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画像処理 第2回カメラモジュール制御
2020.06.09

YouTubeでポイントを説明しています。画像をクリックすると再生できます。

今回はカメラモジュール ArduCam Mini 2MP と microSDカードスロットモジュールを制御して、自作デジカメのプロトタイプを作成します。

■開発環境

パソコンから、TeraTeamでラズパイにSSH接続、ラズパイでビルドしたコードを、Arduino に転送します。
ラズパイのディストリビューションは、Raspbian Stretch、開発環境に platformio を使用しています。
→ Ref.Arduino開発環境構築 PlatformIO
Arduino Nano には、SPI接続により、ArduCam と、microSDカードスロットモジュールを接続しています。
撮影日付を付加するための、リアルタイムクロックモジュールも必要ですが、注文したばかりで、手元にないので、別の機会に説明します。

■microSDカードスロット レベルシフタ付きブレークアウト基板キット
microSDカードスロットに、レベルシフター(74HC4050)とボルテージレギュレータ(3.3V)を付加して、Arduino等の5V系回路へ直結。
販売:秋月電子通商


Arduino とは、5V,GND,SCL,MISO,MOSI,SS(計6本)を接続し、 ジャンパJ1をショート(はんだを盛って接続)して使用します。
SDカードの電源On/Off制御を行う場合は、ジャンパJ1をショートせず、[2]ピンを空いているデジタルピン(出力)に接続し、 スケッチ上より制御します(HIGHで電源ON)。
SDカード検出スイッチを使用する場合は、[9]ピンを空いているデジタルピン(入力)に接続し、 スケッチ上で読み取ります(検出時にLOW)。


 Arduino Nano  -  micro SDカード
5V - [1]+5V電源入力(+4.0V~+6.5V)
[2]内部3.3Vレギュレータ On/Off
[3]内部3.3Vレギュレータ出力
GND - [4]GND
SCL:13 - [5]SDカード クロック(CLK)
MISO:12 - [6]SDカード データ(DAT)
MOSI:11 - [7]SDカード コマンド(CMD)
SS:9 - [8]SDカード チップセレクト(CS))
[9]SDカード カード検出スイッチ(SW 検出時GND)


$ mkdir ArduCam
$ cd ArduCam
$ platformio init -b nanoatmega328
Arduino Nano を使用しているので、ボードに nanoatmega328 を指定して、platformio を初期化しています。

■SDカードチェック用ソースコード
CardInfo.ino https://www.arduino.cc/en/Tutorial/CardInfo

チップセレクト(CS)ピンを変更します。
$ vi src/CardInfo.ino
const int chipSelect = 4;
 ↓
const int chipSelect = 9;

ソースコードをビルドします。
$ platformio run
/home/pi/ArduCam/src/microSD.ino:2:16: fatal error: SD.h: No such file or directory

************************************************************
* Looking for SD.h dependency? Check our library registry!
*
* CLI > platformio lib search "header:SD.h"
* Web > https://platformio.org/lib/search?query=header:SD.h
*
************************************************************
SDカードライブラリーのヘッダーファイルがないため、エラーとなります。

SDカードライブラリーを検索します。
$ platformio lib search "header:SD.h"
....
SD
==
#ID: 868
Enables reading and writing on SD cards.

Keywords: storage, data
Compatible frameworks: Arduino
Compatible platforms: Atmel AVR, Atmel SAM, Espressif 32, Espressif 8266, GigaDevice GD32V, Infineon XMC, Intel ARC32, Kendryte K210, Microchip PIC32, Nordic nRF51, Nordic nRF52, ST STM32, ST STM8, Teensy, TI MSP430
Authors: Arduino, SparkFun
....

SDカードライブラリーの概要を確認します。
$ platformio lib show 868
SD
==
#ID: 868
Enables reading and writing on SD cards.

