Càmera tèrmica econòmica: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

• He desenvolupat un dispositiu que es pot connectar a un dron i pot transmetre en directe un marc combinat format per la imatge termogràfica que mostra la radiació tèrmica i la fotografia regular amb llum visible.
• La plataforma està formada per un petit ordinador de sola placa, un sensor de càmera tèrmica i un mòdul de càmera normal.
• Aquest projecte té com a objectiu examinar les possibilitats d’una plataforma d’imatge tèrmica de baix cost per detectar danys al panell solar que es caracteritza per signatures de calor.

Subministraments

• Raspberry Pi 3B +
• Panasonic AMG8833 reixeta
• Càmera Pi V2
• Portàtil amb visor VNC

Pas 1: desenvolupament de PCB

• La placa PCB per al sensor d’ulls de quadrícula Panasonic es pot dissenyar amb l’ajuda de l’escriptori automàtic EAGLE.
• El fitxer.brd es desenvolupa de manera similar al mòdul Adafruit AMG8833 amb lleugeres modificacions
• Aleshores, el PCB es pot imprimir amb fabricants de PCB i he utilitzat pcbway.com, on la meva primera comanda va ser completament gratuïta.
• Vaig trobar que la soldadura de PCB era completament diferent de la soldadura que coneixia, ja que implicava dispositius muntats a la superfície, així que vaig anar a un altre fabricant de PCB i vaig soldar la meva PCB amb el sensor.

Pas 2: desenvolupament de programari

• El codi està escrit en Thonny, un entorn de desenvolupament integrat de python.
• El procediment darrere del projecte era connectar la càmera pi i instal·lar el programari associat.
• El següent pas va ser connectar el sensor tèrmic per corregir els pins GPIO i instal·lar la biblioteca Adafruit per utilitzar el sensor.
• La biblioteca Adafruit contenia script per llegir el sensor i assignar les temperatures a colors, però les imatges en moviment que va crear no es van poder implementar
• Per tant, el codi es va tornar a escriure a un format compatible amb el processament d'imatges, principalment per fusionar dos fotogrames junts.

Pas 3: llegir els sensors

• Per recopilar dades de la càmera tèrmica es va utilitzar la biblioteca ADAFRUIT, que permet alliberar de forma ràpida els sensors amb readpixels d'ordres (), generant una matriu que conté temepratures en grau Celsius mesurades a partir d'elements separats dels sensors.
• Per a la càmera Pi, l'ordre de funció picamera.capture () genera una imatge amb el format de fitxer de sortida especificat
• Per adaptar-se al processament ràpid, es va establir una resolució inferior a 500 x 500 píxels

Pas 4: Configuració del sensor tèrmic

• En primer lloc, hem d’instal·lar la biblioteca Adafruit i els paquets python
• Obriu el símbol del sistema i executeu: sudo apt-get update que us actualitzarà Pi
• A continuació, executeu l'ordre: sudo apt-get install -y build-essential python-pip python-dev python-smbus git
• A continuació, executeu: git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_GPIO….que descarregarà el paquet Adafruit al vostre Raspberry Pi
• Mou-te dins del directori: cd Adafruit_Python_GPIO
• I instal·leu setup executant l'ordre: sudo python setup.py install
• Ara instal·leu scipy i pygame: sudo apt-get install -y python-scipy python-pygame
• Finalment, instal·leu la biblioteca de colors mitjançant l'ordre: sudo pip install color Adafruit_AMG88xx

Pas 5: habilitar la interfície I2C

• Emet l'ordre: sudo raspi-config
• Feu clic a les opcions avançades i seleccioneu I2C i, a continuació, activeu-lo i seleccioneu Finalitza
• Reinicieu el Pi per habilitar correctament I2C
• Assegureu-vos que també hàgiu activat les interfícies Càmera i VNC

Pas 6: Connexió del sensor i la càmera

• Heu de connectar només 4 pins d'AMG8833 a Pi i deixar el pin IR.
• El subministrament de 5 V i la terra es poden connectar als pins GPIO 1 i 6
• SDA i SCL estan connectats als pins 4 i 5 del Pi.
• Inicieu la sessió a raspberry amb ssh
• executeu: sudo i2cdetect -y 1
• Hauríeu de veure "69" a la 9a columna, si no, hi ha algun problema en el cablejat del sensor amb Pi.
• Finalment, connecteu la càmera pi v2 a la ranura de la càmera del raspberry pi

Pas 7: mapatge de calor

• Emet l'ordre: git clone
• Aneu al directori Adafruit_AMG88xx_python / examples
• emet l'ordre: sudo python thermal_cam.py
• A continuació he adjuntat el codi per al mapatge de calor AMG8833.

Pas 8: processament d'imatges

• Cartografia de la temperatura
  1. Per visualitzar les dades tèrmiques, els valors de temperatura es mapen en un gradient de color, que va del blau al vermell amb la resta de colors intermedis
  2. Quan s’inicia el sensor, la temperatura més baixa es mapeja a 0 (blava) i la temperatura més alta a 1023 (vermella)
  3. A la resta de temperatures entremig s’assignen valors correlats dins de l’interval
  4. La sortida del sensor és una matriu d’1 x 64 que es redimensiona a una matriu.

• Interpolació

  1. La resolució del sensor tèrmic és bastant baixa, 8 x 8 píxels, de manera que s’utilitza la interpolació cúbica per augmentar la resolució a 32 x 32, cosa que dóna com a resultat una matriu 16 vegades més gran
  2. La interpolació funciona construint nous punts de dades entre un conjunt de punts coneguts, tot i que disminueix la precisió.

• Números a imatges

  1. Els números que van del 0 al 1023 en matriu de 32 x 32 es converteixen en codi decimal al model de color RGB.
  2. Des del codi decimal, és fàcil generar la imatge amb una funció de la biblioteca SciPy

• Canviar la mida amb antialiasing

  1. Per canviar la mida de la imatge de 32 x 32 a 500 x 500 per tal de coincidir amb la resolució de la càmera Pi, s’utilitza PIL (Python Image Library).
  2. Té un filtre antialiasing que suavitzarà les vores entre els píxels quan s’ampliï

• Superposició d'imatges transparents

  1. La imatge digital i la imatge de calor es combinen amb una imatge final afegint-les amb un 50% de transparència cadascuna.
  2. Quan es fusionen imatges de dos sensors amb una distància paral·lela entre elles, no es superposaran completament
  3. Finalment, es mostren les mesures de temperatura mínima i màxima per AMG8833 amb text superposat a la pantalla

Pas 9: fitxers de codi i PCB

A continuació he adjuntat les proves i el codi final del projecte

Pas 10: Conclusió

• Així, s’ha creat una càmera tèrmica amb Raspberry Pi i AMG8833.
• El vídeo final s'ha inclòs en aquesta publicació
• Es pot observar que la temperatura canvia instantàniament a mesura que faig que l’encenedor s’acosti a la configuració i el sensor detecti amb precisió la flama de l’encenedor.
• Per tant, aquest projecte es pot desenvolupar per a la detecció de febre en persones que entren a una habitació, cosa que serà molt útil en aquesta crisi del COVID19.