Uygun Maliyetli Termal Kamera: 10 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

• Bir drone'a bağlanabilen ve termal radyasyonu ve görünür ışıkla düzenli fotoğrafçılığı gösteren termografik görüntüden oluşan karma bir çerçeveyi canlı yayınlayabilen bir cihaz geliştirdim.
• Platform, küçük bir tek kartlı bilgisayar, bir termal kamera sensörü ve normal bir kamera modülünden oluşur.
• Bu proje, ısı imzaları ile karakterize edilen güneş panelindeki hasarları tespit etmek için düşük maliyetli bir termal görüntüleme platformunun olanaklarını incelemeyi amaçlamaktadır.

Gereçler

• Ahududu Pi 3B+
• Panasonic AMG8833 ızgara gözü
• Pi Kamera V2
• VNC görüntüleyicili dizüstü bilgisayar

Adım 1: PCB Geliştirme

• Panasonic ızgara-göz sensörü için PCB kartı, Auto-desk EAGLE yardımıyla tasarlanabilir.
• .brd dosyası, küçük değişikliklerle Adafruit AMG8833 modülüne benzer şekilde geliştirilmiştir.
• Daha sonra PCB üreticileri ile PCB basılabilir ve ilk siparişimin tamamen ücretsiz olduğu pcbway.com'u kullandım.
• Yüzeye monte cihazlar içerdiğinden PCB lehimlemenin bildiğim lehimden tamamen farklı olduğunu buldum, bu yüzden başka bir PCB üreticisine gittim ve PCB'mi sensörle lehimledim.

2. Adım: Yazılım Geliştirme

• Kod, bir python Entegre Geliştirme Ortamı olan Thonny'de yazılmıştır.
• Projenin arkasındaki prosedür, pi kamerayı bağlamak ve ilgili yazılımı kurmaktı.
• Bir sonraki adım, GPIO pinlerini düzeltmek için termal sensörü bağlamak ve sensörü kullanmak için Adafruit Kütüphanesini kurmaktı.
• Adafruit kütüphanesi, sensörü okumak ve sıcaklıkları renklerle eşleştirmek için komut dosyası içeriyordu, ancak oluşturduğu hareketli görüntüler uygulanamadı.
• Bu nedenle kod, esas olarak iki kareyi birleştirmek için görüntü işlemeyi destekleyen bir formatta yeniden yazılmıştır.

Adım 3: Sensörleri Okuma

• Termal kameradan veri toplamak için, readpixels() komutu ile sensörlerin yeniden çalıştırılmasına izin veren, sensörlerin ayrı elemanlarından ölçülen Santigrat derece cinsinden sıcaklıkları içeren bir dizi üreten ADAFRUIT kütüphanesi kullanıldı.
• Pi kamera için, picamera.capture() işlev komutu, belirtilen çıktı dosyası formatına sahip bir görüntü oluşturur.
• Hızlı işlemeye uygun olması için daha düşük bir çözünürlük 500 x 500 piksele ayarlandı

Adım 4: Termal Sensör Kurulumu

• Öncelikle Adafruit Library ve python paketlerini kurmamız gerekiyor.
• Komut istemini açın ve şunu çalıştırın: sudo apt-get update Pi sizi güncelleyecektir
• Ardından şu komutu verin: sudo apt-get install -y build-essential python-pip python-dev python-smbus git
• Ardından şunu çalıştırın: git klon https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_GPIO…. Adafruit paketini Raspberry Pi'nize indirecek
• Dizinin içinde hareket edin: cd Adafruit_Python_GPIO
• Ve şu komutu çalıştırarak kurulumu kurun: sudo python setup.py install
• Şimdi scipy ve pygame'i kurun: sudo apt-get install -y python-scipy python-pygame
• Son olarak, şu komutu vererek renk kitaplığını kurun: sudo pip install color Adafruit_AMG88xx

Adım 5: I2C Arayüzünü Etkinleştirme

• Şu komutu verin: sudo raspi-config
• Gelişmiş seçeneklere tıklayın ve I2C'yi seçin ve ardından etkinleştirin ve Bitir'i seçin.
• I2C'yi başarıyla etkinleştirmek için Pi'yi yeniden başlatın
• Kamera ve VNC arayüzlerini de etkinleştirdiğinizden emin olun.

