グローバルシャッターを備えた新しいRaspberry Piカメラ

Raspberry Pi は、高品質カメラ形式の新しいカメラ モジュールを導入しました。 HQ カメラに支払うのと同じ 50 ドルの価格で、得られるピクセル数は約 8 分の 1 になります。 しかし、これはグローバル シャッター カメラであり、グローバル シャッターが必要な場合、代わりになるものはありません。 これは Raspberry Pi エコシステムにとって大きな問題です。

現在販売されているほとんどのカメラは、ローリング シャッター モードで CMOS センサーを使用しています。 つまり、センサーは左上隅から開始し、ラスター状に進み、各行から露出値を読み取ってから次の行に移動し、再び上部から開始します。 利点は CMOS 設計がシンプルになることですが、欠点は、どのピクセルも同時に露光または読み取られないことです。

これをグローバル シャッターと比較してください。グローバル シャッターでは、すべての CMOS ピクセルが露光され、すべてが読み出されるまでその値が保存されます。 これは、各セルが本質的にサンプル アンド ホールド回路を必要とするため、はるかに複雑なデバイスであり、これがピクセル密度の低下を説明します。 しかし、その結果、写真は実際にはある時点のスナップショットとなり、シーン内の何かが高速で動いている場合、それが重要になります。

では、グローバルシャッターを必要とするのは誰でしょうか? 何よりもまず、これはマシンビジョンにとって必須です。 動く被写体とローリングシャッターの組み合わせにより、視界にあるものの形状が歪みます。そのサイズを測定したり、正しい輪郭を特定したりする場合は、グローバルシャッターで撮影する必要があります。 クワッドのパイロットは、ローリング シャッター コインの裏側、つまり「ゼリー効果」を知ることになります (YouTube ビデオ リンク)。 クアッドでは、シーンではなくカメラが急速に振動しており、これにより、静止したシーンさえも、あの恐ろしい古い決まり文句の夢のシーケンス エフェクトのようにぐらついて見えるようになります。 ダメだ。

あるいは、雷やその他の短期間の出来事の写真を撮っていると想像して、その時間を計測したいと思うかもしれません。 グローバル シャッターを使用すると、あるフレームは暗くなり、別のフレームは明るくなります。 ローリング シャッターを使用すると、どちらかの端のフレームが半分埋まることがほぼ確実になります。

ここでは、回転するプロペラという古典的なデモを取り出しました。 ローリングシャッターカメラから出てくる不思議な形をご覧ください！ 露光中にブレードが高速で移動したため、すべての画像が少しぼやけています。 ぼやけを軽減する必要がある場合は、より多くの光を当て、露出時間を短くすると効果的です。 しかし、バナナの曲げを元に戻したい場合は、グローバル シャッターだけがあなたを救うことができます。

同様に、ビデオデモをチェックしてください。 プロペラの速度を上げたり下げたりすると、カメラのフレーム レートとエイリアシングしている形状を垣間見ることができます。 グローバルシャッターを使用すると、素敵なクローバーが得られますが、ローリングシャッターを使用すると、鎌ができたり、切断されたゴーストブレードさえも得られます。 トリッピー。

ローリング シャッター エフェクトの詳細については、このビデオをご覧ください。

ポケットに穴が開いた 50 ドルを持っていて、Pi 用のカメラ センサーが必要な場合、何が得られるでしょうか? メリットの面では、グローバル シャッター カメラにはグローバル シャッターが搭載されています。これは明らかです。 また、光感度もかなり優れており、ビデオ モードで 1440 x 1080 ピクセルを 60 フレーム/秒で記録でき、それらの各フレームは時間内の実際のスナップショットです。 大きな欠点は、HQ ローリングシャッター カメラに比べて解像度がはるかに低いことです。 ただし、コンピューター ビジョンやその他の芸術以外の多くのアプリケーションの場合は、1080p で十分です。 正直なところ、Raspberry Pi で CV を実行している場合、ピクセル数の減少はおそらくありがたいことです。

HQ カメラと同様に、このカメラには安価な Raspberry Pi カメラよりも大きなセンサーが搭載されていますが、独自のレンズを用意する必要があります (または用意する必要があります)。 HQ カメラとグローバル シャッター カメラは両方とも C マウントと CS マウントを備えているため、任意の CCTV レンズをねじ込むことができ、さらに 3D プリントして顕微鏡から望遠鏡まであらゆるものに取り付けるアダプターを作成することもできます。 カメラが必要な場合もあれば、センサーだけが必要な場合もあります。 ここで入手できるのはセンサーと三脚マウントだけです。 カメラが欲しい場合は、レンズの価格も予算に組み入れてください。

このモデルはレビュー用に Raspberry Pi から無料で入手したもので、レンズが付属していました。 かなり良いものですが、何らかの理由でセンサーに正しく焦点を合わせるのは簡単ではありませんでした。 C マウント アダプターのスタックアップのどこかにスペーサーが欠けていると思います。これは、私の魅力的なショットにホットグルーが使われている理由の説明になります。 長期的には、おそらく正しいサイズのリングを 3D プリントするでしょう。 また、レンズメーカーが（アナログ）光学系を、生成するメガピクセル数で評価していることも気に入っています。 物理！

HQ カメラと同様に、新しい libcamera ソフトウェアとドライバーを使用する必要があります。 これらは古い raspistill や raspivid よりもはるかに高機能で使いやすいため、独自のコードを作成する場合でも問題ありません。 ただし、優れた RPi Cam Web インターフェイスなどの一部の古いプログラムは、まだ新しいライブラリでは動作しないことに注意してください。

最後に、これが HQ カメラと共通するかどうかはわかりませんが、カメラの背面にいくつかの魅力的なテスト ポイントがあります。 それらをどうすればよいか知っている人はいますか?