Neue Raspberry Pi-Kamera mit Global Shutter

Raspberry Pi hat gerade ein neues Kameramodul im hochwertigen Kameraformat vorgestellt. Für den gleichen Preis von 50 US-Dollar, den Sie für die HQ-Kamera ausgeben würden, erhalten Sie etwa achtmal weniger Pixel. Aber dies ist eine Global-Shutter-Kamera, und wenn Sie einen Global-Shutter benötigen, gibt es einfach keinen Ersatz. Das ist eine große Sache für das Raspberry Pi-Ökosystem.

Die meisten heutigen Kameras verwenden CMOS-Sensoren im Rolling-Shutter-Modus. Das bedeutet, dass der Sensor in der oberen linken Ecke beginnt und entlangrastert, wobei er die Belichtungswerte aus jeder Reihe ausliest, bevor er zur nächsten Reihe nach unten geht und dann wieder oben beginnt. Der Vorteil ist das einfachere CMOS-Design, der Nachteil besteht jedoch darin, dass keines der Pixel gleichzeitig belichtet oder gelesen wird.

Vergleichen Sie dies mit einem globalen Verschluss, bei dem alle CMOS-Pixel belichtet werden und ihre Werte dann gespeichert werden, bis sie alle ausgelesen werden. Dies ist ein viel komplizierteres Gerät, da jede Zelle im Wesentlichen eine Abtast- und Halteschaltung benötigt, was die geringere Pixeldichte erklärt. Aber das Ergebnis ist, dass das Bild tatsächlich eine Momentaufnahme ist, und wenn sich irgendetwas in Ihrer Szene schnell bewegt, ist das wichtig.

Wer braucht also einen Global Shutter? In erster Linie ist es ein Muss für die Bildverarbeitung. Die Kombination aus sich bewegenden Motiven und Rollläden verzerrt die Form des Bildes. Wenn Sie seine Größe messen oder sogar den richtigen Umriss bestimmen möchten, müssen Sie es mit einem Global Shutter filmen. Quad-Piloten kennen die Kehrseite der Rolling-Shutter-Medaille – den „Jello-Effekt“ (YouTube-Videolink). Auf Quads ist es nicht die Szene, sondern die Kamera, die schnell vibriert, und dadurch wirken selbst statische Szenen wie der schreckliche alte Klischee-Traumsequenzeffekt. Nicht gut.

Oder stellen Sie sich vor, Sie fotografieren einen Blitz oder ein anderes kurzlebiges Ereignis und möchten es vielleicht zeitlich festlegen. Bei einem Global Shutter ist ein Bild dunkel und ein anderes hell. Mit einem Rolling-Shutter haben Sie fast garantiert halbgefüllte Bilder an beiden Enden.

Hier habe ich die klassische Demo herausgeholt: einen sich drehenden Propeller. Schauen Sie sich die seltsamen Formen an, die aus der Rolling-Shutter-Kamera entstehen! Alle Bilder sind etwas unscharf, da sich die Klinge während der Belichtung schnell bewegte; Wenn Sie die Unschärfe reduzieren müssen, helfen mehr Licht und kürzere Belichtungszeiten. Aber wenn Sie die Banane entbiegen wollen, kann Sie nur ein Global-Shutter retten.

Schauen Sie sich auch die Videodemos an. Während ich die Propellergeschwindigkeit erhöhe und verringere, können Sie einen Blick auf die Form werfen, die sich an die Bildraten der Kameras anpasst. Mit dem Global Shutter erhält man schöne Kleeblätter, aber mit dem Rolling Shutter erhält man Sicheln und sogar getrennte Geisterblätter. Trippy.

Weitere Informationen zu Rolling-Shutter-Effekten finden Sie in diesem Video.

Was bekommen Sie, wenn Sie 50 $ in der Tasche haben und einen Kamerasensor für Ihren Pi benötigen? Positiv zu vermerken ist, dass die Global-Shutter-Kamera einen Global-Shutter hat – das ist offensichtlich. Es verfügt außerdem über eine recht gute Lichtempfindlichkeit, kann im Videomodus 1440 x 1080 Pixel mit 60 Bildern pro Sekunde aufnehmen, und jedes dieser Bilder ist eine tatsächliche Momentaufnahme. Der große Nachteil ist, dass die Auflösung im Vergleich zur HQ-Rolling-Shutter-Kamera viel geringer ist. Aber für Computer Vision und viele andere nicht-künstlerische Anwendungen ist 1080p ausreichend. Ehrlich gesagt, wenn Sie CV auf einem Raspberry Pi ausführen, ist die reduzierte Pixelanzahl wahrscheinlich ein Segen.

Wie die HQ-Kamera verfügt diese Kamera über einen größeren Sensor als die günstigeren Raspberry Pi-Kameras, aber Sie müssen (oder können) Ihr eigenes Objektiv bereitstellen. Sowohl die HQ- als auch die Global-Shutter-Kamera verfügen über C- und CS-Anschlüsse, was bedeutet, dass Sie jedes CCTV-Objektiv einschrauben oder sogar einen Adapter in 3D drucken können, um diese an alles zu befestigen, vom Mikroskop bis zum Teleskop. Manchmal möchten Sie eine Kamera, manchmal möchten Sie nur den Sensor. Hier erhalten Sie lediglich den Sensor und eine Stativhalterung. Berücksichtigen Sie den Preis eines Objektivs in Ihrem Budget, wenn Sie eine Kamera möchten.

Ich habe dieses Modell kostenlos zum Testen von Raspberry Pi bekommen, und sie enthielten ein Objektiv. Es ist ziemlich gut, aber aus irgendeinem Grund war es nicht einfach, es richtig auf den Sensor zu fokussieren. Ich glaube, irgendwo im C-Mount-Adapteraufbau fehlt ein Abstandshalter, was den Heißkleber in meinen Glamour-Aufnahmen erklärt. Längerfristig werde ich wahrscheinlich den Ring in der richtigen Größe in 3D drucken. Mir gefällt auch, dass die Objektivhersteller die (analoge) Optik nach der Anzahl der erzeugten Megapixel bewertet haben. Physik!

Wie bei der HQ-Kamera müssen Sie die neue libcamera-Software und -Treiber verwenden. Sie sind viel leistungsfähiger und benutzerfreundlicher als die alten Versionen Raspistill und Raspivid, sodass es kein Problem darstellt, wenn Sie Ihren eigenen Code schreiben. Beachten Sie jedoch, dass einige ältere Programme, wie das hervorragende RPi Cam Web Interface, noch nicht mit den neueren Bibliotheken funktionieren.

Und schließlich, und ich weiß nicht, ob dies mit der HQ-Kamera gemeinsam ist, gibt es auf der Rückseite der Kamera einige einladende Testpunkte. Weiß jemand, was man damit machen soll?