Kursy • Poradniki • Inspirujące DIY • Forum
Do tej pory omówiliśmy najważniejsze tematy związane z instalacją i konfiguracją Raspberry Pi. Pora wykorzystać zdobyte umiejętności i przejść do wykorzystywania peryferiów.
Zaczynamy od kamery! Dzięki niej możliwe jest między innymi robienie zdjęć, transmitowanie obrazu przez sieć i wykrywanie ruchu.
Wielu początkujących zastanawia się jak robić zdjęcia kamerą na Raspberry Pi, jak wykrywać ruch oraz jak transmitować obraz przez sieć. Właśnie te 3 scenariusze sprawdzimy w tej części kursu.
Do RPi można podłączyć wiele różnych kamer. My skupiamy się na wykorzystaniu kamery dedykowanej malince, czyli na Raspberry Pi Camera HD v2 (najnowszy model w momencie publikacji artykułu).
Wcześniejsze modele kamery (oznaczone numerem 1) pracowały z niższą rozdzielczością i używały innego układu do akwizycji obrazu.
Na początek kilka słów o parametrach technicznych kamery:
Kamera niewątpliwie charakteryzuje się niewielkimi wymiarami oraz masą, dzięki czemu łatwo może być wykorzystana we własnych konstrukcjach. Oferuje przy tym wysoką rozdzielczość (8 Mpx) oraz sprzętową akcelerację kodowania obrazu (JPEG i H.264).
Kamera używana w kursie.
Większość kamerek używa interfejsu USB, który jest stosunkowo powolny, więc może powodować pewne problemy. Co więcej, kamera korzystająca z USB powoduje bardzo duże wykorzystanie pasma tego interfejsu, co może utrudniać pracę innych urządzeń podłączonych do tej magistrali.
Komplet elementów Gwarancja pomocy Wysyłka w 24h
Elementy niezbędne do wykonania wszystkich ćwiczeń z kursu podstaw Rasberry Pi dostępne są w formie gotowych zestawów!
Zamów w Botland.com.pl »Moduł Raspberry Pi Camera HD korzysta z interfejsu CSI (ang. Camera Serial Interface), który jest dedykowany właśnie do kamer. Dzięki temu całość nie obciąża magistrali USB. Co więcej interfejs ten jest wspierany przez akcelerator graficzny (GPU) wbudowany w Raspberry Pi.
Więcej o interfejsie CSI można przeczytać na stronie ze specyfikacją tego interfejsu.
Zaczynamy od podłączenia kamery, co ogranicza się jedynie do wpięcia taśmy:
Uwaga! Nie ma znaczenia, po której stronie taśmy znajdują się nadrukowane teksty. Zależnie od serii mogą one być umieszczane po dowolnej stronie. Przy podłączeniu zwracamy uwagę jedynie na położenie srebrnych styków wskazanych powyżej!
Podczas podłączania taśmy należy: podnieść blokadę złącza, wsunąć taśmę i docisnąć blokadę złącza. Wciskanie lub wyciąganie przewodu bez podniesionej blokady może doprowadzić do uszkodzeń mechanicznych!
Sposób montażu kamery w obudowie aktualnie nie jest najważniejszy. Można ją przykładowo przykręcić z przodu obudowy lub na górnej klapce. Nie trzeba się przejmować ułożeniem kamery, obraz można obrócić programowo. My do testów korzystaliśmy z takich dwóch ustawień:
Gdy wszystko będzie już podłączone, uruchamiamy Raspberry Pi i łączymy się z nią zdalnie przez SSH. Po starcie systemu konieczne jest włączenie obsługi nowego peryferium. W tym celu wykorzystujemy znany już nam program raspi-config:
|
1 |
sudo raspi-config |
W głównym menu wybieramy opcję Interfacing Options, a następnie Camera. Program zapyta czy chcemy uruchomić kamerę na co oczywiście się zgadzamy. Na końcu potwierdzamy również chęć zrestartowania malinki.
Zaczynamy od podstawowej funkcji, czyli robienia zdjęć. W tym celu wykorzystamy program raspistill. Podstawowe wykorzystanie programu do zrobienia zdjęcia jest proste. Wystarczy wpisać polecenie:
|
1 |
raspistill -o test.jpg |
Zamiast test.jpg możemy podać dowolną nazwę pliku. Zdjęcie zostanie zrobione dokładnie 5 sekund po wydaniu powyższego polecenia. Plik test.jpg zostanie zapisany w katalogu, z którego uruchomiliśmy program raspistill.
