Содержание статьи
Содержание

Главная / Датчики и Arduino / Модуль видеокамеры и Arduino

Модуль видеокамеры и Arduino

Статья посвящена подключению и работе с серийным модулем TTL камеры и Arduino. Камера работает по стандартам NTSC. Подобные модули отлично вписываются в проекты для реализации фотографии и видеострима. Кроме того, обычно они имеют встроенную возможность настройки яркости и насыщенности цветов, настройки авто-контраста и авто-яркости, дают возможность отслеживать движение.

Описание и технические характеристики камеры

Хотелось бы более детально остановиться на том, как именно подобные модули обеспечивают и фото и видеосъемку. Изначально камера была разработана с целью наблюдения. То есть, основная задача была стримить видео с пина Video (в черно-белом цвете) и обрабатывать команды по серийному протоколу связи. С помощью серийного протокола можно запросить у модуля камеры остановить кадр видеосъемки и сохранить полученный кадр в формате JPEG. Например, модуль камеры в стандартном режиме работы будет стримить видео. Когда камера обнаружит движение, будет сделано фото, которое сохранится на карту памяти для дальнейшего анализа.

Видеокамера для Arduino

Разрешение на модуле камеры не большое – максимальный размер фото 630х480 пикселей. При этом камера чувствительна к инфракрасному излучению, благодаря чему обнаруживаются изменения в цветопередаче. Основная причина этих недостатков – модуль камеры предназначен для наблюдения, а не качественной фотографии. Существуют модули и с другими параметрами. Рассматриваемый нами – один из самых лучших по своим техническим характеристикам.

Технические характеристики модуля камеры

В качестве примера работы видеокамеры ниже приведены две фотографии: первая – в комнате в солнечный день и вторая – на улице в дождливый.

Фото с видеокамеры в помещении Фото улицы с видеокамеры в дождливый день

Подключение камеры

Как правило модуль продается без коннекторов, так что придется запаять проводники к предусмотреным пинам. Хорошая новость: контакты находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга (около 2 мм). Можно использовать достаточно толстый проводник и жало для распайки.

Если вы не планируете использовать возможности видеосъемки, можно использовать четыре провода. Мы используем красный для пина +5 В, черный для Земли, белый для пина RX (данные, которые поступают на камеру от Arduino) и зеленый для пина TX (данные, которые поступают с камеры).

Видеокамера для Arduino вид спереди Видеокамера для Arduino четыре коннектора

Если вы планируете использовать NTSC видео-выход для подключения к телевизору или монитору, припаяйте еще один черный проводник к пину Земля и желтый к пину CVBS.

Видеокамера для Arduino с NTSC Видеокамера для Arduino в корпусе

Если у вас водонепроницаемая модель камеры, в ней уже будут предусмотрены следующие коннекторы:

Проверка работоспособности камеры

Один из самых быстрых методов проверки работоспособности камеры – использование NTSC видео выхода для подключения. В этом случае при настройке параметров изображения и фокусировки вы моментально увидите результат. В комплексе с программой CommTool, которую мы рассмотрим ниже, это идеальный метод для ознакомления с основаи работы с модулем камеры и Arduino.

Для подключения к большинству телевизоров и мониторов нужен RCA джек. С этой целью мы припаяли RCA выход к камере. Черный проводник подключен к Земле, а желтый – к сигналу. Купить коннекторы RCA типа можно в любом магазине радиотехнических деталей.

К сожалению, перейти из режима NTSC в режим PAL невозможно.

Подключите кабель NTSC к монитору и подключите красный и черный кабели к источнику питания +5 В. На мониторе тут же появится черно-белое изображение!

Видеокамера подключенная к Arduino Видеокамера Arduino - вывод через RCA джек

Использование CommTool

Для использования windows-приложения Comm Tool, необходимо наладить обмен данными с камерой по серийному протоколу. Мы предлагаем два варианта. Первый – использовать переходник для FTDI или какой-то USB/TTL конвертер. В случае с Arduino вы можете использовать серийный чип (чип FTDI), загрузив следующий скетч на Arduino:

// empty sketch

void setup()

{

}

void loop()

{

}

Примечание: Этот метод сработает только на Arduino с отдельным USB-интерфейсом, вроде Uno. С платами Leonardo так не получится!

Если вы используете Leonardo, Micro, Yun, или другие контроллеры на основании ATmega32U4, используйте этот Leo_passthru скетч вместо "пустого" скетча.

