Raspberry Pi Global Shutter Kamera

Nur zwei Monate nach der Ankündigung der Camera 3 Modulserie erscheint heute das neue Raspberry Pi Kameramodul, die Raspberry Pi Global Shutter Camera. Montiert auf einer 38mm x 38mm großen Platine, passt es eindeutig in die HQ Camera Arena und nicht in die allgemeine Camera Module Serie mit einer Größe von 25mm x 23,862mm. Werfen wir einen genaueren Blick darauf.

Alle bisherigen Kameras der Raspberry Pi-Reihe, beginnend mit dem ursprünglichen Kameramodul (2013), waren vom Typ Rolling Shutter und konnten unter ruhigen Bedingungen phänomenal hochauflösende Fotos produzieren. Es gibt jedoch einen Nachteil, der sie etwas ungeeignet macht, wenn sich die Dinge zu schnell bewegen.

Als Beispiel nehmen wir ein Video eines Zuges, der durch den Bahnhof Köln-Lövenich fährt:

Sowohl der Mast im Vordergrund als auch der Mast im Hintergrund standen senkrecht und verrichteten ihre Arbeit ordnungsgemäß. Da sich der Zug nach links bewegte, schien der Sensor der Kamera von oben nach unten zu scannen, und als der Scan den unteren Teil des Rahmens erreichte, hatte sich die Landschaft deutlich bewegt, insbesondere der Mast im Vordergrund, der sich relativ zum Bildrahmen schneller bewegte.

Da nicht jedes Bild zur gleichen Zeit gescannt wird, sondern von oben nach unten (und es gibt auch andere Muster), wie es früher bei Röhrenfernsehkameras der Fall war, neigen vertikale Linien dazu, sich zu neigen und diagonal zu werden, wenn sich ein Objekt horizontal durch den Rahmen bewegt - und je schneller es sich bewegt, desto mehr neigen sie sich. Das ist in vielen Situationen nicht ideal.

Für viele Verbraucheranwendungen, wie das obige Video, ist es ästhetisch nicht ansprechend, wenn sich ein betrunkener Vordergrund bewegt, aber es kann auch Auswirkungen auf anspruchsvollere Anwendungen haben, z. B. in der Industrie. Stellen Sie sich vor, Ihre Weinflaschen oder Widgets gleiten auf einem Fließband vorbei, während sie gestoßen, geprüft und gestempelt werden, und Sie haben eine Qualitätskontrollkamera, die möglicherweise durch maschinelles Lernen gesteuert wird.

Obwohl es seit einigen Jahren Hardware-Kamera-Lösungen von Drittanbietern für Pi-Boards gibt, hat der Raspberry Pi nun eine native Lösung: Der IMX296-Sensor der neuen Kamera - wieder von Sony, die seit dem Modul V1 im Jahr 2013 die Wahl für alle Kameras der RPi-Serie war - hat einen integrierten Global Shutter. Damit ist sie für diese Hochgeschwindigkeitsanwendungen viel besser geeignet, sei es für Ihre DIY-Action-Cam oder in Ihrer Produktionslinie.

Die Kamera ist ab heute weltweit erhältlich.

Bis Januar 2023, wenn RPi die native Unterstützung von M12-Mount-Objektiven ankündigt, unterstützen die HQ-Kameramodule (eingeführt 2020) nur C- und CS-Mounts, was auch bei dieser Global Shutter-Kamera der Fall ist, wie das folgende Bild zeigt:

Obwohl es sich um eine CS-Mount-Kamera handelt, liegt ein C-zu-CS-Mount-Adapter, ein Schraubendreher (ich kann mir nicht vorstellen, warum sie denken, dass wir noch einen brauchen) und das Kamerakabel bei.

Die Rückseite ist im gebogenen, matten Raspberry Pi-Stil gehalten, der zuletzt bei der Raspberry Pi Debug Probe zu sehen war. Die Abmessungen sind unten angegeben (hier klicken für das Bild in voller Auflösung):
  Wenn Sie jetzt ein Foto oder ein Video aufnehmen, sehen alle Pixel die Szene gleichzeitig, so dass Ihr gesamtes Bild im selben Moment aufgenommen wird, anstatt eine 2D-Zeitreise zu zeigen. Bei Anwendungen des maschinellen Sehens können Sie nun Dinge schneller bewegen, ohne die Maschine mit dem Sehen zu verwirren.

Ohne den "Jello-Effekt" oder andere störende Artefakte werden industrielle Anwendungen sicherlich davon profitieren, und das Tolle daran ist, dass kein Neuaufbau erforderlich ist - wenn Sie bereits Raspberry Pi HQ-Kameras verwenden, können Sie diese einfach durch die Global Shutter-Version ersetzen, um sofortige Ergebnisse zu erhalten.

Eine Einschränkung ist jedoch, dass die Auflösung der Global Shutter Kamera nur 1,58 Megapixel beträgt. Das ist nicht ideal für Rafting-Abenteuer mit der Familie, aber für Anwendungen, bei denen es wirklich darauf ankommt, wie z.B. an der Ziellinie einer Laufstrecke oder bei Machine Vision-Anwendungen, kommt es auf das Ergebnis an, nicht auf die Auflösung. Tatsächlich benötigt die Verarbeitung eines hochauflösenden Bildes für Ihre Bildverarbeitungsanwendung mehr Rechenleistung, was wiederum mehr Speicherplatz und Bandbreite zum Speichern und Verschieben erfordert.

Die größere Pixelgröße hat tatsächlich einen Vorteil, nämlich eine höhere Lichtempfindlichkeit. Das bedeutet, dass man kürzere Belichtungszeiten für Dinge nehmen kann, die sich schnell bewegen - tatsächlich wirbt Raspberry Pi mit Belichtungszeiten von nur 30 µs, was der Zeit entspricht, die man braucht, um ein Bild aufzunehmen, wenn man mit über 33.000 Bildern pro Sekunde läuft!

Wenn Sie einen oder mehrere davon haben, lassen Sie uns bitte in den Kommentaren unten wissen, wie es funktioniert. Schicken Sie uns ein paar Beispielfotos oder -videos! Wenn Sie ein ehrgeizigeres Projekt haben, das Sie mit uns und der Community teilen möchten, denken Sie daran, dass Sie Ihre Projekte und Ideen in Elektor Labs veröffentlichen können!

Übersetzung: Reda Alouane