Erstellen einer Trap-Kamera mit Raspberry Pi, Python, OpenCV und TensorFlow

Ich glaube fest daran, durch Übung zu lernen, etwas Neues zu schaffen. Und um etwas zu schaffen, müssen Sie Ihre Arbeit angenehm machen.



Ich werde meine Geschichte über mein neues Projekt beginnen, indem ich die Gründe enthülle, warum ich beschlossen habe, eine Fallenkamera auf der Basis des Raspberry Pi zu erstellen.



Ich lebe in London und mein Garten wird von einheimischen Wildtieren frequentiert. Dies passiert so oft, dass ich, ein begeisterter Gärtner, allmählich anfing, mich aufzuregen. Zerbrochene Töpfe, aus dem Boden gegrabene Pflanzen, gegessenes Obst und Gemüse ...



Ich sah in meinem Garten kleine Füchse (sie sind einfach wunderschön), große Füchse, Katzen (nicht meine), Vögel. Und einmal wurde ich sogar von einem Sperber besucht.



Sparrowhawk



Wer sonst kriecht im Schutz der Nacht in meinen Garten?





Das Tier auf diesem Bild zu sehen ist nicht einfach.



Welche anderen Gründe brauche ich, um eine Fallenkamera zu erstellen, die auf Raspberry Pi, Python, TensorFlow und was auch immer basiert? Und meine Kamera sollte sehr gut sein.



Jemand könnte sagen, dass Sie eine solche Kamera nicht selbst herstellen müssen, sondern dass Sie eine fertige kaufen können, die die Aufgabe, wilde Tiere zu beobachten, perfekt bewältigt.



Es ist eine gute Idee, aber nicht halb so interessant.

Kameramodule für Raspberry Pi

Ich habe zunächst untersucht, welche Kameratypen an einen Raspberry Pi-Einplatinencomputer angeschlossen werden können.



Die beliebtesten dieser Kameras sind solche, die über den MIPI-Anschluss direkt mit dem Raspberry Pi verbunden werden. Der Vorteil dieses Kameratyps besteht darin, dass Daten sehr schnell zwischen Kamera und Platine übertragen werden. Es gibt auch eine benutzerfreundliche API für die Arbeit mit der Kamera. 



Ich habe diese API ausprobiert und festgestellt, dass sie viele nützliche Funktionen bietet, mit denen Sie während der Aufnahme Videos aufnehmen und Bilder aufnehmen können. Auf diese Weise kann ich mit einfachen und unkomplizierten Werkzeugen gleichzeitig Bewegungen erkennen und Videos aufnehmen.



Es gibt drei Arten von Kameramodulen für Raspberry Pi... Nachfolgend finden Sie eine Kurzfassung der Tabelle mit den Merkmalen solcher Module.



In dieser Tabelle sind die offiziellen Kameramodule aufgeführt. Sie können jedoch Kameras von Drittanbietern finden, die mit dem Raspberry Pi funktionieren. Die Kameramodule werden verwendet, um Daten vom GPU Raspberry Pi-Sensor zu verarbeiten.



Da bei Verwendung des Kameramoduls der Raspberry Pi selbst mit der Bildverarbeitung beschäftigt ist, stellt sich heraus, dass die Auswahl an Kamerasensoren sehr begrenzt ist. Jeder Sensor verfügt über eine eigene API, sodass die Unterstützung verschiedener Sensortypen keine leichte Aufgabe ist.

Videoaufnahme bei schlechten Lichtverhältnissen

Ich werde eine Fallenkamera erstellen, um wilde Tiere zu beobachten. Daher sollten seine Fähigkeiten sowohl für die Tag- als auch für die Nachtarbeit ausreichend sein. Das heißt, es muss über einen Sensor verfügen, der Videos bei schlechten Lichtverhältnissen aufnehmen kann. Es ist sehr wünschenswert, dass es die reale Farbe der aufgenommenen Objekte reproduziert. Bei schlechten Lichtverhältnissen funktionieren die Kameramodule v1 und v2 nicht sehr gut. Damit sie unter solchen Bedingungen etwas entfernen können, müssen Sie die IR-Beleuchtung verwenden und den IR-Filter von ihnen entfernen. Das Verfahren zur Vorbereitung der Kamera für Aufnahmen bei schlechten Lichtverhältnissen hängt vom jeweiligen Kameramodell ab. Aber hier gibt es ein anderes Problem, nämlich dass die resultierenden Bilder einen rosa Farbton haben. Wenn Sie solche Kameras verwenden, benötigen Sie einen MechanismusDadurch wird der IR-Filter bei Aufnahmen während des Tages aktiviert und dieser Filter bei Nachtaufnahmen entfernt.





