Exposició llarga i astrofotografia amb Raspberry Pi: 13 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

L’astrofotografia és la fotografia d’objectes astronòmics, esdeveniments celestes i zones del cel nocturn. A més d’enregistrar els detalls de la Lluna, el Sol i altres planetes, l’astrofotografia té la capacitat de capturar objectes invisibles a l’ull humà, com ara estrelles fosques, nebuloses i galàxies. Això ens va fascinar perquè els resultats obtinguts són impressionants i es poden aconseguir amb tirs d’exposició llarga.

Per ampliar la versatilitat d’una càmera normal, vam decidir dissenyar i construir un mòdul alimentat per raspberry pi que es pugui connectar a una càmera DSLR. Això permet al fotògraf preestablir determinades variables, automatitzant així el procés de captura durant llargues durades. A part de les fotografies d’astrofotografia, aquest mòdul pot generar rastres estel·lars mitjançant l’ajut d’un programa incorporat i també pot generar lapsus de temps.

Seguiu per construir el vostre propi mòdul i feu fotos increïbles del cel nocturn. Voteu un vot al Concurs Raspberry-Pi per donar suport al nostre projecte.

Pas 1: Visió general del mòdul

El programa que hem realitzat gestiona tres processos diferents:

El front-end de l'aplicació o la interfície gràfica d'usuari: això és el que utilitzarà l'usuari per interactuar i controlar el mòdul

Control de la càmera: aquesta és la part del programa que s’encarrega d’activar la càmera en el moment correcte durant el temps adequat

Processament de les imatges: aquesta és la secció del programa que s’encarrega de combinar i combinar les imatges preses en una bella imatge de rastre d’estrelles o en un vídeo de timelapse

La GUI reuneix paràmetres com l’interval entre les imatges i el temps d’exposició de la càmera de l’usuari. A continuació, indica a la càmera que capturi imatges en funció d’aquests factors. Un cop capturades totes les imatges, es realitza el post-processament. I el resultat final s’emmagatzema a la memòria interna del raspberry pi perquè l’usuari pugui accedir a través del núvol o localment.

Pas 2: materials necessaris

El maquinari d’aquest projecte és força senzill, la llista següent conté tots els materials necessaris.

Electrònica i maquinari:

• Raspberry Pi
• Pantalla tàctil LCD
• Perns M3 x 8
• Insercions climatitzades M3 x 8
• Una càmera que existeix a la llista següent (https://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php)
• Un banc d’alimentació estàndard per alimentar el sistema en zones on un endoll pot no ser fàcilment accessible

La programació i la configuració del raspberry pi requeriran uns quants perifèrics:

• Un ratolí i un teclat
• Un monitor HDMI extern

Pas 3: peces impreses en 3D

Vam imprimir una caixa per contenir tots els components en 3D i vam dissenyar una pinça per muntar el mòdul en un trípode normal. Les peces triguen unes 20 hores a imprimir-se i a continuació hem enllaçat un fitxer per als fitxers STL següents.

• Raspberry Pi Case x 1, 20% de farciment
• Coberta x 1, 20% de farciment
• Muntatge de trípode x 1, farcit del 40%
• Pinça del trípode x 1, farcit del 40%

Un cop llestes les peces impreses, es poden treure els suports amb cura.

Pas 4: incrustar les insercions de calor

Per reforçar els forats de muntatge de plàstic, hem incorporat insercions de calor. Utilitzeu un soldador empenyeu suaument les insercions fins que queden a ras de la superfície superior. Repetiu el procés per als vuit forats de muntatge, tot assegurant-vos que els perns s’enfilen fàcilment i siguin perpendiculars.

Pas 5: muntatge del Raspberry Pi i de la pantalla

Mitjançant els perns M3 assegureu el raspberry pi al lloc mitjançant els forats de muntatge corresponents. A continuació, connecteu la pantalla alineant els pins del connector. Finalment, col·loqueu la coberta sobre la pantalla i subjecteu els cargols. El mòdul ja està a punt per carregar el programari.

