車載可能! ポータブルサーモカメラの改良

超コンパクト&高速化達成!(^^)

超コンパクト&高速化達成!(^^)

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

前回、ちらりと登場したヒルクライム用新兵器

上りではまったく活躍してませんでしたが、実は下り専用、カーボンリムの温度測定装置です。

以前、4月に紹介した試作品の改良版の改良版です(^^;



試作段階の課題

今年の4月、赤外線アレイセンサ(サーモセンサー、MLX90640)を入手たので熱画像(サーモグラフィー)を表示させて遊んでみました。

ただ、とりあえず、思付きでやってみただけなので、課題は山積みでした。

トップチューブボックス内にマイコン、下にはモバイルバッテリー(10000mAh)。大がかりすぎ。

トップチューブボックス内にマイコン、下にはモバイルバッテリー(10000mAh)。大がかりすぎ。

SONY DSC-RX100m3 + Carl Zeiss Vario Sonnar T* 10-37mm F1.8-4.9

  • 画面表示が無いので、どこを撮影しているか分からない
  • 別途電源が必要(モバイルバッテリー)
  • 大きなマイコンを収納するため、トップチューブバッグが必要
  • サーモグラフィーの温度レンジが狭すぎて、全部真っ赤になってしまう
  • 15秒に1枚しか撮影できないので、カクカクすぎる
  • マイコン~カメラ間の配線が太くて邪魔(LANケーブル)

初回だからしょうがないのですが、いかんせん、課題が多すぎです。

なんとかせねば・・・。

マイコンが大きすぎたんです。載せにくいし、消費電力が大きすぎる。

マイコンが大きすぎたんです。載せにくいし、消費電力が大きすぎる。

SONY DSC-RX100m3 + Carl Zeiss Vario Sonnar T* 10-37mm F1.8-4.9

改良版1登場!

まず、マイコンを大型のRaspberry Pi4から、Raspberry Pi Zeroに変更です。

処理能力は1/10くらいしかありませんが、小型&小電力を見込まれての採用です(安いし・・・笑)

そのほか、液晶画面を付けたり、バッテリーを内蔵したり、さまざまな改良をしてみました。

液晶画面を搭載!
1.3インチの超小型カラー液晶画面を搭載です。熱画像の確認や動作モードの確認などが現地でできるようになりました。
バッテリーを内蔵!
マイコンを小型化したので、小さなバッテリーでも駆動できるようになります。手元にあった850mAhの小型LiPo電池を内蔵してみました。もちろん、充電&放電回路も。
ロボットケーブル配線に変更!
試作品は固いLANケーブルでしたが、細くてしなやかな「ロボットケーブル」に変更です。
プレビューモードと撮影モードに分けました
以前は電源を入れた途端に録画始めましたが、プレビューモードを付けました。液晶画面で撮影画像を見てカメラの角度などを調整し、準備ができたら、スイッチを「記録モード」に切り替えれば、録画が始まるようになりました。
上から順に、小型液晶、マイコン、LiPo電池。だいぶコンパクトになりました。

上から順に、小型液晶、マイコン、LiPo電池。だいぶコンパクトになりました。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

Raspberry Pi Zeroは同Pi4の1/10くらいの処理能力しかありませんが、「記録モード」中は最高温度の数値だけ画面表示して、サーモ画像はSDカードに直接記録するように変更することで、なんとか、同程度の記録スピードを確保しました(といっても15秒に1枚ですが・・・)

センサーケーブルは極細の「ロボットケーブル」。記録中の表示を最小限にして、速度アップ。

センサーケーブルは極細の「ロボットケーブル」。記録中の表示を最小限にして、速度アップ。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

それでも、やっぱりトップチューブバッグが必要でした。

それでも、やっぱりトップチューブバッグが必要でした。

SONY DSC-RX100m3 + Carl Zeiss Vario Sonnar T* 10-37mm F1.8-4.9

しかし、まだ、以下のような課題が残っていました。

  • やはり、記録速度が遅すぎる(15秒に1枚では・・・)
  • 小さくなっても、自転車に載せるにはトップチューブボックスなどが必要

ココをなんとかせねば、商品化(?)はまだまだです・・。

本命? 改良版2登場!

