Μακρά έκθεση και αστρο-φωτογραφία με χρήση Raspberry Pi: 13 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Η αστροφωτογραφία είναι η φωτογραφία αστρονομικών αντικειμένων, ουράνιων γεγονότων και περιοχών του νυχτερινού ουρανού. Εκτός από την καταγραφή των λεπτομερειών της Σελήνης, του Sunλιου και άλλων πλανητών, η αστροφωτογραφία έχει τη δυνατότητα να συλλάβει αντικείμενα αόρατα στο ανθρώπινο μάτι, όπως αμυδρά αστέρια, νεφελώματα και γαλαξίες. Αυτό μας γοήτευσε επειδή τα αποτελέσματα που λαμβάνονται είναι εκπληκτικά και μπορούν να επιτευχθούν με λήψεις μεγάλης έκθεσης.

Για να επεκτείνουμε την ευελιξία μιας κανονικής κάμερας, αποφασίσαμε να σχεδιάσουμε και να κατασκευάσουμε μια μονάδα που λειτουργεί με βατόμουρο pi που μπορεί να συνδεθεί με μια κάμερα DSLR. Αυτό επιτρέπει στον φωτογράφο να προκαθορίσει ορισμένες μεταβλητές αυτοματοποιώντας έτσι τη διαδικασία λήψης για μεγάλες χρονικές περιόδους. Εκτός από αστροφωτογραφικές φωτογραφίες, αυτή η ενότητα μπορεί να δημιουργήσει ίχνη αστεριών χρησιμοποιώντας τη βοήθεια ενός ενσωματωμένου προγράμματος και μπορεί επίσης να δημιουργήσει χρονικά περιθώρια.

Ακολουθήστε για να δημιουργήσετε τη δική σας ενότητα και να τραβήξετε εκπληκτικές φωτογραφίες του νυχτερινού ουρανού. Ρίξτε μια ψήφο στον Διαγωνισμό Raspberry-Pi για να υποστηρίξετε το έργο μας.

Βήμα 1: Επισκόπηση της ενότητας

Το πρόγραμμα που φτιάξαμε χειρίζεται τρεις διαφορετικές διαδικασίες:

Το μπροστινό μέρος της εφαρμογής ή η γραφική διεπαφή χρήστη - αυτό θα χρησιμοποιήσει ο χρήστης για να αλληλεπιδράσει και να ελέγξει τη μονάδα

Έλεγχος της κάμερας - αυτό είναι το μέρος του προγράμματος που είναι υπεύθυνο για την ενεργοποίηση της κάμερας τη σωστή στιγμή για το σωστό χρονικό διάστημα

Επεξεργασία των εικόνων - αυτό είναι το τμήμα του προγράμματος που είναι υπεύθυνο για το συνδυασμό και τη συγχώνευση των εικόνων που έχουν ληφθεί σε μια όμορφη εικόνα με αστέρι ή σε timelapse βίντεο

Το GUI συγκεντρώνει τις παραμέτρους όπως το διάστημα μεταξύ εικόνων και το χρόνο έκθεσης της κάμερας από τον χρήστη. Στη συνέχεια, δίνει εντολή στην κάμερα να τραβήξει εικόνες με βάση αυτούς τους παράγοντες. Μόλις ληφθούν όλες οι εικόνες, πραγματοποιείται η μετα-επεξεργασία. Και το τελικό αποτέλεσμα αποθηκεύεται στην εσωτερική μνήμη του raspberry pi για να έχει πρόσβαση ο χρήστης μέσω του cloud ή τοπικά.

Βήμα 2: Απαιτούνται υλικά

Το υλικό για αυτό το έργο είναι αρκετά απλό, η ακόλουθη λίστα περιέχει όλα τα απαραίτητα υλικά.

Ηλεκτρονικά και υλικό:

• Raspberry Pi
• Οθόνη αφής LCD
• Μ3 μπουλόνια x 8
• M3 Θερμαινόμενα ένθετα x 8
• Μια κάμερα που υπάρχει στην ακόλουθη λίστα (https://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php)
• Μια τυπική τράπεζα ισχύος για την τροφοδοσία του συστήματος σε περιοχές όπου ένα βύσμα ενδέχεται να μην είναι εύκολα προσβάσιμο

Ο προγραμματισμός και η διαμόρφωση του raspberry pi απαιτούν μερικά περιφερειακά:

• Ποντίκι και πληκτρολόγιο
• Μια εξωτερική οθόνη HDMI

Βήμα 3: Τμήματα εκτυπωμένων 3D

Εκτυπώσαμε τρισδιάστατα μια θήκη για να κρατήσει όλα τα εξαρτήματα και σχεδιάσαμε έναν σφιγκτήρα για να τοποθετήσει τη μονάδα σε ένα κανονικό τρίποδο. Τα μέρη χρειάζονται περίπου 20 ώρες εκτύπωσης και έχουμε συνδέσει ένα αρχείο για τα παρακάτω αρχεία STL παρακάτω.

