Exposición prolongada y fotografía astronómica con Raspberry Pi: 13 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

La astrofotografía es la fotografía de objetos astronómicos, eventos celestes y áreas del cielo nocturno. Además de registrar los detalles de la Luna, el Sol y otros planetas, la astrofotografía tiene la capacidad de capturar objetos invisibles para el ojo humano, como estrellas tenues, nebulosas y galaxias. Esto nos fascinó porque los resultados obtenidos son impresionantes y se pueden lograr con tomas de larga exposición.

Para ampliar la versatilidad de una cámara normal, decidimos diseñar y construir un módulo alimentado por Raspberry Pi que se pueda conectar a una cámara DSLR. Esto le permite al fotógrafo preestablecer ciertas variables automatizando así el proceso de captura durante períodos prolongados. Aparte de las imágenes fijas de astrofotografía, este módulo puede generar rastros de estrellas con la ayuda de un programa incorporado y también puede crear lapsos de tiempo.

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Paso 1: descripción general del módulo

El programa que creamos maneja tres procesos distintos:

El front-end de la aplicación o la interfaz gráfica de usuario: esto es lo que el usuario utilizará para interactuar y controlar el módulo

Controlar la cámara: esta es la parte del programa que es responsable de activar la cámara en el momento correcto durante la cantidad de tiempo adecuada

Procesamiento de imágenes: esta es la sección del programa que es responsable de combinar y fusionar las imágenes tomadas en una hermosa imagen de rastro de estrellas o en un video de lapso de tiempo

La GUI recopila parámetros como el intervalo entre imágenes y el tiempo de exposición de la cámara por parte del usuario. Luego le indica a la cámara que capture imágenes en función de estos factores. Una vez capturadas todas las imágenes, se lleva a cabo el posprocesamiento. Y el resultado final se almacena en la memoria interna de la raspberry pi para que el usuario acceda a través de la nube o localmente.

Paso 2: Materiales necesarios

El hardware para este proyecto es bastante sencillo, la siguiente lista contiene todos los materiales necesarios.

Electrónica y hardware:

• Frambuesa pi
• Pantalla táctil LCD
• Pernos M3 x 8
• Inserciones calefactadas M3 x 8
• Una cámara que existe en la siguiente lista (https://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php)
• Un banco de energía estándar para alimentar el sistema en áreas donde es posible que no se pueda acceder fácilmente a un enchufe

Programar y configurar la Raspberry Pi requerirá algunos periféricos:

• Un mouse y un teclado
• Un monitor HDMI externo

Paso 3: Piezas impresas en 3D

Imprimimos en 3D un estuche para contener todos los componentes y diseñamos una abrazadera para montar el módulo en un trípode normal. Las piezas toman alrededor de 20 horas de tiempo de impresión y hemos vinculado un archivo para los siguientes archivos STL a continuación.

• Estuche para Raspberry Pi x 1, 20% de relleno
• Cubierta x 1, 20% de relleno
• Montaje en trípode x 1, 40% de relleno
• Abrazadera de trípode x 1, 40% de relleno

Una vez que las piezas impresas están listas, se pueden sacar con cuidado los soportes.

Paso 4: incrustación de los insertos térmicos

Para fortalecer los orificios de montaje de plástico, incorporamos inserciones térmicas. Con un soldador, empuje suavemente los insertos hasta que queden al ras con la superficie superior. Repita el proceso para los ocho orificios de montaje mientras se asegura de que el perno se enrosque fácilmente y esté perpendicular.

Paso 5: Montaje de la Raspberry Pi y la pantalla

Usando pernos M3, asegure la frambuesa pi en su lugar usando los orificios de montaje correspondientes. Luego, conecte la pantalla alineando las clavijas del conector. Por último, coloca la tapa sobre la pantalla y aprieta los tornillos. El módulo ya está listo para que se cargue el software.

Paso 6: Fijación al trípode

Para que el módulo sea fácilmente accesible a la cámara, decidimos colocarlo en el trípode. Diseñamos un soporte de montaje personalizado que se adapta a un trípode estándar. Simplemente use dos tornillos para sujetar el soporte alrededor de una pata del trípode. Esto permite colocar y quitar el módulo con facilidad.

Paso 7: Configuración del sistema operativo de Raspberry Pi

La raspberry pi del módulo está ejecutando un sistema operativo basado en Debian llamado Raspbian. En el momento de Instructable, la última versión del sistema operativo es Raspbian Buster, que es lo que decidimos usar. El sistema operativo se puede descargar mediante el siguiente enlace. (Raspbian Buster OS) Asegúrese de descargar la opción que dice "Raspbian Buster con escritorio y software recomendado" porque algunos de los programas recomendados serán útiles para este proyecto. Una vez descargada la carpeta comprimida, necesitará una tarjeta micro SD con una memoria de entre 16 y 32 GB.

Para actualizar la tarjeta SD con el sistema operativo, recomendamos usar el software Balena Etcher, ya que es fácil de usar. Se puede descargar desde el siguiente enlace. (Balena Etcher) Una vez que abra el software, se le indicará que seleccione la carpeta comprimida que acaba de descargar, luego conecte la tarjeta SD a su computadora, y el software debería detectar automáticamente, finalmente haga clic en el icono de flash. El proceso debería tomar de 2 a 3 minutos. Una vez completado, desconecte la tarjeta de memoria y conéctela a su raspberry pi.