Version: 1.2.4, released Fri Oct 11 14:15:01 2019
Manifest: https://raw.githubusercontent.com/arduino-libraries/SD/master/library.properties
Homepage: http://www.arduino.cc/en/Reference/SD
Repository: https://github.com/arduino-libraries/SD

Authors
-------
Arduino info@arduino.cc (maintainer)
SparkFun

Keywords
--------
storage
data

Compatible frameworks
---------------------
Arduino

Compatible platforms
--------------------
Atmel AVR
Atmel SAM
Espressif 32
Espressif 8266
GigaDevice GD32V
Infineon XMC
Intel ARC32
Kendryte K210
Microchip PIC32
Nordic nRF51
Nordic nRF52
ST STM32
ST STM8
Teensy
TI MSP430

Headers
-------
SdInfo.h
Sd2Card.h
FatStructs.h
Sd2PinMap.h
SdFatUtil.h
SD.h
SdFat.h
SdFatmainpage.h

Examples
--------
http://dl.platformio.org/libraries/examples/8/868/CardInfo.ino
http://dl.platformio.org/libraries/examples/8/868/Datalogger.ino
http://dl.platformio.org/libraries/examples/8/868/DumpFile.ino
http://dl.platformio.org/libraries/examples/8/868/Files.ino
http://dl.platformio.org/libraries/examples/8/868/listfiles.ino
http://dl.platformio.org/libraries/examples/8/868/ReadWrite.ino
http://dl.platformio.org/libraries/examples/8/868/NonBlockingWrite.ino

SDカードライブラリーをインストールします。
$ platformio lib install 868
Library Storage: /home/pi/ArduCam/.pio/libdeps/nanoatmega328
LibraryManager: Installing id=868
Downloading [####################################] 100%
SD @ 1.2.4 has been successfully installed!

再度、ビルドします。
$ platformio run


画像処理第1回で紹介したトイカメラ・BonzartLit で撮影に使ったSDカードを、SDカードスロットに挿してみました。 SDあるいはSDHC規格のSDカードであれば問題なく使えると思います。今回は、FAT32でフォーマットした4GB容量のカードを使っています。

ラズパイとUSBケーブルで接続している、Arduino Nano デバイスを確認しておきます。
$ platformio device list
/dev/ttyUSB0
------------
Hardware ID: USB VID:PID=1A86:7523 LOCATION=1-1
Description: USB2.0-Serial

/dev/ttyAMA0
------------
Hardware ID: 20201000.serial
Description: ttyAMA0

ビルドしたコードを、Arduino Nano に転送します。
$ platformio run -t upload

PlatformIOのデバイスモニターで、SDカード情報をラズパイのコンソールに表示します。
$ platformio device monitor -p /dev/ttyUSB0 -b 9600
Initializing SD card...Wiring is correct and a card is present.

Card type:         SDHC
Clusters:          956672
Blocks x Cluster:  8
Total Blocks:      7653376

Volume type is:    FAT32
Volume size (Kb):  3826688
Volume size (Mb):  3737
Volume size (Gb):  3.65

Files found on the card (name, date and size in bytes):
SYSTEM~1/     2019-08-30 08:39:38
  WPSETT~1.DAT  2019-08-30 08:39:38 12
  INDEXE~1      2019-08-30 08:39:42 76
DCIM/         2020-05-27 12:00:02
  100MEDIA/     2020-05-27 12:00:02
    SUNP0002.JPG  2020-05-27 12:44:02 537174
    SUNP0006.JPG  2020-05-27 12:55:08 615015
    SUNP0010.JPG  2020-05-27 13:08:24 525686
    SUNP0014.JPG  2020-05-27 13:20:54 436538
    SUNP0018.JPG  2020-05-27 13:23:44 691307
    SUNP0022.JPG  2020-05-28 12:00:28 746742
    SUNP0024.JPG  2020-05-28 12:04:26 611900
    SUNP0025.JPG  2020-05-28 12:05:16 608412

srcディレクトリーにある、SDカードモジュール確認用のソースコードを削除します。 必要なら、別の場所に保存しておいてください。
$ rm src/CardInfo.ino

■ArduCAM Mini 2MP カメラモジュール
ArduCam Mini 2MP は、オムニビジョン OV2640 2Mピクセルレンズを搭載したカメラモジュールです。 3Mb(384KB)のフレームバッファを搭載しています。レンズマウントはM12マウントで交換も可能です。
販売:秋月電子通商

【主な仕様】
電源電圧:DC5V
消費電流:ノーマル70mA、ローパワーモード20mA
フレームバッファ:384KB
出力解像度: 1600×1200、800×600、
640×480、320×240、
352×288、176×144
出力形式:RAW、YUV、RGB、JPEG
基板サイズ:34×24mm
サイズ:40×24×33mm(厚みはレンズに依存)