• Θήκη Raspberry Pi x 1, 20% γέμισμα
• Κάλυμμα x 1, 20% γέμισμα
• Τρίποδο Mount x 1, 40% γέμισμα
• Σφιγκτήρας τρίποδου x 1, 40% γέμισμα

Μόλις τα τυπωμένα μέρη είναι έτοιμα, μπορείτε να αφαιρέσετε προσεκτικά τα στηρίγματα.

Βήμα 4: Ενσωμάτωση των ένθετων θερμότητας

Για να ενισχύσουμε τις πλαστικές οπές στερέωσης, ενσωματώσαμε ένθετα θερμότητας. Χρησιμοποιώντας ένα συγκολλητικό σίδερο σπρώξτε απαλά τα ένθετα μέχρι να ξεπλυθούν με την επάνω επιφάνεια. Επαναλάβετε τη διαδικασία για τις οκτώ οπές στερέωσης ενώ βεβαιώνεστε ότι τα σπειρώματα του μπουλονιού εισέρχονται εύκολα και είναι κάθετα.

Βήμα 5: Τοποθέτηση του Raspberry Pi και της οθόνης

Χρησιμοποιώντας μπουλόνια M3 ασφαλίστε το βατόμουρο pi στη θέση του χρησιμοποιώντας τις αντίστοιχες οπές στερέωσης. Στη συνέχεια, συνδέστε την οθόνη ευθυγραμμίζοντας τις ακίδες σύνδεσης. Τέλος, τοποθετήστε το κάλυμμα πάνω από την οθόνη και στερεώστε τα μπουλόνια. Η ενότητα είναι τώρα έτοιμη για μεταφόρτωση του λογισμικού.

Βήμα 6: Προσάρτηση στο τρίποδο

Για να κάνουμε τη μονάδα εύκολα προσβάσιμη στην κάμερα, αποφασίσαμε να την τοποθετήσουμε στο τρίποδο. Σχεδιάσαμε μια προσαρμοσμένη βάση στήριξης που ταιριάζει σε ένα τυπικό τρίποδο. Απλώς χρησιμοποιήστε δύο βίδες για να σφίξετε τη βάση γύρω από ένα πόδι του τρίποδου. Αυτό επιτρέπει σε κάποιον να συνδέσει και να αφαιρέσει τη μονάδα με ευκολία.

Βήμα 7: Ρύθμιση του λειτουργικού συστήματος του Raspberry Pi

Το raspberry pi στη μονάδα λειτουργεί ένα λειτουργικό σύστημα βασισμένο στο Debian που ονομάζεται Raspbian. Από την εποχή του Instructable, η τελευταία έκδοση του λειτουργικού συστήματος είναι το Raspbian Buster, το οποίο αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε. Μπορείτε να κατεβάσετε το λειτουργικό σύστημα χρησιμοποιώντας τον παρακάτω σύνδεσμο. (Raspbian Buster OS) Βεβαιωθείτε ότι έχετε κατεβάσει την επιλογή που λέει "Raspbian Buster με επιτραπέζιο και προτεινόμενο λογισμικό" επειδή ορισμένα από τα προτεινόμενα λογισμικά θα είναι χρήσιμα για αυτό το έργο. Μόλις γίνει λήψη του συμπιεσμένου φακέλου, θα χρειαστείτε μια κάρτα micro SD με μνήμη περίπου 16 έως 32 GB.

Για να αναβοσβήνετε την κάρτα SD με το λειτουργικό σύστημα, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε το λογισμικό Balena Etcher, καθώς είναι απλό στη χρήση. Μπορείτε να το κατεβάσετε από τον παρακάτω σύνδεσμο. (Balena Etcher) Μόλις ανοίξετε το λογισμικό, θα λάβετε οδηγίες να επιλέξετε τον φάκελο με φερμουάρ που μόλις κατεβάσατε, στη συνέχεια να συνδέσετε την κάρτα SD στον υπολογιστή σας και το λογισμικό θα πρέπει αυτόματα να εντοπίσει, και τέλος κάντε κλικ στο εικονίδιο του φλας. Η διαδικασία πρέπει να διαρκέσει 2 έως 3 λεπτά. Μόλις ολοκληρωθεί, αποσυνδέστε την κάρτα μνήμης και συνδέστε την στο raspberry pi.