Korzystając z poznanego wcześniej polecenia ls możemy sprawdzić czy plik faktycznie powstał i ile miejsca zajmuje w pamięci. Zdjęcie jest "dość ciężkie", dokładna wielkość zależy od fotografowanego obrazu, jednak przeważnie należy się spodziewać kilku megabajtów.
Wynika to z ustawionej rozdzielczości - domyślnie jest to 3280x2464 pikseli (czyli 8Mpx).
Sprawdzamy czy zdjęcie faktycznie powstało.
Jeśli do malinki mielibyśmy podłączony monitor przez HDMI, to podczas robienia zdjęcia na ekranie zobaczylibyśmy podgląd obrazu z kamery. Podgląd widoku z kamery obsługiwany jest sprzętowo przez GPU, nie zużywa więc czasu procesora, ale nie jest widoczny jeśli łączymy się za pomocą VNC*.
*Aktualizacja: podgląd przez VNC nie jest domyślnie dostępny, ale można go włączyć korzystając z eksperymentalnej opcji, która znajduje się w ustawieniach serwera. W tym celu klikamy w ikonkę serwera VNC na RPi, a następnie rozwijamy menu (3 poziome kreski w prawym górnym rogu okna). Później klikamy w Options > Troubleshooting i zaznaczamy Enable experimental direct capture mode.
Po zaznaczeniu tej opcji wystarczy wykonać restart malinki. Od tej pory podczas robienia zdjęć (wydając polecenia przez VNC) widoczny będzie podgląd obrazu.
Dzięki tej opcji możliwy będzie podgląd obrazu widzianego przez kamerę.
Warto zobaczyć jak wyszło nam pierwsze zdjęcie. Jeśli mamy podłączony monitor lub używamy VNC do podglądu obrazu to wystarczy odszukać zdjęcie i kliknąć na nie dwa razy w celu wyświetlenia zdjęcia. Można również zainstalować inne programy pozwalające na podglądanie zdjęć (np. eog lub fbi).
Jeśli łączymy się z malinką zdalnie to najwygodniej będzie podejrzeć zdjęcie przez omówiony wcześniej WinSCP. Łączymy się z Raspberry Pi, ściągamy zdjęcie i oglądamy na naszym PC:
O to jest - nasze pierwsze zdjęcie wykonane za pomocą Raspberry Pi! Tym razem niestety zdjęcie wyszło obrócone, ale do tego jeszcze wrócimy.
Jeśli zdjęcia są rozmyte to kręcąc obiektywem kamery możemy zmienić ustawioną ostrość. Operację należy przeprowadzić bardzo delikatnie ręcznie lub jakimś małym narzędziem. Podczas regulacji warto zachować ostrożność, ponieważ łatwo zarysować soczewkę!
Osoby posiadające drukarki 3D mogą wydrukować sobie specjalny uchwyt do regulacji »
Element, którym kręcimy w celu regulacji ostrości.
Pierwszym parametrem, który warto poznać jest ten, który wyłączy nam podgląd - działa on tylko przy podpiętym monitorze, więc użyteczność tej funkcji jest ograniczona. Niechciany podgląd wyłączamy dodając opcję -n:
|
1 |
raspistill -n -o test.jpg |
Pewnym zaskoczeniem może być czas robienia zdjęcia. Nie ma już podglądu, ale nadal trzeba czekać 5 sekund. Na szczęście czas "robienia zdjęcia" można zmienić za pomocą opcji -t. Jej parametrem jest opóźnienie wykonania zdjęcia wyrażone w milisekundach.
Przetestujmy jak to działa:
|
1 |
raspistill -n -o test.jpg -t 100 |
Nie bez powodu użyliśmy opóźnienia 100 ms. Przy bardzo małych wartościach pojawiają się pewne problemy, np. użycie 1 ms daje czarny obraz, a niewielkie wartości powodują przekłamania kolorów. Prawdopodobnie automatyka balansu bieli potrzebuje kilku klatek dla dobrania ustawień. Stąd dla bezpieczeństwa ustawiamy 100 ms. Jest to czas, w którym kamera zdąży się uruchomić i ustawi odpowiednie opcje.
Jeśli chcemy obrócić obraz to nie musimy odkręcać kamery. Wystarczy skorzystać z parametru -rot, który obraca obraz o wybrany kąt będący wielokrotnością 90°.
|
1 |
raspistill -n -o test_obrot.jpg -t 100 -rot 180 |
Obrócone zdjęcie:
Obrócone zdjęcie z Raspberry Pi (nr rejestracyjne zostały zamazane ręcznie).
