Távolságmérő készítése lézer és kamera használatával: 6 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Jelenleg tervezek néhány belső munkát jövő tavaszra, de mivel most szereztem egy régi házat, nincs háztervem. Elkezdtem mérni a faltól a falig terjedő távolságokat vonalzóval, de lassú és hibalehetőséget mutat. Arra gondoltam, hogy veszek egy távolságmérőt, hogy megkönnyítsem a folyamatot, de aztán találtam egy régi cikket a saját távolságmérő építéséről lézer és kamera segítségével. Mint kiderült, ezek a komponensek a műhelyemben vannak.

A projekt ezen a cikken alapul:

Az egyetlen különbség az, hogy a távolságmérőt Raspberry Pi Zero W, LCD és Raspberry Pi Camera modul segítségével fogom elkészíteni. OpenCV -t fogok használni a lézer követésére is.

Feltételezem, hogy technikailag jártas vagy, és kényelmesen használod a Python -t és a parancssort. Ebben a projektben a Pi -t fej nélküli módban használom.

Kezdjük!

1. lépés: Az anyagok listája

Ehhez a projekthez szüksége lesz:

• egy olcsó 6 mm -es 5 mW -os lézer
• 220 Ω -os ellenállás
• 2N2222A tranzisztor vagy valami ezzel egyenértékű
• a Raspberry Pi Zero W
• egy Raspberry Pi kamera v2
• Nokia 5110 LCD kijelző vagy azzal egyenértékű
• néhány áthidaló vezeték és egy kis kenyérsütő

A 3D -s nyomtatóm segítségével kinyomtattam egy jig -et, ami segített a kísérletek során. Azt is tervezem, hogy a 3D nyomtatót felhasználva egy teljes házat építek a távolságmérőhöz. Teljesen meg tudod csinálni anélkül.

2. lépés: Lézer és fényképezőgép készítése

A rendszer rögzített távolságot vesz fel a kamera lencséje és a lézerkimenet között. A tesztek megkönnyítése érdekében kinyomtattam egy szúrógépet, amelybe felszerelhetem a kamerát, a lézert és egy kis meghajtó áramkört a lézerhez.

A kameramodul méreteit használtam fel a kamera rögzítésére. Főleg digitális féknyerget és precíziós vonalzót használtam a mérésekhez. A lézerhez készítettem egy 6 mm -es lyukat egy kis megerősítéssel, hogy a lézer ne mozduljon el. Próbáltam elegendő helyet tartani ahhoz, hogy egy kis kenyérsütőt rögzítsek a gép hátulján.

A felépítéshez Tinkercad-ot használtam, a modell itt található:

3,75 cm távolság van a lézerlencse és a kamera lencséje középpontja között.

3. lépés: A lézer és az LCD vezérlése

Követtem ezt az oktatóanyagot: https://www.algissalys.com/how-to/nokia-5110-lcd-on-raspberry-pi, hogy megvezessem az LCD kijelzőt a Raspberry Pi Zero segítségével. A /boot/config.txt fájl szerkesztése helyett engedélyezheti az SPI felületet a sudo raspi-config parancssorból.

A Raspberry Pi Zero -t fejetlen módban használom, a legújabb, a Raspbian Stretch használatával. Nem foglalkozom a telepítéssel ebben az utasításban, de követheti ezt az útmutatót: https://medium.com/@danidudas/install-raspbian-jessie-lite-and-setup-wi-fi-without-access-to- parancssori vagy a hálózat használatával-97f065af722e

Ahhoz, hogy fényes lézerpontot kapjak, a Pi 5V -os sínjét használom. Ehhez tranzisztort (2N2222a vagy azzal egyenértékű) fogok használni a lézer meghajtásához a GPIO segítségével. A 220 Ω -os ellenállás a tranzisztor alján elegendő áramot enged át a lézeren. Az RPi. GPIO -t használom a Pi GPIO manipulálásához. A tranzisztor bázisát a GPIO22 érintkezőhöz (a 15. érintkezőt), az emittert a földhöz, a kollektorot a lézerdiódához kötöttem.

Ne felejtse el engedélyezni a kamera felületét a sudo raspi-config használatával a parancssoron keresztül.

Ezt a kódot használhatja a beállítás tesztelésére:

Ha minden jól ment, legyen egy dot-j.webp

A kódban beállítjuk a kamerát és a GPIO -t, majd engedélyezzük a lézert, rögzítjük a képet és letiltjuk a lézert. Mivel a Pi -t fej nélküli módban futtatom, a Pi -ről a számítógépre kell másolnom a képeket, mielőtt megmutatnám őket.

Ezen a ponton a hardvert konfigurálni kell.