Συνδέστε το raspberry pi σε εξωτερική οθόνη χρησιμοποιώντας καλώδιο HDMI και συνδέστε ποντίκι και πληκτρολόγιο μέσω των θυρών USB. Τέλος, τροφοδοτήστε το pi χρησιμοποιώντας τη θύρα micro-USB και έναν προσαρμογέα 5v και το pi θα ξεκινήσει τη διαδικασία εκκίνησης. Στη συνέχεια, το λειτουργικό σύστημα θα σας καθοδηγήσει στις απαραίτητες ενημερώσεις και διάφορες άλλες ρυθμίσεις, όπως σύνδεση σε ασύρματο δίκτυο και ρύθμιση ημερομηνίας και ώρας, απλώς ακολουθήστε. Μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία, έχετε ρυθμίσει το λειτουργικό σύστημα στο pi σας και μπορείτε τώρα να το χρησιμοποιήσετε ως κανονικός υπολογιστής.

Βήμα 8: Πρόσθετες βιβλιοθήκες και απαιτήσεις

Για να βεβαιωθείτε ότι το πρόγραμμα εκτελείται, το raspberry pi απαιτεί την εγκατάσταση ορισμένων βιβλιοθηκών και εξαρτήσεων. Ακολουθεί μια λίστα με όλα αυτά (σημείωση: χρησιμοποιήσαμε το python3 για αυτό το έργο και σας συνιστούμε να κάνετε το ίδιο):

• Tkinter (αυτό έρχεται ενσωματωμένο κατά τη λήψη του python)
• PIL (έρχεται επίσης προεγκατεστημένο με python)
• SH
• OpenCV
• gphoto2

Πριν από την εγκατάσταση οποιωνδήποτε πακέτων συνιστούμε να ενημερώσετε το λειτουργικό σύστημα του raspberry pi χρησιμοποιώντας την εντολή sudo apt-get update. Μπορείτε να κατεβάσετε και να εγκαταστήσετε τη βιβλιοθήκη sh ανοίγοντας ένα τερματικό και χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εντολή:

sudo pip3 install sh

Για να εγκαταστήσετε το πακέτο gphoto2 χρησιμοποιήστε την ακόλουθη εντολή:

sudo apt-get install gphoto2

Η λήψη και η εγκατάσταση του πακέτου OpenCV είναι μια ελαφρώς μεγαλύτερη διαδικασία. Συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε τον ακόλουθο σύνδεσμο, ο οποίος σας καθοδηγεί στα βήματα και παρέχει όλες τις εντολές με μεγάλη λεπτομέρεια: https://www.pyimagesearch.com/2018/09/26/install-opencv-4-on-your-raspberry- πι/

Βήμα 9: Πρόσθετα προγράμματα οδήγησης για την ενσωματωμένη οθόνη αφής

Η ενσωματωμένη οθόνη αφής απαιτεί απλές ρυθμίσεις για να λειτουργήσει. Ενεργοποιήστε το raspberry pi και ανοίξτε ένα τερματικό και χρησιμοποιήστε τις ακόλουθες εντολές:

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

Μόλις εισαγάγετε την τελευταία εντολή, η εξωτερική οθόνη σας θα πρέπει να αδειάσει και το pi θα εκκινήσει και θα εμφανίσει την επιφάνεια εργασίας στην ενσωματωμένη οθόνη αφής. Για να επιστρέψετε στην εξωτερική σας οθόνη, ανοίξτε ένα παράθυρο τερματικού στην ενσωματωμένη οθόνη και χρησιμοποιήστε τις ακόλουθες εντολές.

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

Βήμα 10: Εκτέλεση του προγράμματος ενότητας Timelapse

Πρώτα συνδέστε το raspberry pi σε μια εξωτερική τράπεζα ισχύος, χρησιμοποιώντας τη θύρα τροφοδοσίας. Για να εκτελέσετε το πρόγραμμα, κάντε λήψη και αποσυμπίεση του συμπιεσμένου φακέλου που επισυνάπτεται παρακάτω. Αντιγράψτε ολόκληρο το φάκελο στην επιφάνεια εργασίας του raspberry pi. Για να εκτελέσετε το πρόγραμμα και το GUI, ανοίξτε το αρχείο με το όνομα UI.py και το GUI θα εμφανιστεί στην οθόνη αφής του raspberry pi.

Στη συνέχεια, συνδέστε την κάμερα στο raspberry pi χρησιμοποιώντας ένα καλώδιο USB. Διατηρήστε τις προεπιλεγμένες τιμές στο GUI και κάντε κλικ στο κουμπί έναρξης. Αυτό θα ενεργοποιήσει την κάμερα 5 φορές σε διαστήματα 2 δευτερολέπτων. Μόλις ολοκληρωθεί, μπορείτε να δείτε τις φωτογραφίες που έχει τραβήξει η κάμερα στο φάκελο Εικόνες.