Bild von einer Raspberry Pi-Kamera, die tagsüber bei schlechten Lichtverhältnissen



aufgenommen wurde Für den Raspberry Pi gibt es jedoch eine neue Kamera, die in der Tabelle als HQ-Kamera bezeichnet wird. Ich bin mir jedoch nicht ganz sicher, welche "Nacht" -Fähigkeiten es gibt. Es basiert auf dem Sony IMX477-Sensor, der bei schlechten Lichtverhältnissen ein besseres Bild liefert als frühere Kameragenerationen. Ob dieser Sensor im Dunkeln das richtige Farbbild erzeugen kann, werde ich noch herausfinden. Meine vorläufige Untersuchung der Kameras hinsichtlich ihrer Spezifikationen legt jedoch nahe, dass dies wahrscheinlich nicht möglich ist.

Sony Starvis ist ein großartiger Kamerasensor

Sony verfügt über eine spezielle Familie von Kamerasensoren, die hauptsächlich für die Videoüberwachung verwendet werden. Das ist Sony Starvis. Diese Sensoren sind hochentwickelte Geräte, die bei schlechten Lichtverhältnissen bei nur 0,001 Lux hochwertige Farbbilder liefern können. Lux (lx) ist eine Einheit zur Messung der Beleuchtung.



Um es klarer zu machen, werde ich einige Beispiele geben. Fast vollständige Dunkelheit ist 0,0001 Lux. Nämlich: Es gibt kein Sonnenlicht, kein Licht des Mondes und der Sterne, der Himmel ist bedeckt, es gibt keine künstlichen Beleuchtungsquellen. Mir sind keine Kamerasensoren bekannt, die in völliger Dunkelheit filmen können.



Aber wenn der Himmel klar ist, geben die Sterne eine Beleuchtung von 0,002 Lux. Obwohl es unter solchen Bedingungen immer noch sehr dunkel ist, kann der Sony Starvis-Sensor in der Hälfte des Lichts aufnehmen. Für mich ist das einfach unglaublich.



Hier ist eine Seite aus Wikipedia, auf der weitere Beispiele zu finden sind.



Hoffentlich konnte ich Ihnen die Idee vermitteln, dass der Sony Starvis der perfekte Sensor für eine Fallenkamera ist.



Der Hauptnachteil dieses Sensors besteht darin, dass für den Raspberry Pi, in dem er verwendet wird, keine Kameras vorhanden sind. Aber wenn ich auf eine USB- oder IP-Kamera mit einem solchen Sensor stoßen würde, würde ich mir etwas einfallen lassen und es an den Raspberry Pi anschließen.



Tatsächlich habe ich eine solche Kamera gefunden.



Ich wollte nicht zu viel in dieses Projekt investieren, also kaufte ich eine geeignete IP-Kamera von Sony Starvis auf Aliexpress. Dieser Kauf hat mich, wenn ich mich richtig erinnere, 20 Pfund gekostet.



Das Vergleichen einer Kamera für Raspberry Pi und dieser Kamera ist wie das Vergleichen von Tag und Nacht. Und ich übertreibe überhaupt nicht. Sieh es dir selbst an.





Kamera mit Sony Starvis IMX307-Sensor, Aufnahme in einem dunklen Raum





Raspberry Pi v2-Kamera - der gleiche Raum, aber eine andere Sichtweise



Für die Trap-Kamera und die CCTV-Kamera ist es sehr wichtig, bei schlechten Lichtverhältnissen qualitativ hochwertige Aufnahmen machen zu können.



Einige mögen argumentieren, dass die Aufnahme von Farbvideos bei schlechten Lichtverhältnissen nicht so wichtig ist, dass Sie mit einer einfachen IR-Kamera auskommen können. Aber ich kann keine IR-Beleuchtung verwenden, da ich die Kamera drinnen aufstellen und durch das Fenster auf den Garten richten werde. Wenn Sie die IR-Quelle auf das Glas richten, verhält sich das Glas wie ein Spiegel und die Kamera wird blind.