Adım 6: Sensörü ve Kamerayı Kablolama

• AMG8833'ün sadece 4 pinini Pi'ye bağlayıp IR pinini bırakmalısınız.
• 5V besleme ve topraklama, GPIO pin 1 ve 6'ya bağlanabilir
• SDA ve SCL, Pi'nin 4 ve 5 numaralı pinlerine bağlanmıştır.
• ssh ile ahududuya giriş yapın
• çalıştırın: sudo i2cdetect -y 1
• Sensörün Pi ile kablolanmasında bir sorun yoksa 9. sütunda "69" görmelisiniz.
• Son olarak pi kamera v2'yi ahududu pi'deki kamera yuvasına bağlayın

Adım 7: Isı Haritalaması

• Komutu verin: git klon
• Adafruit_AMG88xx_python/examples dizinine gidin
• komutu verin: sudo python Thermal_cam.py
• AMG8833 ısı eşleme kodunu aşağıya ekledim.

Adım 8: Görüntü İşleme

• Sıcaklık Haritalaması

  1. Termal verileri görselleştirmek için, sıcaklık değerleri, aradaki diğer tüm renklerle birlikte maviden kırmızıya değişen bir renk gradyanı ile eşlenir.
  2. Sensör başlatıldığında, en düşük sıcaklık 0(Mavi) ile ve en yüksek sıcaklık 1023(Kırmızı) ile eşlenir.
  3. Aradaki tüm diğer sıcaklıklar, aralık içinde ilişkili değerlere atanır.
  4. Sensör çıkışı, bir matris olarak yeniden boyutlandırılmış 1 x 64 dizisidir.

• İnterpolasyon

  1. Termal sensörün çözünürlüğü oldukça düşüktür, 8 x 8 pikseldir, bu nedenle çözünürlüğü 32 x 32'ye çıkarmak için kübik enterpolasyon kullanılır, bu da matrisin 16 kat daha büyük olmasını sağlar
  2. İnterpolasyon, bir dizi bilinen nokta arasında yeni veri noktaları oluşturarak çalışır, ancak doğruluk azalır.

• Resimlere numaralar

  1. 32 x 32 matrisinde 0 ile 1023 arasında değişen sayılar RGB renk modelinde ondalık koda dönüştürülür.
  2. Ondalık koddan, SciPy kütüphanesinden bir fonksiyonla görüntüyü oluşturmak kolaydır.
• Kenar yumuşatma ile yeniden boyutlandırma
  1. Pi kameranın çözünürlüğüne uyacak şekilde 32 x 32 görüntüyü 500 x 500'e yeniden boyutlandırmak için PIL (Python Image Library) kullanılır.
  2. Büyütüldüğünde pikseller arasındaki kenarları yumuşatan kenar yumuşatma filtresine sahiptir.

• Şeffaf Görüntü bindirme

  1. Dijital görüntü ve ısı görüntüsü daha sonra, her biri %50 şeffaflık ile eklenerek nihai bir görüntüye harmanlanır.
  2. Aralarında paralel mesafe bulunan iki sensörden gelen görüntüler birleştirildiğinde, tamamen örtüşmezler.
  3. Son olarak, AMG8833 tarafından Minimum ve Maksimum Sıcaklık ölçümleri, ekranda üst üste binen metinle görüntülenir

Adım 9: Kod ve PCB Dosyaları

Aşağıdaki proje için test ve son kodu ekledim

Adım 10: Sonuç

• Böylece Raspberry Pi ve AMG8833 ile termal kamera yapılmıştır.
• Son video bu gönderiye yerleştirildi
• Çakmağı kuruluma yaklaştıkça sıcaklığın anında değiştiği ve çakmağın alevinin sensör tarafından doğru bir şekilde algılandığı gözlemleniyor.
• Dolayısıyla bu proje, bu COVID19 krizinde çok yardımcı olacak bir odaya giren kişilerde ateş tespiti için daha da geliştirilebilir.