Pas 6: fixació al trípode

Per fer el mòdul fàcilment accessible a la càmera, vam decidir col·locar-lo al trípode. Hem dissenyat un suport de muntatge personalitzat que s’adapta a un trípode estàndard. Simplement utilitzeu dos cargols per fixar la muntura al voltant d’una pota del trípode. Això permet connectar i treure el mòdul amb facilitat.

Pas 7: Configuració del sistema operatiu del Raspberry Pi

El raspberry pi del mòdul està executant un sistema operatiu basat en Debian anomenat Raspbian. A partir d’Instruible, l’última versió del sistema operatiu és Raspbian Buster, que és el que vam decidir utilitzar. El sistema operatiu es pot descarregar mitjançant el següent enllaç. (Sistema operatiu Raspbian Buster) Assegureu-vos de descarregar l'opció que diu "Raspbian Buster amb ordinador i programari recomanat" perquè alguns dels programes recomanats seran útils per a aquest projecte. Un cop descarregada la carpeta comprimida, necessitareu una targeta micro SD amb una memòria d’entre 16 i 32 GB.

Per fer flaixar la targeta SD amb el sistema operatiu, us recomanem que utilitzeu el programari Balena Etcher, ja que és senzill d’utilitzar. Es pot descarregar des del següent enllaç. (Balena Etcher) Un cop hàgiu obert el programari, se us demanarà que seleccioneu la carpeta comprimida que acabeu de descarregar i, a continuació, connecteu la targeta SD a l'ordinador i el programari hauria de detectar-lo automàticament; finalment, feu clic a la icona del flaix. El procés ha de trigar entre 2 i 3 minuts. Un cop finalitzada, desconnecteu la targeta de memòria i connecteu-la al raspberry pi.

Connecteu el raspberry pi a un monitor extern mitjançant un cable HDMI i connecteu un ratolí i un teclat mitjançant els ports USB. Finalment, alimenteu el pi mitjançant el port micro-USB i un adaptador de 5v, i el pi hauria de començar el procés d’arrencada. El sistema operatiu us guiarà a través de les actualitzacions necessàries i diversos altres paràmetres, com ara connectar-vos a una xarxa sense fils i configurar la data i l'hora, simplement seguiu. Un cop finalitzat el procés, heu configurat el sistema operatiu al vostre pi i ara el podeu utilitzar com a ordinador normal.

Pas 8: biblioteques i requisits addicionals

Per assegurar-vos que el programa s’executa, el raspberry pi requereix d’instal·lar algunes biblioteques i dependències. Aquí teniu una llista de tots ells (nota: hem utilitzat python3 per a aquest projecte i us recomanem que feu el mateix):

• Tkinter (s'inclou quan es descarrega Python)
• PIL (també ve preinstal·lat amb python)
• sh
• OpenCV
• gphoto2

Abans d’instal·lar cap paquet, es recomana actualitzar el sistema operatiu del raspberry pi mitjançant l’ordre sudo apt-get update. La biblioteca sh es pot descarregar i instal·lar obrint un terminal i mitjançant l'ordre següent:

sudo pip3 instal·la sh

Per instal·lar el paquet gphoto2 simplement utilitzeu l'ordre següent:

sudo apt-get install gphoto2

Descarregar i instal·lar el paquet OpenCV és un procés una mica més llarg. Us recomanem que utilitzeu l'enllaç següent, que us guiarà pels passos i proporcionarà totes les ordres amb molt de detall: https://www.pyimagesearch.com/2018/09/26/install-opencv-4-on-your-raspberry- Pi/

Pas 9: controladors addicionals per a la pantalla tàctil integrada

La pantalla tàctil integrada requereix una configuració senzilla perquè funcioni. Engegueu el raspberry pi i obriu un terminal i utilitzeu les ordres següents:

• sudo rm -rf LCD-show
• git clone
• chmod -R 755 LCD-show
• cd LCD-show /
• sudo./LCD35-show

Un cop hàgiu introduït l'última ordre, el monitor extern hauria de quedar en blanc i el pi hauria d'arrencar i mostrar l'escriptori a la pantalla tàctil integrada. Per tornar al monitor extern, obriu una finestra de terminal a la pantalla de bord i utilitzeu les ordres següents.