Czasem okazuje się, że uzyskany obraz jest odbity w pionie lub poziomie. Możemy oczywiście przerobić nasze urządzenie, jednak znaczenie łatwiej użyć opcji odbicia lustrzanego. Do dyspozycji mamy odbicie w poziomie (-hf), jak i w pionie (-vf):
|
1 |
raspistill -n -o test.jpg -t 100 -hf -vf |
Nie zawsze interesuje nas najwyższa rozdzielczość, możemy zaoszczędzić sporo miejsca zmniejszając wielkość pobieranego obrazu. Szerokość ustawiamy opcją -w, a wysokość za pomocą -h.
Przykładowo możemy wykonać zdjęcie w standardowej rozdzielczości VGA. Jeśli porównamy później wielkość utworzonych plików, szybko zobaczymy dużą różnicę np. 200kB zamiast 4MB.
|
1 |
raspistill -n -o test_VGA.jpg -t 100 -w 640 -h 480 |
Porównanie wielkości plików:
Zdjęcie wynikowe w małej rozdzielczości:
Zdjęcie VGA z Raspberry Pi (nr rejestracyjne zostały zamazane ręcznie).
Program raspistill może być uruchamiany automatycznie, np. co określony czas lub po wykryciu określonego zdarzenia. W takiej sytuacji wygodnie byłoby móc zapisywać wiele plików, a nie za każdym razem nadpisywać ten sam test.jpg. Program raspistill posiada dwie opcje pozwalające na użycie aktualnego czasu w nazwie pliku.
Opcja -dt pozwala na dodanie do nazwy pliku aktualnej daty i godziny. Natomiast parametr -ts dodaje tzw. timestamp, czyli liczbę sekund od 1 stycznia 1970 roku (jest to tradycyjna metoda reprezentacji czasu w systemach Unix). Aby wykorzystać te możliwości w nazwie pliku musimy wstawić znacznik %d, który zostanie zastąpiony datą zrobienia zdjęcia.
Dla testu możemy wydać dwa następujące polecenia:
|
1 2 |
raspistill -n -o test_%d.jpg -t 100 -dt raspistill -n -o test_%d.jpg -t 100 -ts |
U nas pierwsze polecenie utworzyło plik o nazwie test_121141040.jpg, a drugie test_1516543897.jpg (przetestowane 21 stycznia o 14:10:40).
Opcji programu jest jeszcze sporo, warto poświęcić chwilę na ich poznanie. Najważniejsze informacje znajdziemy w opisie, który pojawia się po wywołaniu polecenia raspistill bez żadnego parametru.
Za pomocą opisanych tam atrybutów można również zmieniać takie parametry jak ISO, balans bieli, jasność czy kontrast.
Szczegóły znaleźć można w opisie:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 |
pi@raspberrypi:~ $ raspistill raspistill Camera App v1.3.11 Runs camera for specific time, and take JPG capture at end if requested usage: raspistill [options] Image parameter commands -?, --help : This help information -w, --width : Set image width <size> -h, --height : Set image height <size> -q, --quality : Set jpeg quality <0 to 100> -r, --raw : Add raw bayer data to jpeg metadata -o, --output : Output filename <filename> (to write to stdout, use '-o -'). If not specified, no file is saved -l, --latest : Link latest complete image to filename <filename> -v, --verbose : Output verbose information during run -t, --timeout : Time (in ms) before takes picture and shuts down (if not specified, set to 5s) -th, --thumb : Set thumbnail parameters (x:y:quality) or none -d, --demo : Run a demo mode (cycle through range of camera options, no capture) -e, --encoding : Encoding to use for output file (jpg, bmp, gif, png) -x, --exif : EXIF tag to apply to captures (format as 'key=value') or none -tl, --timelapse : Timelapse mode. Takes a picture every <t>ms. %d == frame number (Try: -o img_%04d.jpg) -fp, --fullpreview : Run the preview using the still capture resolution (may reduce preview fps) -k, --keypress : Wait between captures for a ENTER, X then ENTER to exit -s, --signal : Wait between captures for a SIGUSR1 or SIGUSR2 from another process -g, --gl : Draw preview to texture instead of using video render component -gc, --glcapture : Capture the GL frame-buffer instead of the camera image -set, --settings : Retrieve camera settings and write to stdout -cs, --camselect : Select camera <number>. Default 0 -bm, --burst : Enable 'burst capture mode' -md, --mode : Force sensor mode. 0=auto. See docs for other modes available -dt, --datetime : Replace output pattern (%d) with DateTime (MonthDayHourMinSec) -ts, --timestamp : Replace output pattern (%d) with unix timestamp (seconds since 1970) -fs, --framestart : Starting frame number in output pattern(%d) -rs, --restart : JPEG Restart interval (default of 0 for none) Preview parameter commands -p, --preview : Preview window settings <'x,y,w,h'> -f, --fullscreen : Fullscreen preview mode -op, --opacity : Preview window opacity (0-255) -n, --nopreview : Do not display a preview window Image parameter commands -sh, --sharpness : Set image sharpness (-100 to 100) -co, --contrast : Set image contrast (-100 to 100) -br, --brightness : Set image brightness (0 to 100) -sa, --saturation : Set image saturation (-100 to 100) -ISO, --ISO : Set capture ISO -vs, --vstab : Turn on video stabilisation -ev, --ev : Set EV compensation - steps of 1/6 stop -ex, --exposure : Set exposure mode (see Notes) -fli, --flicker : Set flicker avoid mode (see Notes) -awb, --awb : Set AWB mode (see Notes) -ifx, --imxfx : Set image effect (see Notes) -cfx, --colfx : Set colour effect (U:V) -mm, --metering : Set metering mode (see Notes) -rot, --rotation : Set image rotation (0-359) -hf, --hflip : Set horizontal flip -vf, --vflip : Set vertical flip -roi, --roi : Set region of interest (x,y,w,d as normalised coordinates [0.0-1.0]) -ss, --shutter : Set shutter speed in microseconds -awbg, --awbgains : Set AWB gains - AWB mode must be off -drc, --drc : Set DRC Level (see Notes) -st, --stats : Force recomputation of statistics on stills capture pass -a, --annotate : Enable/Set annotate flags or text -3d, --stereo : Select stereoscopic mode -dec, --decimate : Half width/height of stereo image -3dswap, --3dswap : Swap camera order for stereoscopic -ae, --annotateex : Set extra annotation parameters (text size, text colour(hex YUV), bg colour(hex YUV)) -ag, --analoggain : Set the analog gain (floating point) -dg, --digitalgain : Set the digtial gain (floating point) Notes Exposure mode options : off,auto,night,nightpreview,backlight,spotlight,sports,snow,beach,verylong,fixedfps,antishake,fireworks Flicker avoid mode options : off,auto,50hz,60hz AWB mode options : off,auto,sun,cloud,shade,tungsten,fluorescent,incandescent,flash,horizon Image Effect mode options : none,negative,solarise,sketch,denoise,emboss,oilpaint,hatch,gpen,pastel,watercolour,film,blur,saturation,colourswap,washedout,posterise,colourpoint,colourbalance,cartoon Metering Mode options : average,spot,backlit,matrix Dynamic Range Compression (DRC) options : off,low,med,high Preview parameter commands -gs, --glscene : GL scene square,teapot,mirror,yuv,sobel,vcsm_square -gw, --glwin : GL window settings <'x,y,w,h'> |
Drugim równie ciekawym zastosowaniem dla kamery Raspberry Pi jest pakiet Motion, który pozwala między innymi transmitować obraz przez sieć. Co więcej, może on być również wykorzystany do śledzenia ruchu obiektów.
Zaczynamy od instalacji programu:
Przed instalacją warto wykonać sudo apt update - więcej w artykule o podstawach Linuksa »
|
1 |
sudo apt install motion |
Domyślnie instalowana wersja pakietu Motion nie ma wbudowanego wsparcia dla naszej kamery, więc musimy teraz zainstalować odpowiedni sterownik: Video4Linux (V4L). W tym celu, wydajemy poniższe polecenie, zwracając uwagę, że przedostatnim znakiem jest mała litera "L", a nie cyfra "1":
|
1 |
sudo modprobe bcm2835-v4l2 |
Teraz w katalogu /dev pojawi się nowe urządzenie, które będzie odpowiadało kamerce: /dev/video0.
Jest to standardowy interfejs używany przez kamery w systemie Linux!
Zainstalowany pakiet Motion posiada ogromne możliwości i mnóstwo dostępnych opcji. Domyślny plik z ustawieniami to /etc/motion/motion.conf. Dostęp do katalogu /etc wymaga praw administratora, więc plik edytujemy poleceniem:
|
1 |
sudo nano /etc/motion/motion.conf |
Po uruchomieniu pliku musimy wprowadzić kilka ważnych zmian. Po pierwsze odszukujemy linię, w której znajduje się opcja stream_localhost. Domyślnie jest ona włączona (on), zmieniamy ją na off.