//Leo_passthru

//Обеспечивает передачу данных по серийному протоколу при

//использовании плат Arduino Leonardo в Windows.

// Красный подключен к +5 В

// Черный - к земле

// Зеленый - к цифровому пину 0

// Белый - к цифровому пину 1

void setup() {

Serial1.begin(57600);

Serial.begin(57600);

}

void loop()

{

while (Serial.available())

Serial1.write(Serial.read());

while (Serial1.available())

Serial.write(Serial1.read());

}

Теперь подключите камеру к Arduino следующим образом:

Подключение видеокамеры к Arduino

На водонепроницаемых камерах белый и зеленый провода часто меняются местами! Так что учтите это при подключении. Красный коннектор должен все равно идти к +5 В, а черный – к Земле.

Обратите внимание, что при подключении камеры к Arduino используется резистор на 10 кОм. Питание логики камеры 3.3 В, так что опустить напряжение с 5 В до 2.5 не такая уж плохая идея. В обычном режиме на выходе с цифрового пина 0 формируется сигнал HIGH, который соответствует 5 В. При нашем подключении, с учетом сопротивления резистора, подключенного к входному сигналу (белый проводник), напряжение не превысит 3.3 В.

Теперь загрузите и установите программное обеспечение VC0706 CommTool.

Запустите программу и выберите COM порт, к которому подключена Arduino.

Запуск VC0706 CommTool

После этого Open порт и нажмите Get Version

Обратите внимание, что отобразилось VC0703 – Почему DSP запрограммирован под другим номером – точно не известно. В любом, случае, ответ мы получили.

Следующая кнопка – рядом с FBUF CTRL.

Панель управления в VC0706 CommTool

Это новая панель, которую мы можем использовать, чтобы напрямую загрузить рисунки с камеры.

После этого нажмите Read (рядом с Sel File), чтобы считать кадр с камеры.

Считывание изображения с камеры

Вот и все! Теперь вы с легкостью можете загружать фото с камеры. Чтобы сделать новый снимок, нажмите Resume. После этого нажмите Stop CFbuf для нового фото. Кроме того, вы можете выбрать Compression Ratio и выбрать качество снимка. Учтите, что время обработки тоже изменится. Простого пути изменения размера фотографии в этой программе нет, но мы можем это сделать в скетче Arduino.

Вы могли заметить, что есть выпадающий список для изменения скорости передачи данных. По умолчанию скорость выставлена на 38400.

Несмотря на то, что в программе есть эти настройки, даже если они отработают, после перезагрузки камеры придется выставлять их заново. В некоторых случаях, при изменении скорости передачи данных в программе, камеры отключаются. Так что пользоваться этими настройками не рекомендуется.

Настройка считывания изображения с камеры

Стоит обратить внимание на кнопку Image Property, с помощью которой можно настроить камеру. С помощью ползунов можно в режиме реального времени подстраивать изображение, которое выводится на вашем подключенном мониторе.

Настройка считывания изображения с камеры в режиме реального времени

В программе куча настроек. Рекомендуем ознакомится с их перечнем ниже и не менять их, пока вы на 100% уверены, что это за настройка и зачем она вам нужна.

Использование видеокамеры с Arduino

Давайте подключим камеру к нашему микроконтроллеру (в данном случае - Arduino). Подключение похоже на предложенный выше вариант. Для подключения используем два цифровых пина и серийный протокол для обмена данными с модулем. Для сохранения снимков вам понадобится карта памяти. Можно использовать дополнительные microSD модули или шилды.

Подключите видеокамерукамеру к Arduino, как показано на рисунке ниже:

Подключение видеокамеры к Arduino Uno

В водонепроницаемых камерах белый и зеленый проводники могут располагаться наоборот! Так что проверьте это перед подключением. Красный кабель идет к +5 В, черный – к Земле.

Предлагаем для начала проверить microSD карту. После проверки, можно устанавливать библиотеку VC0706 для видеокамер. Скачать ее можно здесь: Github

Переименуйте распакованную папку Adafruit_VC0706. Проверьте наличие файлов Adafruit_VC0706.cpp и Adafruit_VC0706.h. Переместите папку с библиотекой Adafruit_VC0706 в папку /libraries/ folder. Возможно, вам надо будет создать подпапку в библиотеке. Перезагрузите Arduino IDE.

Если вы используете Arduino v23 или более раннюю версию, вам надо будет дополнительно установить библиотеку NewSoftSerial. Скачать ее можно здесь: NewSoftSerial10c.zip. В Arduino 1.0 эта библиотека встроена (называется SoftwareSerial).