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

Pas 10: Execució del programa del mòdul Timelapse

En primer lloc, connecteu el raspberry pi a un banc d’alimentació extern mitjançant el port d’alimentació. Per executar el programa, descarregueu i descomprimiu la carpeta comprimida que s'adjunta a continuació. Copieu tota la carpeta a l'escriptori del raspberry pi. Per executar el programa i la GUI, obriu el fitxer anomenat UI.py i la GUI hauria d'aparèixer a la pantalla tàctil del raspberry pi.

A continuació, connecteu la càmera al raspberry pi mitjançant un cable USB. Conserveu els valors predeterminats a la GUI i feu clic al botó d'inici. Això hauria d'activar la càmera 5 vegades a intervals de 2 segons. Un cop finalitzades, podeu veure les imatges que ha pres la càmera a la carpeta Imatges.

Solució de problemes: en cas que la càmera no s'activi, assegureu-vos que el model de la càmera estigui present a la llista següent. https://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php Si la càmera es troba en aquesta llista, assegureu-vos que les connexions siguin segures i que la càmera estigui engegada.

Pas 11: Configuració de la càmera recomanada per a Astro-Photography

Aquí teniu alguns paràmetres de càmera que recomanem mentre feu astrofotografia.

• La càmera hauria d’estar enfocada manualment i establir el focus a infinit
• Muntar la càmera en un trípode
• La configuració de la càmera hauria d’estar en mode manual
• Velocitat de l'obturador: 15-30 segons
• Obertura: el mínim possible per a l'objectiu, f-2.8 és ideal
• ISO: 1600-6400

A part de la configuració de la càmera, assegureu-vos que tingueu un cel clar. Idealment, també hauríeu d’estar al camp lluny de tots els llums de la ciutat per obtenir resultats ideals.

Pas 12: entendre la GUI

La GUI conté tres valors que l'usuari pot ajustar:

El temps d’exposició determina la velocitat d’obturació de la càmera. Per exemple, quan feu estrelles fugaces al cel nocturn, es recomana una velocitat d'obturació de 15 a 30 segons; en aquests casos, establiu aquest valor a 30 segons. Si el temps d'exposició és inferior a 1 segon, podeu mantenir el valor com a 0

El temps d'interval determina la quantitat de temps que desitgeu entre dues exposicions. En el cas de lapsos de temps, es recomana un interval de temps d'entre 1 i 5 minuts

Nombre d'exposicions determina el nombre d'imatges que voleu fer per al lapse de temps. Els vídeos estàndard es reprodueixen a uns 30 fps, cosa que significa que si feu clic a 30 imatges obtindreu un segon de vídeo. En funció d'això, l'usuari pot decidir el nombre d'imatges que es necessiten

La interfície d’usuari té una interfície autoexplicativa. Els botons de fletxa s'utilitzen per augmentar o disminuir els valors i el botó d'inici quan es finalitzen els paràmetres. Això activa la càmera que ja hauria d'haver estat connectada a través d'un dels ports USB del pi. Les imatges es guarden a la memòria del raspberry pi on es poden fer més modificacions.

Pas 13: cap a l’infinit i més enllà

Després d’haver utilitzat aquest mòdul amb freqüència, estem contents dels resultats obtinguts. Amb una mica d’experiència en astro-fotografia es poden capturar bells fotogrames. Esperem que aquest projecte us hagi estat d’utilitat, si us ha agradat, ajudeu-nos fent votar.

Feliç fer!

Accèssit al concurs Raspberry Pi 2020