Do wyszukiwania tekstu w nano można wykorzystać skrót CTRL+W.
Zmiana parametru stream_localhost.
Zapisujemy plik i z niego wychodzimy. Następnie uruchamiamy pakiet Motion poleceniem:
|
1 |
sudo motion |
Gdy program wystartuje, na naszym komputerze PC uruchamiamy przeglądarkę internetową. W pasek adresu wpisujemy adres IP malinki z portem 8081 (np. http://192.168.0.25:8081/). Po chwili powinniśmy zobaczyć malutki stream z naszej kamerki (1 FPS):
Jakość prezentowanych tutaj podglądów jest pogorszona przez kompresje gif!
Pierwszy podgląd obrazu w przeglądarce.
Aby przerwać działanie programu w konsoli wciskamy CTRL+C.
Transmisja w obecnej formie jest mocno ograniczona, więc wypadałoby zmienić kolejne opcje w pliku konfiguracyjnym. Zaczynamy od znalezienia miejsca na wpisanie dwóch wartości:
Zapisujemy ustawienia i uruchamiamy program ponownie. Tym razem obraz w przeglądarce powinien być już zdecydowanie lepszy:
Zwiększona liczba FPS.
Kolejną zmianą, którą warto wprowadzić jest zwiększenie rozdzielczości obrazu. Zmieniamy dwie opcje:
Zapisujemy plik konfiguracyjny i uruchamiamy podgląd:
Większa rozdzielczość w podglądzie generowanym przez Motion.
Od teraz nasze Raspberry Pi może posłużyć jako prosta kamera do monitoringu!
Jak widzimy zmieniliśmy Raspberry Pi w kamerkę internetową. Warto pamiętać, że pakiet Motion znacznie przewyższa możliwości typowych kamerek. Pozwala na wykrywanie ruchu, generowanie zdarzeń po wykryciu intruza, automatyczne robienie zdjęć lub filmów, powiadamianie o zdarzeniach itd.
Więcej o programie znajdziemy na stronie projektu: https://motion-project.github.io/
Dla testu można uruchomić np. opcję odpowiadającą za śledzenie ruchu. W tym celu wystarczy w pliku konfiguracyjnym włączyć opcję, która nazywa się locate_motion_mode (zmieniamy z off na on). Od teraz na transmitowanym obrazie ruchome elementy będą obrysowane prostokątem. Aby przedmiot był obrysowany czerwony prostokątem należy zmienić jeszcze locate_motion_style na redbox.
Wykrywanie ruchu przez Raspberry Pi i pakiet Motion.
Powyższy sposób uruchamiana pakietu Motion sprawiał, że podczas działania programu nasz terminal był zablokowany i nie mogliśmy nic w nim zrobić. Raspberry Pi może wykonywać wiele zadań, więc szkoda "blokować" sobie malinkę jednym programem. Bardzo łatwo możemy sprawić, że Motion uruchomi się w tle, czyli jako usługa (programy takie nazywa się jako daemon/demony - więcej na ten temat znaleźć można na Wikipedii).
Aby było to możliwe możemy:
Do sterowania usługami w Linuksie używa się programu systemctl:
Przykład korzystania z usług w praktyce:
Sterowanie usługą w tle.
Gdy usługa jest uruchomiona w tle można włączyć opisany wcześniej program htop, którym da się podejrzeć aktualne zużycie zasobów Raspberry Pi:
Zużycie zasobów Raspberry Pi przez Motion.
Oczywiście wskazania będą różne w zależności od rozdzielczości oraz ustawień FPS.
Za nami pierwsze eksperymenty z kamerą. W kolejnym odcinku zajmiemy się nagrywaniem filmów: zwykłych, poklatkowych (timelapsów) oraz w zwolnionym tempie (slowmotion). Przed przejściem do kolejnej części kursu warto pobawić się parametrami raspistill, ponieważ program ten będzie nam jeszcze potrzebny.
Autor: Piotr Bugalski
Ilustracje: Piotr Adamczyk
Redakcja: Damian Szymański
kamera, kurs, kursRaspberryPi, raspberrypi, stream, zdjęcia
Dołącz do 20 tysięcy osób, które otrzymują powiadomienia o nowych artykułach! Zapisz się, a otrzymasz PDF-y ze ściągami (m.in. na temat mocy, tranzystorów, diod i schematów) oraz listę inspirujących DIY z Arduino i RPi.
Trwa ładowanie komentarzy...