Αντιμετώπιση προβλημάτων: Σε περίπτωση που η κάμερα δεν ενεργοποιηθεί, βεβαιωθείτε ότι το μοντέλο της κάμεράς σας υπάρχει στην ακόλουθη λίστα. https://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php Εάν η κάμερά σας βρίσκεται σε αυτήν τη λίστα, βεβαιωθείτε ότι οι συνδέσεις είναι ασφαλείς και ότι η κάμερά σας είναι ενεργοποιημένη.

Βήμα 11: Συνιστώμενες ρυθμίσεις κάμερας για αστρο-φωτογραφία

Ακολουθούν ορισμένες ρυθμίσεις κάμερας που προτείνουμε ενώ κάνετε αστροφωτογραφία.

• Η κάμερά σας πρέπει να είναι σε χειροκίνητη εστίαση και να ορίζει την εστίαση στο άπειρο
• Τοποθετήστε την κάμερα σε τρίποδο
• Οι ρυθμίσεις της κάμερας πρέπει να είναι σε χειροκίνητη λειτουργία
• Ταχύτητα κλείστρου: 15-30 δευτερόλεπτα
• Διάφραγμα: Το χαμηλότερο δυνατό για τον φακό σας, το f-2.8 είναι ιδανικό
• ISO: 1600-6400

Εκτός από τις ρυθμίσεις της κάμερας, βεβαιωθείτε ότι έχετε καθαρό ουρανό. Ιδανικά θα πρέπει επίσης να βρίσκεστε στην εξοχή μακριά από όλα τα φώτα της πόλης για ιδανικά αποτελέσματα.

Βήμα 12: Κατανόηση του GUI

Το GUI περιέχει τρεις τιμές που ο χρήστης μπορεί να προσαρμόσει:

Ο χρόνος έκθεσης καθορίζει την ταχύτητα κλείστρου της κάμεράς σας. Για παράδειγμα, όταν φωτογραφίζετε αστέρια στον νυχτερινό ουρανό, συνιστάται ταχύτητα κλείστρου 15 έως 30 δευτερολέπτων, σε τέτοιες περιπτώσεις, ορίστε αυτήν την τιμή στα 30 δευτερόλεπτα. Εάν ο χρόνος έκθεσης είναι κάτι κάτω από 1 δευτερόλεπτο, μπορείτε να διατηρήσετε την τιμή ως 0

Ο Χρόνος Διαστήματος καθορίζει το χρονικό διάστημα που θέλετε μεταξύ δύο εκθέσεων. Σε περίπτωση χρονικών ορίων, συνιστούμε χρονικό διάστημα μεταξύ 1 και 5 λεπτών

Ο αριθμός εκθέσεων καθορίζει τον αριθμό των φωτογραφιών που θα θέλατε να τραβήξετε για το timelapse. Τα τυπικά βίντεο αναπαράγονται με ταχύτητα περίπου 30 καρέ ανά δευτερόλεπτο, πράγμα που σημαίνει ότι αν κάνετε κλικ σε 30 εικόνες θα έχετε ένα δευτερόλεπτο βίντεο. Με βάση αυτό, ο χρήστης μπορεί να αποφασίσει τον αριθμό των εικόνων που απαιτούνται

Το UI διαθέτει μια αυτονόητη διεπαφή. Τα κουμπιά βέλους χρησιμοποιούνται για να αυξήσουν ή να μειώσουν τις τιμές και το κουμπί έναρξης όταν οριστικοποιηθούν οι παράμετροι. Αυτό ενεργοποιεί την κάμερα που θα έπρεπε να έχει ήδη συνδεθεί μέσω μιας από τις θύρες USB του pi. Οι εικόνες στη συνέχεια αποθηκεύονται στη μνήμη του raspberry pi όπου μπορούν να γίνουν περαιτέρω τροποποιήσεις.

Βήμα 13: Στο άπειρο και πέρα

Αφού χρησιμοποιήσαμε συχνά αυτήν την ενότητα, είμαστε ευχαριστημένοι με τα αποτελέσματα που επιτεύχθηκαν. Με λίγη εμπειρία στην αστρο-φωτογραφία μπορεί κανείς να καταγράψει όμορφες φωτογραφίες. Ελπίζουμε ότι αυτό το έργο ήταν χρήσιμο, αν σας άρεσε, υποστηρίξτε μας ρίχνοντας μια ψήφο.

Happy Making!

Δευτέρα στο Raspberry Pi Contest 2020