Первый снимок

Что ж, теперь можно делать ваш первый снимок. Откройте Arduino IDE и выберите скетч File-> Examples-> Adafruit_VC0706-> Snapshot. Загрузите его на Arduino. Откройте окно серийного монитора, в котором вы увидите как сделается фото 640x480 и сохранится на карту памяти microSD. Карту можно извлечь и перенести с нее данные на ваш компьютер.

Данные с видеокамеры в серийном мониторе Arduino IDE

Ниже показаны несколько настроек, которые можно поменять для работы с вашей видеокамерой. Первое – замена пинов, к которым подключена камера. Можно использовать два любых цифровых пина. Замена проводится в следующей строке:

// This is the camera pin connection. Connect the camera TX

// to pin 2, camera RX to pin 3

NewSoftSerial cameraconnection = NewSoftSerial(2, 3);

Можно изменить разрешение снимка на 160x120, 320x240 или 640x480. Для этого используются следующие строки:

// Set the picture size - you can choose one of 640x480, 320x240 or 160x120

// Remember that bigger pictures take longer to transmit!

cam.setImageSize(VC0706_640x480); // biggest

//cam.setImageSize(VC0706_320x240); // medium

//cam.setImageSize(VC0706_160x120); // small

Просто снимите теги комментариев с нужной вам строки и закомментируйте остальные. Помните, что чем больше изображение, тем больше времени понадобится на его обработку и сохранение.

Обнаружение движения

Отличная опция, которая есть в камере – возможность обнаруживать движение. Работает эта фукция по принципу обнаружения изменений в кадрах и подаче соответствующего сигнала на микроконтроллер. Так что в своих проектах можно немного сэкономить и не использовать дополнительный пироэлектрический датчик движения.

Загрузите скетч из File-> Examples-> Adafruit_VC0706-> MotionDetect на Arduino. Как только он загрузится, будет сделан снимок. Подождите несколько минут и помашите рукой перед камерой, будет сделано еще одно фото.

Данные с видеокамеры при обнаружении движения

Включать и отключать функцию обнаружения движения можно с помощью вызова setMotionDetect()

// Motion detection system can alert you when the camera 'sees' motion!

cam.setMotionDetect(true); // turn it on

//cam.setMotionDetect(false); // turn it off (default)

Вам надо подать запрос на камеру при обнаружении движения, вызвав motionDetected() – в результате вам вернется true, если движение было и false, если не было.

Ручная настройка фокуса

В камере не предусмотрен автофокус, есть только ручной режим. С одной сторы это хорошо, с другой – плохо. Камера поставляется с хорошей глубиной фокуса, которая подходит для большинства задач. Если вы планируете настраивать фокус, очень рекомендуем предварительно подключить модуль камеры к монитору, как мы это делали выше. Так вы сможете в режиме реального времени отследить изменение настроек. После настройки, объектив затягивается винтом.

Ручная настройку фокуса на видекомере для Arduino

Если у вас влагозащищенная камера, для настройки придется снять корпусную часть и только потом провести настройку.

Дополнительные вопросы-пояснения

Как можно изменить скорость передачи данных на модуле видеокамеры?

Возможно, вы обратили внимание, что есть командная строка для изменения скорости передачи данных. По умолчанию, значение установлено на 38400.

Несмотря на то, что в приложении можно изменять скорость, эти настройки отрабатывают не очень хорошо. Даже если получиться изменить настройки, после перезагрузки модуля видеокамеры для Ardbino, они собьются. Кроме того, порой это приводит даже к поломке камеры.

С какой скоростью можно делать снимки?

Рассмотренная в данной статье камера достаточно медленная. Для передачи изображения понадобится около 30 секунд. Обратите внимание, что это характеристика, которая отвечает за обработку и сохранение снимка в том числе. Для анализа в режиме реального времени подобной задержки нет.

Почему такие бледные цвета? Снимки похожи на монохромные.

Рассмотренный модуль был разработан для режима наблюдения, чувствительность видеокамеры смещена к инфракрасному диапазону. Это значит, что объект, который отражает или излучает инфракрасные волны будет казаться ярче.

Для более естественной цветопередачи можно использовать дополнительные инфракрасные фильтры.

Есть ли альтернативные библиотеки для камеры и Arduino?

Например, есть еще одна библиотека, которую можно тоже скачать на Github

Так что экспериментируйте, тестируйте и развивайте свои проекты на Arduino.