Wenn wir über Kameras für den Raspberry Pi sprechen, eignen sie sich gut für einige einfache Projekte oder um etwas Neues zu lernen. Wenn Sie jedoch an einem mindestens halbwegs ernsthaften Projekt beteiligt sind, müssen Sie nur Kameras mit besserer Qualität verwenden.



Die Verwendung einer USB-Kamera (oder sogar einer IP-Kamera) eröffnet völlig neue Möglichkeiten. Wenn Sie auch eine normale Kamera für den Raspberry Pi haben, können Sie diese für einige Experimente mit künstlicher Intelligenz verwenden.

Installation und Konfiguration der Kamera für Raspberry Pi

Lassen Sie uns das Kameramodul v2 an die Platine anschließen. Es ist eigentlich sehr einfach.









Kameramodul v2 Die Kamera verfügt über ein blau-weißes Kabel. Es muss an den CSI-Anschluss der Karte angeschlossen werden. Die blaue Seite des Bandes sollte zur Rückseite der Platine zeigen.



Ich habe ein 3D-gedrucktes Kameragehäuse verwendet. Ich habe die entsprechenden Dateien auf Thingiverse gefunden. Ein geeigneter, recht kostengünstiger Fall ist beispielsweise bei Amazon zu finden.





Kameragehäuse



Jetzt ist es Zeitum die Kamera einzuschalten.



Nach dem Einschalten des Raspberry Pi müssen Sie ein Terminalfenster öffnen.





Terminal



Dann müssen Sie den folgenden Befehl ausführen:

$ sudo apt update

Und dann - das:

$ sudo apt full upgrade

Damit soll sichergestellt werden, dass das Board die neueste Raspbian-Version sowie die neuesten Patches und Updates verwendet.



Danach müssen Sie den folgenden Befehl im Terminal ausführen:

sudo raspi-config

Arbeiten mit raspi-config



Hier interessiert uns der AbschnittInterfacing Options>P1 Camera. Dann müssen Sie einen Befehl auswählenFinishund den Raspberry Pi neu starten.

Fotografieren mit Raspistill

Die Kamera sollte jetzt betriebsbereit sein. Lassen Sie es uns überprüfen mit raspistill. Öffnen Sie das Terminal erneut und geben Sie dort folgenden Befehl ein:

raspistill -v -o test.jpg

Das ist ein wundervolles Foto, das meine Kamera gemacht hat.





Kamera-Schnappschuss für Raspberry Pi

Videoaufnahme mit kratzig

Fotos sind gut, aber Videoaufnahmen sind viel besser. Hier kommt uns zu Hilfe raspivid:

raspivid -o vid.h264

Mit diesem Befehl können Sie ein Video mit einer Dauer von 5 Sekunden aufnehmen.



Wenn Sie ein längeres Video aufnehmen müssen, muss dieser Befehl einen Parameter übergeben -t, der die Dauer des Videos in Millisekunden angibt. Mit dem folgenden Befehl können Sie beispielsweise ein Video aufnehmen, das 30 Sekunden lang ist:

raspivid -o vid.h264 -t 30000

Streaming einrichten

Jetzt kommt der lustige Teil. Um zu sehen, was die Kamera "sieht", können Sie den folgenden Befehl verwenden:

raspivid -o - -t 0 -n | cvlc -vvv stream:///dev/stdin --sout '#rtp{sdp=rtsp://:8554/}' :demux=h264

Es wird ein RTSP-Stream erstellt, zu dem Sie über das lokale Netzwerk eine Verbindung herstellen können.

Ergebnis

Nachdem ich die Kameras für den Raspberry Pi herausgefunden habe, kann ich das Projekt weiterentwickeln, nämlich TensorFlow, Open CV und Python auf dem Raspberry Pi 4 installieren und mit dem Schreiben von Code beginnen. Ich habe vor, in meinen nächsten Materialien darüber zu sprechen. Für diejenigen unter Ihnen, die interessiert sind, mein YouTube-Kanal, auf dem Sie Videos zu diesem Projekt finden.



Haben Sie mit Kameras für den Raspberry Pi gearbeitet?