Автофокус: камеры Raspberry Pi высокого разрешения для самодельных сканеров документов и книг, OCR/OCV и 3D-сканирования
Низкая точность, плохая распознаваемость и другие недостатки камер с фиксированным фокусом
Минимальная дистанция фокусировки официальных камер Raspberry Pi:
| Камера | Минимальная дистанция фокусировки |
|---|---|
| Camera Module V1 (5 Мп) | от 50 см до бесконечности |
| Camera Module V2 (8 Мп) | от 20 см до бесконечности |
| Камера Raspberry Pi HQ (12,3 Мп) | н/д |
Не нужно собирать проект с камерой на Raspberry Pi, чтобы знать: объект съёмки иногда оказывается не в фокусе. Это свойство камер с фиксированным фокусом и, пожалуй, одна из самых неудобных проблем, с которыми мейкеры сталкиваются на официальных платах камер Raspberry Pi.
Обходные пути неудобны. Не каждый сумеет вручную перенастроить фокус модулей Raspberry Pi V1 и V2: при этом высок риск повредить модуль, а для других задач фокус придётся настраивать заново. У камеры HQ сменные объективы, а Arducam выпускает большой выбор вариообъективов, так что исправить размытый фокус просто — достаточно повернуть кольцо фокусного расстояния и получить нужную минимальную дистанцию фокусировки для проекта.
Но, к сожалению, бывают ситуации, где не помогают ни камеры с фиксированным, ни камеры с регулируемым фокусом.
Типичный пример — проект на Raspberry Pi с OpenCV для классификации изображений, OCR и т. п., который получает живое изображение с камеры Pi. Если объект съёмки находится очень близко, а расстояние до камеры меняется непредсказуемо, придётся либо вручную перефокусировать камеру перед каждым снимком, либо мириться с размытыми изображениями.
А последствия плохих снимков критичны. С заранее обученными моделями распознавания заметно падают доля успешного распознавания и точность. Если же вы обучаете собственные модели на таких наборах данных, на этапах обучения и инференса возникнет масса проблем, и в итоге модель окажется непригодной.
Никто не хочет низкой пропускной способности и неудовлетворительной работы камер Pi. Эти проблемы и решает Arducam.
Чем помогают камеры с автофокусом
По данным Arducam, именно она первой предложила камеры с автофокусом сообществу Raspberry Pi.
Программируемая автоматическая фокусировка многое меняет, потому что:
- Фокус больше не нужно настраивать вручную — удобно, когда Raspberry Pi с камерой установлены в труднодоступном месте.
- Перефокусировка занимает несколько строк кода: снимки остаются резкими, даже если расстояние между объектом и камерой сильно меняется.
- Пока объект дальше минимальной дистанции фокусировки, камеру можно свободно перемещать вокруг него, и он всегда будет в фокусе.
Как уже сказано, камеры Arducam с автофокусом делают Raspberry Pi пригоднее для задач, где важна фокусировка.
Как работает автофокус, как Arducam добавляет его в официальные камеры Pi и в поворотные камеры PTZ
Самодельные сканеры документов и книг
Самодельный сканер книг на Raspberry Pi — один из лучших способов применить камеру с автофокусом. Вместо управления зеркальными камерами через CHDK в Pi Scan можно просто поставить пару новых камер Arducam с автофокусом на самодельный сканер, например Archivist Quill, и получить более качественные изображения. В отличие от зеркальных камер они дешевле и потребляют меньше энергии.
Помимо сканирования книг, в Linux есть много программ для сканирования, которые превратят Raspberry Pi в удобный сканер документов.
Камеры для оптического распознавания (OCR) и проверки (OCV) символов
Raspberry Pi с камерой с автофокусом и Tesseract — известным движком OCR с открытым исходным кодом — превращаются в камеру OCR, которая извлекает и считывает буквы и цифры с любого снимка; чем выше разрешение, тем лучше результат. Результат OCR можно озвучить с помощью синтеза речи (TTS) и использовать в других сценариях.
В промышленности камеры с автофокусом встраивают в системы машинного зрения для оптической проверки символов (OCV): они проверяют коробки, бутылки и другие изделия на производственных и сборочных линиях на дефекты этикеток и печати.
3D-сканеры и фотограмметрия на Raspberry Pi
Из-за ограничений штатных камер Pi 3D-сканирование на Raspberry Pi пока не дошло до полной автоматизации, а в крупных сканерах вроде Pi3DScan по-прежнему используются камеры на IMX219.
Большой шаг вперёд сделал проект OpenScan: Raspberry Pi с 8-мегапиксельной камерой V2 снимает сотни фотографий объекта с разных ракурсов, превращает их в облака точек и воссоздаёт 3D-модель объекта. Но оригинальная камера V2 — с фиксированным фокусом, поэтому все проблемы фокусировки при съёмке с близкого расстояния остаются и могут испортить 3D-модель.
Эксперименты с камерами HQ тоже проводились, но до идеала ещё далеко. По данным Arducam, только она глубоко разобралась в этих вопросах и пришла к выводу, что правильный ответ — камеры с автофокусом.
С решениями Arducam можно наконец избавиться от этих неудобств и получить прирост производительности и лучшие результаты в приложениях фотограмметрии на Raspberry Pi.
Модули камер Pivariety 16 Мп и 21 Мп для Raspberry Pi
Проект Pivariety добавляет в Raspberry Pi новые сенсоры и использует собственные алгоритмы настройки ISP Arducam, обеспечивая высокое качество изображения и поддержку на уровне штатных камер.
Камеры 16 Мп и 21 Мп с автофокусом дают:
- Штатную поддержку настройки ISP (автоэкспозиция AE, автобаланс белого AWB, автофокус AF) для максимально возможного качества.
- Разрешение в 2–3 раза выше, чем у популярных модулей V2 и HQ.
- Гораздо более компактные размеры, чем у камеры HQ с объективом.
- Более быструю автофокусировку и перефокусировку, дистанция фокусировки — от 50 мм до бесконечности.
