Una cámara multiespectral Raspberry Pi: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Una cámara multiespectral puede ser una herramienta útil para detectar el estrés en las plantas o reconocer diferentes especies en lugar de las diferencias en las firmas de reflectancia de las plantas en general. Si se combina con un dron, la cámara puede proporcionar los datos para NDVI (índice de vegetación de diferencia normalizada) rápidos, crear mosaicos de granjas, bosques o zonas boscosas, comprender el consumo de nitrógeno, crear mapas de rendimiento, etc. Pero las cámaras multiespectrales pueden ser costosas y su precio es directamente proporcional al tipo de tecnología que implementan. Un enfoque tradicional de la espectrometría es utilizar varias cámaras con filtros de paso de banda largos o cortos que permiten que el espectro requerido pase a través mientras bloquea a los demás. Hay dos desafíos para ese enfoque; primero, debe activar las cámaras al mismo tiempo o lo más cerca posible; y en segundo lugar, debe registrar (fusionar imágenes capa tras capa) las imágenes para que puedan formar una composición final con las bandas deseadas en ella. Esto significa que se debe realizar una gran cantidad de posprocesamiento, lo que consume tiempo y recursos (utilizando software costoso como arcmap, pero no necesariamente). Otros enfoques han abordado esto de diferentes maneras; Los recientes desarrollos tecnológicos a nivel de procesador han permitido la creación de sensores CMOS de escaneo con filtros de banda integrados en el diseño del sensor. Otro enfoque es utilizar un divisor de haz (prisma) que dirija los diferentes haces de luz a un sensor diferente. Todas estas tecnologías son extremadamente caras y, por lo tanto, están fuera del alcance de exploradores y creadores. El módulo de cómputo Raspberry pi y su placa de desarrollo ofrecen una respuesta económica a algunas de estas preguntas (aunque no a todas).

Paso 1: habilitar las cámaras

Asegúrese de seguir los pasos para configurar las cámaras en el CM como se indica en los siguientes tutoriales:

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

Dispare ambas cámaras al mismo tiempo usando:

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

Utilice el siguiente tema si por alguna razón no funcionó:

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

Más instrucciones en caso de que empiece desde cero con el CM aquí:

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

Paso 2: comunicación en serie inalámbrica

Compre un conjunto de radios de telemetría como estos:

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

Estas radios tienen cuatro cables: Tierra (negro), TX, RX, VCC (rojo). Despegue un extremo de los cables y use conectores hembra que se ajusten a los pines GPIO. Conecte el conector negro a tierra, rojo a 5V, TX al pin 15 y RX al pin 14 del encabezado J5 GPIO de la placa de desarrollo del módulo de cómputo.

Asegúrese de establecer la velocidad en baudios en 57600 y de que su computadora host haya reconocido y agregado la radio como COM (en Windows, use el administrador de dispositivos para eso). Si usa Putty, elija serial, el puerto COM (3, 4 o lo que sea que esté en su computadora), y configure la velocidad en baudios en 57600. Encienda su CM y después de que termine de cargarse, haga clic en Enter en su computadora si no lo hace. No veo ningún texto procedente de la conexión. Si nota algún texto distorsionado, vaya y consulte /boot/cmdline.txt. La velocidad en baudios debe ser 57600. Si surge algún otro problema, consulte el siguiente tutorial:

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

Paso 3: las cámaras …

En realidad, puede usar las cámaras en su configuración original, pero si no es así, deberá modificarlas para que se adapten a las lentes M12. Tenga en cuenta que las cámaras raspberry pi V1 y V2 son ligeramente diferentes, por lo que los antiguos soportes M12 no funcionarán en cámaras nuevas. Además, hubo algunos problemas al activar las nuevas cámaras en paralelo, si experimenta alguno de estos problemas, consulte este tema en el foro de raspberry pi:

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

En cualquier caso, una actualización de sudo rpi debería solucionar el problema.

El soporte de la lente M12 se puede "moler" con una Dremel para ajustar el conector del sensor CMOS con la placa de la cámara. Desatornille la lente original y coloque la nueva lente sobre el soporte M12. Para obtener mejores resultados, puede deshacerse por completo del adaptador de lente original, pero puede que no valga la pena el trabajo a la luz del riesgo que implica dañar el sensor. Destruí al menos seis placas de cámara antes de lograr deshacerme del soporte de plástico que se encuentra sobre el sensor CMOS.

Paso 4: Conexión Wifi y almacenamiento adicional

La placa de desarrollo CM tiene un solo puerto USB; como resultado de eso, debes usarlo muy sabiamente, p. ej. conexión wifi. Si desea evitar eso, tendrá que usar sus habilidades de soldador y conectar un conector USB dual debajo de la placa de desarrollo, donde se suelda el USB. Si estás usando lo mismo que tengo

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

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

Simplemente siga el orden de los cables en la imagen.

Una vez hecho esto, conecte su módulo wifi al puerto dual, encienda el CM y vea si el módulo wifi funciona correctamente.

Es más fácil conectar una tarjeta SD que una unidad USB, así que compre algo como esto:

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

Para montar el nuevo almacenamiento externo, siga este tutorial con atención:

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

Ahora tienes 2 puertos USB, almacenamiento adicional y conexión wifi.

Paso 5: imprima el estuche

Utilice ABS

Paso 6: junte las piezas

Antes de montar la cámara, conecte un monitor y un teclado al CM y enfoque las lentes. La mejor forma de hacerlo es utilizar el siguiente comando:

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

Eso hace que la cámara funcione para siempre, por lo que, al observar la pantalla, apriete la lente hasta que esté enfocada. Recuerde hacer eso con la otra cámara cambiando el comando -cs de 0 a 1.

Una vez que las lentes estén enfocadas, coloque una pequeña gota de pegamento entre la lente y el soporte de la lente M12 para evitar cualquier movimiento de la lente. Haga lo mismo mientras coloca las lentes en el estuche. Asegúrese de que ambas lentes estén alineadas tanto como sea posible.

Use un taladro para abrir un agujero en el costado de la caja y póngalo a través de la antena de radio. Coloque la radio de forma segura con cinta adhesiva de doble cara y conéctela al GPIO.

Coloque la placa de desarrollo CM dentro de la carcasa y fíjela con 4 extensores hexagonales de metal de 10 mm. Asegure los adaptadores del conector de la cámara para que no reboten libremente en el interior.

Paso 7: Configure Dropbox-Uploader, instale la secuencia de comandos de la cámara

Instala dropbox_uploader siguiendo las instrucciones que se proporcionan aquí.

github.com/andreafabrizi/Dropbox-Uploader

Utilice un guión similar al de la imagen.

Paso 8: Producto final

La cámara final se puede colocar debajo de un dron de tamaño mediano (650 mm ⌀) o incluso más pequeño. Todo depende de la configuración. La cámara no pesa más de 350-400 gramos.

Para alimentar la cámara, deberá proporcionar una batería separada o conectar la cámara a la placa de alimentación de su dron. Tenga cuidado de no exceder los requisitos de energía de la placa CM. Puede utilizar los siguientes elementos para alimentar su cámara:

www.adafruit.com/products/353

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

También puede construir el soporte y los amortiguadores antivibración de acuerdo con las especificaciones de su dron.

Una vez que haya tomado las primeras fotografías, utilice un programa GIS como Qgis o Arcgis Map para registrar sus imágenes. También puede utilizar matlab.

¡Feliz vuelo!