4. lépés: A lézer észlelése OpenCV használatával

Először telepítenünk kell az OpenCV -t a Pi -re. Alapvetően három módja van erre. Telepítheti a régi csomagolt verziót az apt segítségével. Összeállíthatja a kívánt verziót, de ebben az esetben a telepítési idő akár 15 óra is lehet, és a legtöbb a tényleges fordításhoz. Vagy előnyben részesített megközelítésem szerint használhat egy előre összeállított verziót a Pi Zero számára, amelyet egy harmadik fél biztosít.

Mivel egyszerűbb és gyorsabb, harmadik féltől származó csomagot használtam. A telepítési lépéseket ebben a cikkben találja: https://yoursunny.com/t/2018/install-OpenCV3-PiZero/ Sok más forrást is kipróbáltam, de a csomagjaik nem voltak naprakészek.

A lézermutató követéséhez frissítettem a kódot a https://github.com/bradmontgomery/python-laser-tracker webhelyen, hogy a Pi kamera modult használjam USB-eszköz helyett. Közvetlenül használhatja a kódot, ha nem rendelkezik Pi kamera modullal, és USB kamerát szeretne használni.

A teljes kódot itt találja:

A kód futtatásához telepítenie kell a Python csomagokat: párna és picamera (sudo pip3 install pillow picamera).

5. lépés: A távolságmérő kalibrálása

Az eredeti cikkben a szerző kalibrálási eljárást tervezett, hogy megkapja a szükséges paramétereket az y koordináták tényleges távolságra való átalakításához. A nappalim asztalát használtam a kalibráláshoz és egy régi kraftdarabot. Körülbelül 10 cm -enként táblázatba jegyeztem az x és y koordinátákat: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1OTGu09GLAt… Annak érdekében, hogy minden megfelelően működjön, minden lépésnél ellenőriztem a rögzített képeket, hogy a lézert helyesen követték. Ha zöld lézert használ, vagy ha a lézer nyomkövetése nem megfelelő, akkor ennek megfelelően kell módosítania a program színárnyalatát, telítettségét és értékküszöbét.

A mérési fázis befejezése után ideje kiszámítani a paramétereket. A szerzőhöz hasonlóan én is lineáris regressziót használtam; valójában a Google Táblázat végezte helyettem a munkát. Ezután újra felhasználtam ezeket a paramétereket, hogy kiszámítsam a becsült távolságot, és összehasonlítsam a tényleges távolsággal.

Itt az ideje, hogy beadja a paramétereket a távolságmérő programba a távolságok mérésére.

6. lépés: A távolságok mérése

A kódban: https://gist.github.com/kevinlebrun/e767a46855e5fd501d820e1c5fcc527c Frissítettem a HEIGHT, GAIN és OFFSET változókat a kalibrációs méréseknek megfelelően. Az eredeti cikkben szereplő távolságképletet használtam a távolság becsléséhez, és kinyomtattam a távolságot az LCD kijelző segítségével.

A kód először beállítja a kamerát és a GPIO -t, majd meg akarjuk világítani az LCD háttérvilágítását, hogy jobban lássuk a méréseket. Az LCD bemenet csatlakoztatva van a GPIO14 -hez. Körülbelül 5 másodpercenként:

1. engedélyezze a lézer diódát
2. rögzítse a képet a memóriában
3. kapcsolja ki a lézer diódát
4. nyomon követheti a lézert a HSV tartomány szűrőivel
5. írja be a kapott képet a lemezre hibakeresés céljából
6. számítsa ki a távolságot az y koordináta alapján
7. írja be a távolságot az LCD kijelzőre.

Az események ellenére az intézkedések rendkívül pontosak és elég pontosak az én esetemben, sok lehetőség van a fejlesztésre. Például a lézerpont nagyon rossz minőségű, és a lézervonal nincs igazán középre állítva. Jobb minőségű lézerrel a kalibrálási lépések pontosabbak lesznek. Még a kamera sincs igazán jól elhelyezve a jig -omban, az aljára dől.

Azt is megnövelhetem a távolságmérő felbontását, ha a fényképezőgépet 90 ° -kal elforgatom a teljes gombbal, és növelhetem a felbontást a kamera által támogatott maximális értékig. A jelenlegi megvalósítással 0 és 384 képpont közötti tartományra vagyunk korlátozva, a felső határt 1640 -re növelhetjük, ami a jelenlegi felbontás négyszerese. A távolság még pontosabb lesz.

Követésként dolgoznom kell a fent említett pontossági fejlesztéseken, és házat kell építenem a távolságmérőhöz. A burkolatnak pontos mélységűnek kell lennie, hogy megkönnyítse a falról falra történő mérést.

Összességében a jelenlegi rendszer elegendő számomra, és megtakaríthat néhány dollárt a ház tervezésével!