配線Arduino用チュートリアル

ArduCAM-M-2MP ピン定義
 Arduino Nano  -  ArduCam Mini 2MP
SS:10 CS:SPI slave chip select input
MOSI:11 - MOSI:SPI master output slave input
MISO:12 - MISO:SPI master input slave output
SCLK:13 - SCLK:SPI serial clock (Input)
GND - GND:Power ground
5V - +5V:3.3V-5V Power supply
I2C[SDA(A4)] - SDA:Two-Wire Serial Interface Data I/O
I2C[SCL(A5)] - SCL:Two-Wire Serial Interface Clock (Input)


シャッター用のプッシュボタンと、SDカードへの書き込み中を知らせるLEDも取り付けています。

ArduCam用ライブラリーをダウンロードします。
https://github.com/ArduCAM/Arduino
[Clone or download]ボタンを押す→Download Zip→Arduino-master.zip
Arduino-master
+<ArduCAM>
+<ArduCAM_Touch>
+<OV7670FIFO>
+<UTFT4ArduCAM_SPI>

Arduino-master/ArduCAMディレクトリ内のファイルを ~/ArduCam/src の下にコピーします。

私の購入したArduCam はカメラモジュール基板をみると、「Arducam-Mini-2MP」と刻印されていました。 memorysaver.h を開くと、デフォルトで OV2640_MINI_2MP_PLUS が定義されているので、コメントアウトして、OV2640_MINI_2MP を有効にします。
$ vi src/memorysaver.h
//Step 1: select the hardware platform, only one at a time
//#define OV2640_MINI_2MP
#define OV2640_MINI_2MP_PLUS
 ↓
#define OV2640_MINI_2MP
//#define OV2640_MINI_2MP_PLUS

キャプチャー用のサンプルコードをダウンロードして、srcディレクトリー内に配置します。
ArduCAM_Mini_Capture2SD.ino

$ vi src/ArduCAM_Mini_Capture2SD.ino

カメラボジュールのチップセレクトを7番→10番に変更します。
#define SD_CS 9
const int SPI_CS = 7;
 ↓
#define SD_CS 9
const int SPI_CS = 10;

プッシュボタンとLED制御用のピン番号を定義します。
#define BTN_PIN 7
#define LED_PIN 8
boolean writeStatus=false;

撮影した画像は1から連番でJPEGファイル名が付けられますが、Arduino を再起動すると初期化されてしまい、画像ファイルが上書きされてしまいます。
ここでは、ファイルの有無を確認して、上書きされないようにしています。
最終的には、リアルタイムクロックモジュールを実装して、撮影日付をファイル名にする予定です。
void myCAMSaveToSDFile(){
....
//Construct a file name
k = k + 1;
itoa(k, str, 10);
strcat(str, ".jpg");

while(1) {
k = k + 1;
itoa(k, str, 10);
strcat(str, ".jpg");
if(!SD.exists(str)) break;
}
setup() 関数では、撮影サイズの変更、特殊効果の付与、プッシュボタンとLEDのモードを設定しています。
OV2640_set_Special_effects()関数の引数BWは、Black&White 白黒撮影を指定しています。特殊効果は8種類あります。
void setup() {
....
#if defined (OV2640_MINI_2MP)
  myCAM.OV2640_set_JPEG_size(OV2640_320x240);
    ↓
  myCAM.OV2640_set_JPEG_size(OV2640_640x480);
....
  myCAM.OV2640_set_Special_effects(BW);

  pinMode(BTN_PIN, INPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}
※各種パラメタは下記を参考にしてください。
ArduCAM_Mini_2MP_OV2640_functions.ino

オリジナルのソースでは、約5秒間隔で自動的に撮影が行われてしまうので、 プッシュボタンを押したときに撮影されるように変更します。
void loop(){
  myCAMSaveToSDFile();
  delay(5000);
    ↓
  if ( digitalRead(BTN_PIN)==HIGH ) {
    if ( !writeStatus ) {
      writeStatus = true;
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH);

      myCAMSaveToSDFile();
      delay(5000);

      writeStatus = false;
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);
    }
  }
}

ArduCam Mini 2MPには、ピンホールカメラが付いているのですが、撮影してみると、画像がぼけてしまっています。 OV2640レンズはネジ式なので、ネジを回してピントを調整して撮影、SDカードを取り出して、画像ビューワーで確認という作業を繰り返して、お気に入りの焦点に調整します。



■参考文献
ArduCAM Mini Cameras Tutorial
ArduinoでSDメモリカードを読み書きする
第21回 Arduinoでパーツやセンサを使ってみよう~SDカード編(その1)
第22回 Arduinoでパーツやセンサを使ってみよう~SDカード編(その2)
Arduino 1.8.10 SdFileクラス