改良版1に対して全国のユーザー(1人だけど)から寄せられたご意見を参考に、さらに改善してみました

【その1】ステムに載せられるよう、マウントを作成
いつもの3Dプリンタで、ちょっとしたマウントを作ってみました。マイコン基板のネジ位置に合わせてあるので、いろんな自転車用工作の実験に使えそうです。
【その2】サーモ画像データの保存高速化
サーモ画像は、以前は1コマずつPNG画像ファイルの形でSDカードに保存していましたが、改善後は、生のセンサーデータを内部メモリに蓄え続け、記録終了時にそのままのデータを保存するように変更しました。
お手製マウント設計中。

お手製マウント設計中。

立体化完了。緑の基板は、マイコン専用基板。

立体化完了。緑の基板は、マイコン専用基板。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

カメラマウントも刷新。バイクハンドルに取り付けやすくなりました。

カメラマウントも刷新。バイクハンドルに取り付けやすくなりました。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

サーモ画像は、センサーから読み込んだデータに補間処理をかけ、ヒートマップを生成して、そのスクリーンショットをPNGで記録する必要があり、かなり時間を要していました。

そこで、生データだけをSDカードに無加工で保存し、家に帰ってから、上記の時間がかかる処理をオフラインで実施する方式に変更です。

これにより、以前は1コマ15秒もかかっていた処理が、0.7秒ほどでできるようになりました。
(後に動画を生成するときにわかりやすくするため、1コマ=1秒で記録するようにしています)

録画時の画面はこれだけ。熱画像は家に帰ってから作ります。

録画時の画面はこれだけ。熱画像は家に帰ってから作ります。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

スイッチをプレビューモードにすれば、走行時にも熱画像を見れます。

スイッチをプレビューモードにすれば、走行時にも熱画像を見れます。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

【毎回画像作成 vs. メモリ保存】

元のセンサーは横32×縦24=768画素しかなく、これを縦横とも10倍に拡大して補間処理をかけて320×240の画像に仕上げてます(PNGだと30KBくらい)

一方、元データは768画素×8バイト≒6KB程度のデータ量です(Double浮動小数点なので8バイト)

仮に30分録画すると、30分×60秒×6KB≒10MBくらいになります

Raspberry Pi Zeroは非力なマイコンですが、それでもRAMは512MBありますので、SDに随時吐き出さなくてもRAMに保存し続け、最後に一括でSDに書き出すようにしています。

室内実験では、2時間(=40MB)まで放置してみましたが、ちゃんと動いでいました(^^)

後処理で7200枚もPNGを吐き出されたのには困りましたが・・・。

まとめ

試作品→改良版1→改良版2と、改善を重ねるにつれて実用的な(?)オモチャとして使えるようになってきました。

元祖試作品改良版2のスペックを比較すると、以下のようになります。

項目 初代試作品 改良2号 備考
マイコン Raspberry Pi 4 Raspberry Pi Zero 処理能力は低いけど、小型&省電力
電源 大型モバイルバッテリー 内蔵LiPo電池 4時間くらい駆動できる
画面表示 なし 1.3インチ液晶 サイコンのように表示できる
センサーケーブル LANケーブル ロボットケーブル 取り回しが劇的に楽になった
操作SW なし 電源・記録・リセット プレビューで確認してから記録ができる
記録 静止画 撮像生データ
記録間隔 10秒 1秒 画像を作らず保存するので早い
車載方法 なし。バッグなどに入れる マウントで固定 専用マウント登場

試作品の時は目立つ配線や、大型のモバイルバッテリーなどが必要だったので、ご近所のちょっとした坂でしか試せませんでした。

改良版2は、自転車に取り付けても目立たなくなりました(チト怪しいけど・・・)ので、いよいよ、ダウンヒルの本場・ヤビツで試せそうです。

で、実際にヤビツで試してみた様子は、また次回に!

つづく。

まぁ、十分怪しいですけどね(^^;

まぁ、十分怪しいですけどね(^^; このあと、約1cmほど背を低く改造しましたが・・・

SONY DSC-RX100m3 + Carl Zeiss Vario Sonnar T* 10-37mm F1.8-4.9

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コメント

  1. 名前:とも 投稿日:2021/09/07(火) 19:33:35 ID:f586ec4a5 返信

    何やら楽しそうな工作ですね!
    1秒に1回だと、保存容量は平気かな?と気になってしまいました。
    次回記事期待してます!

    ちなみに、3Dプリンタはどのようなものを使ってるのでしょうか?
    マウントみたいな小物まで作れるとなると俄然興味が…

    • 名前:Shiro 投稿日:2021/09/08(水) 08:40:55 ID:2c9fdcddf 返信

      そう、自分もメモリー容量を気にして、毎度SDカードに保存していました。
      が、よく考えたら、元のサーモセンサーは32×24ドットしかないので、1枚撮影で6KB程度しかないんです。

      なので、30分ぶっ続けで記録しても、10MBしかないので余裕でした(^^)

      3Dプリンタは、QIDI社の安物(4万円ほど)をつかっております。
      大きなものは作れませんが、日々、小物を量産しております。
      http://fotopota.sakuraweb.com/archives/2021/06/post-22062.html

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