Conecte la raspberry pi a un monitor externo con un cable HDMI y conecte un mouse y un teclado a través de los puertos USB. Finalmente, encienda el pi usando el puerto micro-USB y un adaptador de 5v, y el pi debería comenzar el proceso de arranque. El sistema operativo lo guiará a través de las actualizaciones necesarias y otras configuraciones, como conectarse a una red inalámbrica y configurar la fecha y la hora, simplemente siga las instrucciones. Una vez que se completa el proceso, ha configurado el sistema operativo en su pi y ahora puede usarlo como una computadora normal.

Paso 8: Bibliotecas y requisitos adicionales

Para asegurarse de que el programa se ejecute, raspberry pi requiere la instalación de algunas bibliotecas y dependencias. Aquí hay una lista de todos ellos (nota: usamos python3 para este proyecto y le recomendamos que haga lo mismo):

• Tkinter (esto viene incorporado cuando descargó Python)
• PIL (esto también viene preinstalado con python)
• sh
• OpenCV
• gphoto2

Antes de instalar cualquier paquete, recomendamos actualizar el sistema operativo de la raspberry pi usando el comando sudo apt-get update. La biblioteca sh se puede descargar e instalar abriendo una terminal y usando el siguiente comando:

sudo pip3 instalar sh

Para instalar el paquete gphoto2 simplemente use el siguiente comando:

sudo apt-get install gphoto2

Descargar e instalar el paquete OpenCV es un proceso un poco más largo. Recomendamos utilizar el siguiente enlace, que lo guía a través de los pasos y proporciona todos los comandos con gran detalle: https://www.pyimagesearch.com/2018/09/26/install-opencv-4-on-your-raspberry- Pi/

Paso 9: controladores adicionales para la pantalla táctil integrada

La pantalla táctil integrada requiere una configuración simple para que funcione. Encienda la raspberry pi y abra una terminal y use los siguientes comandos:

• sudo rm -rf pantalla LCD
• clon de git
• chmod -R 755 pantalla LCD
• cd pantalla LCD /
• sudo./LCD35-show

Una vez que ingresó el último comando, su monitor externo debería quedar en blanco y el pi debería iniciarse y mostrar el escritorio en la pantalla táctil integrada. Para volver a su monitor externo, abra una ventana de terminal en la pantalla integrada y use los siguientes comandos.

• chmod -R 755 pantalla LCD
• cd pantalla LCD /
• sudo./LCD-hdmi

Paso 10: Ejecución del programa del módulo Timelapse

En primer lugar, conecte la raspberry pi a un banco de energía externo, utilizando el puerto de alimentación. Para ejecutar el programa, descargue y descomprima la carpeta comprimida que se adjunta a continuación. Copie toda la carpeta en el escritorio de la raspberry pi. Para ejecutar el programa y la GUI, abra el archivo llamado UI.py y la GUI debería aparecer en la pantalla táctil de la raspberry pi.

A continuación, conecte la cámara a la raspberry pi mediante un cable USB. Mantenga los valores predeterminados en la GUI y haga clic en el botón de inicio. Esto debería disparar la cámara 5 veces a intervalos de 2 segundos. Una vez completado, puede ver las fotos que ha tomado la cámara en la carpeta Imágenes.

Solución de problemas: en caso de que la cámara no se active, asegúrese de que el modelo de su cámara esté presente en la siguiente lista. https://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php Si su cámara está en esta lista, asegúrese de que las conexiones sean seguras y de que la cámara esté encendida.

Paso 11: Configuración de cámara recomendada para fotografía astronómica

Aquí hay algunos ajustes de la cámara que recomendamos al hacer astrofotografía.

• Tu cámara debe estar en enfoque manual y establecer el enfoque al infinito
• Monte la cámara en un trípode
• La configuración de la cámara debe estar en modo manual
• Velocidad de obturación: 15-30 segundos
• Apertura: lo más bajo posible para su lente, f-2.8 es ideal
• ISO: 1600-6400

Aparte de la configuración de la cámara, asegúrese de tener cielos despejados. Idealmente, uno también debería estar en el campo lejos de todas las luces de la ciudad para obtener resultados ideales.

Paso 12: Comprensión de la GUI

La GUI contiene tres valores que el usuario puede ajustar:

El tiempo de exposición determina la velocidad de obturación de su cámara. Por ejemplo, cuando esté fotografiando estrellas en el cielo nocturno, se recomienda una velocidad de obturación de 15 a 30 segundos; en tales casos, establezca este valor en 30 segundos. Si el tiempo de exposición es inferior a 1 segundo, puede mantener el valor en 0

El tiempo de intervalo determina la cantidad de tiempo que desea entre dos exposiciones. En el caso de lapsos de tiempo, recomendamos un intervalo de tiempo de entre 1 y 5 minutos

Número de exposiciones determina la cantidad de fotografías que le gustaría tomar para el lapso de tiempo. Los videos estándar se reproducen a aproximadamente 30 fps, lo que significa que si hace clic en 30 imágenes, obtendrá un segundo de video. En base a esto, el usuario puede decidir la cantidad de imágenes que se requieren

La interfaz de usuario presenta una interfaz que se explica por sí misma. Los botones de flecha se utilizan para incrementar o disminuir los valores y el botón de inicio cuando se finalizan los parámetros. Esto activa la cámara que ya debería estar conectada a través de uno de los puertos USB del pi. Luego, las imágenes se guardan en la memoria de la Raspberry Pi, donde se pueden realizar más modificaciones.

Paso 13: al infinito y más allá

Después de haber utilizado este módulo con frecuencia, estamos contentos con los resultados obtenidos. Con un poco de experiencia en astrofotografía, se pueden capturar hermosas imágenes fijas. Esperamos que este proyecto haya sido útil, si te gustó, apóyanos con un voto.

¡Haciendo feliz!

Finalista en el Concurso Raspberry Pi 2020