重新整理好並實做出來。此次選擇用中文撰寫,是為了方便大家閱讀,因為網路上許多有用的內容多半用英文。未來或許會再加寫英文版本提供更多網友使用,若有網友願意協助翻譯成各國文,亦歡迎連結推廣。

創作架構

本專案利用樹莓派 Pi Zero W、500 萬素相機模組、2.2 吋 SPI 介面 QVGA (320*240 像素)解析度 TFT LCD、OpenCV (C++版本),完成一台迷你可愛版數位相機【OpenQCam】,有兩個按鍵及兩個 LED,可按鈕拍照、儲存並同步顯示在 TFT LCD 上。做為後續開發更進階的小型嵌入式智慧型攝影機、電腦(機器)視覺、 人工智慧影像分析應用的軟硬體前置環境建立,大家可依此架構再擴展成自己想要的功能。

材料準備

  • 樹莓派 Pi Zero W 一片
  • 樹莓派 Pi Zero 專用 500 萬畫素相機
  • 16GB 記憶卡一張
  • SPI 介面 2.2 吋 TFT LCD(QVGA 320*240) 一片
  • 雙面洞洞板 一片
  • 90 度按鍵 兩個
  • 紅色、綠色 LED 各一個
  • 10k 及 220 歐姆 1/4W 電阻 各二個
  • 40 (20 pin 雙排)pin 2.54 mm 間距公、母排針 各一組
  • 20 (pin 單排)pin 2.54 mm 間距公、母排針 各一組
  • 5V變壓器及Micro USB連接線一組
  • HDMI 顯示幕及 Mini HDMI 轉大頭 HDMI 連接線 一組
  • 無線鍵盤滑鼠及 USB OTG 連接線 一組
  • 可選購Pi Zero CPU專用散熱片一組

硬體線路圖

本專案的線路基本上不難,如下圖左邊線路圖所示。主要是連接樹莓派Pi Zero GPIO到 LCD 模組、按鍵及 LED。另外,留有一組接頭和 LCD 模組信號線並聯,方便與邏輯分析儀連接,分析問題用。原則上可不必接,但為方便工作,可選擇自行以雙面洞板自行焊接,接線方式如下圖右邊線路圖所示。

藍色為實際焊在板上的裸銅線, 紅色線為跳線(有膠皮絕緣線),請注意勿和其它線短路,以免電路無法正常工作。 若要全部用 OK 線(有膠皮鍍銀線)焊接亦可。實在不熟悉焊接工作,可使用杜邦端子線連接或用麵包板依電路圖連線亦可,只是無法像一台相機拿在手上操作。

電路上的SW1 & SW2可直接按鍵操作或者以外部觸發(Strob)信號連接亦可,但請注意系統目前以3.3V為主要控制電源。因此,當外部觸發信號GPIO 21(SW1)或 GPIO 26(SW2))提供 3.3V 時,相當於按鍵被按下。另外, LED 1 & 2 可做為指示信號燈或推動閃光燈,不過由樹莓派 GPIO 的輸出電流很小(10~20mA),要推動大電流的燈具時,要額外接電晶體來放大驅動電流,避免把 GPIO 埠燒壞。

應用實例

通常傳統監視攝影機解析度並不高,大約 30 萬畫像素(VGA)至二百萬畫像素(FHD)左右。若要監看較大範圍或特定小區域,會需要用到 PTZ 攝影機,由於攝影機要搭配致動機構(馬達、齒輪等)來使攝影機可以左右移動(PAN)、上下移動(Tilt)及調整光學倍率縮放(Zoom),通常價格也會高出一般固定式攝影機許多。

隨著攝影機取像晶片的進步,解析度已高出顯示器許多。常見 FHD(2K)約二百萬畫像素(1920*1080); 4K 顯示器大約是八百萬畫像素;高端攝影機可以高達五千萬甚至一億畫像素,但高過顯示器的解析度明顯就變成有些浪費。因此,許多廠商提出只需一隻固定式定焦(倍率不變)的高解析度攝影機, 不須任何額外致動機構及元作,在高解析度影像中截剪(Crop)出顯示器所需 內容來顯示,即可取代部份 PTZ 攝影機使用場合,而這樣的技術就稱為電子式或數位式 PTZ,簡稱 ePTZ。

Resource

本專案是做為後續利用 OpenCV 進行影像辨識的很好入門平台,程式的相關註解詳見各程式原始碼。受限於個人能力有限,撰文上難免產生誤解或疏漏,如有任何問題歡迎留言或來信指教!

更多詳細教學(作業系統、程式相關註解)如下:
OpenQCam 樹莓派迷你開源相機
OpenQCam樹莓派開源迷你相機之ePTZ之應用實例

Jack Hsu

Jack Hsu

工作經驗超過二十年,主要專長機電整合、電腦視覺、人機互動、人工智慧、專利分析及新創輔導。曾任機電整合工程師、機器視覺研發副理、技轉中心商業發展經理。目前擔任多家公司兼任技術顧問並積極推廣實境互動相關技術。
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  • Category
    Photography, Raspberry Pi

Project簡述

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    本專案利用樹莓派完成一台迷你可愛版數位相機【OpenQCam】,有兩個按鍵及兩個 LED,可按鈕拍照、儲存並同步顯示在 TFT LCD 上。做為後續開發更進階的小型嵌入式智慧型攝影機、電腦(機器)視覺、 人工智慧影像分析應用的軟硬體前置環境建立,大家可依此架構再擴展成自己想要的功能。
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