【深層学習関連】
20.11.21 深層学習 第1回環境整備
20.12.19 深層学習 第2回マルコフ連鎖・自動歌詞生成
21.01.02 深層学習 第3回コード進行解析

【画像処理関連】

20.05.28 画像処理 第1回トイカメラ
20.06.09 画像処理 第2回カメラモジュール制御
20.06.28 画像処理 第3回リアルタイムクロック
20.07.08 画像処理 第4回電源回路
20.10.27 画像処理 第5回自作デジカメ初号機完成
20.11.10 画像処理 第6回ドーナツデジカメ
【音楽関連】

20.01.05 第1回 abcjs 楽譜作成・演奏スクリプト
20.01.09 I2S通信によるハイレゾ音源再生
20.01.18 MIDI再生:FM音源YMF825+Arduino編
20.01.24 FM音源YMF825+micro:bit編
20.02.13 Piano Hat & Rosegarden
20.06.22 波形処理 第1回 音の波と三角関数
20.07.22 波形処理 第2回 平均律と純正律
20.08.26 波形処理 第3回 黒鍵と白鍵
21.01.02 深層学習 第3回 コード進行解析
21.01.16 波形処理 第4回 コード演奏
【WEBサイト構築関連】

19.10.15 第1回 前準備
19.10.20 第2回 Ubuntu Server インストール
19.10.27 第3回 Ubuntu Server 詳細設定
19.10.28 番外編 無線LAN接続設定
19.11.02 第4回 Apache WEBサーバ設定
19.11.05 第5回 PHP 設定
19.11.10 第6回 MySQL 設定
19.11.11 第7回 DNS (bind) 設定
19.11.16 第8回 メールサーバ(Postfix)設定・前編
19.11.21 第9回 メールサーバ(Postfix)設定・後編
19.11.24 第10回 ファイアウォール(iptables) 設定
19.11.25 第11回 crontab 設定
19.12.01 第12回 運用準備
19.12.03 第13回 Windowsパソコンに開発環境を作る
19.12.05 第14回 WEBサーバー公開
19.12.10 第15回 動的サイト制作
19.12.11 第16回 簡単なアクセスカウンターを作る
20.03.04 TTGO-Camera による定点観測・WEB公開
21.03.15 第17回 サーバ・リプレイス
21.03.27 第18回 システム移行
【開発環境関連】

19.12.19 Raspbian Stretch LITE インストール
19.12.19 ファイル共有 dokany + Win-sshfs
19.12.26 Arduino開発環境構築 PlatformIO
20.02.04 電子組版 upLaTeX
21.04.13 GPIO拡張
21.04.14 無線LAN動的切替え
【SNS関連】

20.03.18 テキスト読み上げ gTTS
20.04.24 Twitter-LINE連携によるビジネス活用
20.05.19 テキスト読み上げ AquesTalk pico LSI
21.02.27 TweLite Neural Network 第1回環境設定
【周辺機器関連】

20.01.01 1280x800 HDMI MONITOR
20.01.12 micro:bitをコマンドラインで使う
20.02.04 サーマルプリンタを使う
20.03.27 M5Stackキーボードを利用する
20.06.29 液晶キャラクターディスプレイLCD1602A
20.08.03 Seeeduino XIAO
20.08.09 LGT8F328P - Arduino clone
20.09.18 電流計測モジュール INA219
21.02.09 Raspberry Pi Pico 開発環境構築
21.03.06 疑似コンソール
21.03.20 Raspberry Pi Pico 突入電流制御
21.04.04 Raspberry Pi Pico Explorer Base
【その他】

19.12.13 モバイルバッテリーによる瞬間停電対策
20.04.10 電卓を制御して数字を表示する
20.05.06 箱庭回路 蓄電&昇圧回路
20.09.04 箱庭回路 センサーライト
20.09.29 シガーライターIC s090c
20.10.13 自動給水装置 LM393+NE555
20.12.05 FM放送受信 TEA5767
21.01.30 DVD Player LED
21.02.16 癒しの電子回路

