Uma câmera multiespectral Raspberry Pi: 8 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Uma câmera multiespectral pode ser uma ferramenta útil para detectar estresse em plantas ou reconhecer diferentes espécies em vez das diferenças nas assinaturas de refletância das plantas em geral. Se combinada com um drone, a câmera pode fornecer os dados para NDVIs (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada), criar mosaicos de fazendas, florestas ou bosques, entender o consumo de nitrogênio, criar mapas de produção e assim por diante. Mas as câmeras multiespectrais podem ser caras e seu preço é diretamente proporcional ao tipo de tecnologia que implementam. Uma abordagem tradicional à espectrometria é usar várias câmeras com filtros passa-banda longos ou curtos que permitem que o espectro necessário passe enquanto bloqueia os outros. Existem dois desafios para essa abordagem; primeiro, você precisa acionar as câmeras ao mesmo tempo ou o mais próximo possível; e em segundo lugar, você precisa registrar (mesclar imagens camada após camada) as imagens para que possam formar uma composição final com as bandas desejadas nela. Isso significa que um grande pós-processamento precisa ser feito, consumindo tempo e recursos (usando software caro como o arcmap, mas não necessariamente). Outras abordagens lidaram com isso de maneiras diferentes; Desenvolvimentos recentes de tecnologia em nível de processador permitiram a criação de sensores CMOS de varredura com filtros de banda integrados no layout do sensor. Outra abordagem é usar um divisor de feixe (prisma) que direcionaria os diferentes feixes de luz para um sensor diferente. Todas essas tecnologias são extremamente caras e, portanto, fora do alcance de exploradores e fabricantes. O módulo de computação Raspberry pi e sua placa de desenvolvimento oferecem uma resposta barata para algumas dessas perguntas (mas não todas).

Etapa 1: Habilitando as câmeras

Certifique-se de seguir as etapas para configurar as câmeras no CM, conforme indicado nos seguintes tutoriais:

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

Acione as duas câmeras ao mesmo tempo usando:

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

Use o seguinte tópico se por algum motivo não funcionar:

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

Mais instruções caso você esteja começando do zero com o CM aqui:

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

Etapa 2: comunicação serial sem fio

Compre um conjunto de rádios de telemetria como estes:

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

Esses rádios têm quatro fios: Terra (preto), TX, RX, VCC (vermelho). Descasque uma extremidade dos cabos e use conectores fêmeas que se encaixem nos pinos GPIO. Conecte o conector preto ao aterramento, vermelho a 5 V, TX ao pino 15 e RX ao pino 14 do cabeçalho J5 GPIO da placa de desenvolvimento do módulo de computação.

Certifique-se de definir a taxa de transmissão para 57600 e de que seu computador host reconheceu e adicionou o rádio como COM (no Windows, use o gerenciador de dispositivos para isso). Se estiver usando Putty, escolha serial, a porta COM (3, 4 ou o que quer que esteja em seu computador), e defina a taxa de transmissão para 57600. Ligue seu CM e depois que terminar de carregar, clique em entrar em seu computador se não Não vejo nenhum texto proveniente da conexão. Se você notar algum texto truncado, vá e verifique /boot/cmdline.txt. A taxa de transmissão deve ser 57600. se houver mais problemas, consulte o seguinte tutorial:

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

Etapa 3: as câmeras …

Você pode realmente usar as câmeras em sua configuração original, mas caso contrário, será necessário modificá-las para acomodar as lentes M12. Lembre-se de que as câmeras raspberry pi V1 e V2 são um pouco diferentes, portanto, os suportes M12 antigos não funcionarão em câmeras novas. Além disso, ocorreram alguns problemas ao acionar as novas câmeras em paralelo. Se você tiver algum desses problemas, verifique este tópico no fórum do raspberry pi:

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

Em qualquer caso, um sudo rpi-update deve corrigir o problema.

O suporte da lente M12 pode ser 'retificado' com uma Dremel para encaixar o conector do sensor CMOS na placa da câmera. Desparafuse a lente original e coloque a nova lente sobre o suporte M12. Para obter melhores resultados, você pode se livrar totalmente do adaptador de lente original, mas pode não valer a pena o trabalho devido ao risco de danificar o sensor. Destruí pelo menos seis placas de câmera antes de conseguir me livrar do suporte de plástico que fica acima do sensor CMOS.

Etapa 4: conexão wi-fi e armazenamento extra

A placa de desenvolvimento CM possui apenas uma porta USB; como resultado disso, você deve usá-lo com muita sabedoria, por exemplo, conexão wifi. Se você quiser contornar isso, terá que usar suas habilidades com o ferro de soldar e conectar um conector USB duplo sob a placa de desenvolvimento, onde o USB é soldado. Se você está usando o mesmo que eu tenho

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

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

Basta seguir a ordem dos cabos na imagem.

Uma vez feito isso, conecte seu módulo wi-fi à porta dupla, ligue o CM e veja se o módulo wi-fi está funcionando corretamente.

É mais fácil conectar um cartão SD do que uma unidade USB, então compre algo assim:

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

Para montar o novo armazenamento externo, siga este tutorial cuidadosamente:

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

Agora você tem 2 portas USB, armazenamento extra e conexão wi-fi.

Etapa 5: imprimir o caso

Use ABS

Etapa 6: junte as peças

Antes de montar a câmera, conecte um monitor e teclado ao CM e foque as lentes. A melhor maneira de fazer isso é usar o seguinte comando:

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

Isso faz com que a câmera funcione para sempre, portanto, observando sua tela, aperte a lente até que esteja focada. Lembre-se de fazer isso com a outra câmera, alterando o comando -cs de 0 para 1.

Assim que as lentes estiverem focadas, coloque uma pequena gota de cola entre as lentes e o suporte M12 para evitar qualquer movimento das lentes. Faça o mesmo ao colocar as lentes no estojo. Certifique-se de que ambas as lentes estejam alinhadas o máximo possível.

Use uma furadeira para abrir um orifício na lateral da caixa e passe pela antena do rádio. Coloque o rádio com segurança usando fita dupla-face e conecte-o ao GPIO.

Coloque a placa de desenvolvimento CM dentro da caixa e prenda-a com 4 extensores hexagonais de metal de 10 mm. Prenda os adaptadores do conector da câmera para que eles não saltem livremente para dentro.

Etapa 7: Configure o Dropbox-Uploader, instale o Camera Script

Instale o dropbox_uploader seguindo as instruções fornecidas aqui

github.com/andreafabrizi/Dropbox-Uploader

Use um script semelhante ao da imagem.

Etapa 8: Produto Final

A câmera final pode ser colocada sob um drone de tamanho médio (650 mm ⌀) ou ainda menor. Tudo depende da configuração. A câmera não pesa mais do que 350-400 gramas.

Para alimentar a câmera, você terá que fornecer uma bateria separada ou conectar a câmera ao painel de alimentação de seu drone. Tenha cuidado para não exceder os requisitos de energia da placa CM. Você pode usar os seguintes itens para alimentar sua câmera:

www.adafruit.com/products/353

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

Você também pode construir o suporte e os amortecedores antivibração de acordo com as especificações do drone.

Depois de tirar as primeiras fotos, use um programa GIS como Qgis ou Arcgis Map para registrar suas imagens. Você também pode usar o matlab.

Feliz vôo!