 ニーア オートマタ PLAY ARTS改 <ヨルハ 二号 B型 DX版> PVC製 塗装済み可動フィギュア
「NieR:Automata」より、ヨルハ二号B型こと2BがPLAY ARTS改に新たに登場! 高級感の感じられるコスチュームや髪の質感、洗練されたボディバランス、細かなデティールに至るまでこだわり抜かれた逸品。 DX版には通常版のラインナップに加え2Bの随行支援ユニット ポッド042などをはじめ“純白の美しい太刀"白の約定やエフェクトパーツ、自爆モードを再現できる換装用ボディパーツ、シーンに合わせて変えられる顔パーツ2種も付属する豪華な仕様に。 作中のあらゆるシーンを再現することが可能なファン必見の一品となっている。
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ラズパイマガジン2021年春号
モーターやLED、小型ディスプレイ、スイッチなど、多様な電子パーツ450種を一挙に紹介します。 特性や価格の一覧表を用意したので、用途に合った適切な製品を選べます。
トランジスタ技術 2021年4月号
☆特集~ホビーも実践も軽快・即開発のA-D内蔵ワンチップ~
「AVRでサクッとマイコン開発」
日経Linux 2021年3月号
【特集 1】まる分かり50ステップ Linux 超入門
【特集 2】あなたのワガママかなえます! WindowsのアプリをLinuxで使いたい
【特集 3】公衆Wi-Fiは危険がいっぱい!? パスワードの盗聴を実験してみた
【特集 4】キーボード一体型の新モデル Raspberry Pi 400を検証
【特集 5】ラズパイで楽しむLinuxライフ オンラインのドキュメント編集をNextcloudとCollabora Onlineで実現

15Stepで踏破 自然言語処理アプリケーション開発入門
エンジニアの実務に役立つ知識に絞り、独自に15の学習ステップを体系化しました。 数値計算にNumPy、形態素解析にMeCab、機械学習にscikit-learn、ディープラーニングに Keras等を使い、Pythonのコードを記述し動かしていきます。
プログラミング・ビットコイン ―ゼロからビットコインをプログラムする方法

Linuxサーバーがゼロから作れる本
このLinuxを使いこなす上で一番手っ取り早いのが自分でLinuxサーバーを構築してみることです。 WindowsやMacのパソコンしか使ったことが無い人でも理解できるよう、 しくみや手順の解説を丁寧にまとめ上げた、ゼロからのサーバー入門ガイドです。

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【仕様概要】CPU:ARM 1.2GHz 4コア、GPU:2コア 3D・動画支援、RAM:1GB、ネットワーク:LAN/Wi-Fi/Bluetooth、インターフェース:USB/HDMI/オーディオ/GPIO(UART/I2C/I2S/SPI...)。

Arduino Nano
ATmega328搭載/ 動作電圧: 5V/ 入力電源電圧(推奨):7~12V/ デジタル入出力ピン: 14本/ PWMチャンネル: 6本/ アナログ入力チャンネル: 8本/ 直流電流(1ピン当り最大): 40 mA/ 直流電流(3.3Vピン、1ピン当り最大): 50 mA/ Flashメモリ: 32 KB (ATmega328) 内2KBはブートローダーで使用/ SRAM: 2 KB (ATmega328)/ EEPROM: 1 KB (ATmega328)/ Clock Speed: 16 MHz
逆引き PIC電子工作 やりたいこと事典
機能が豊富で、速度・アナログ制御・省電力性・コストの面でもアドバンテージをもつPICマイコン。そんなPICマイコンの使い方を、目的別にやりたいことから引ける、逆引きタイプのガイドブックです。
C言語による PICプログラミング大全
2002年に初版、2009年に第2版を発売した名著『C言語によるPICプログラミング入門』 が大幅リニューアルし「大全」として生まれ変わりました。 本書では、機能豊富なPIC16F1シリーズを使いこなすために、統合開発環境を MPLAB X IDEに、CコンパイラはMicrochip Technology社純正のXC8に、それぞれ変更しました。 C言語でPICマイコンのプログラミングを始めたい方から、最新のPICマイコンの機能をとことん使い倒したい方まで、必ず役に立つ1冊です。
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番のApache独学書を改訂しました! CentOS、Ubuntu、Windows、Mac OS Xに対応しています。できるPROシリーズは、実際の画面や詳細なイラスト、概念図などで構成。 はじめての方でも理解しやすくなっています。 インストール、アクセス制限、CGI、モジュール拡張、ログ管理など、基本的なことから実践的なことまでていねいに解説しています。
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DNSがよくわかる教科書
本書では、DNSの仕組みから、ドメイン名のルール、主なリソースレコードの内容、コマンドによる動作確認、DNSの運用ノウハウ、DNSSECの基礎知識まで、順を追ってやさしく解説します。

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