Следящий фокус для зеркалки. Raspberry Pi + HC-SR04 + SG90 servo

    Данный пост описывает как за один вечер из говна и палок был сделан следящий фокус для зеркали. Видео того что получилось:


    Предисловие


    Малина здесь избыточна, бесспорно. Но если речь идет о более сложном устройстве у которого следящий фокус является лишь одной из функций, то почему нет.

    Я не придумал ничего нового, просто взял и сделал за один вечер. Результат мне понравился, поэтому хочу поделиться с сообществом.

    Механика, крепление


    Для меня всегда камнем преткновения является механика. Найти говно и палки под руками, которые совместимы друг с другом, при этом позволят добиться поставленной цели — бывает сложно. Но в этот раз мне повезло.

    Выглядит прототип примерно так:



    В качестве шестерни на оси сервака я использовал крышку от коробки молока на которую приклеил остаток хомута-шестерни для объектива зеркалки. Крышка от молока в моем случае оказалась оптимального диаметра для регулировки у 50мм объектива. «Шестерню» приклеил с помощью цианоакрилата с содой к одному из коромысел идущих в комплекте к серво и прикрутил винтом. Для крепления конструкции к зеркалке надо винт с дюймовой резьбой, такой у меня нашелся от штатива-осьминога.

    В общем, конструкция как-то сама собой воплотилась в реальность:



    Без стяжек нынче сложно. Синяя изолента закончилась и пришлось крепить датчик на бумажный скотч.

    Электроника


    В качестве мозгов у меня выступает Raspberry Pi 3. Серво запитываю отдельным блоком питания на 24VDC с DC-DC Step Down преобразователем на LM2596 микросхеме на выходе которого 7.2В.
    Алгоритм работы прост до безобразия. Есть обратная связь по расстоянию до объекта от ультразвукового дальномера HC-SR04, которая преобразуется в угол поворота сервы SG-90. На оси сервы закреплена «шестеренка» которая вращает объектив через хомут-шестерню устанавливая фокусное расстояние.

    Код


    Подключение ультразвукового датчика описано здесь. Управление сервой сделано с помощью аппаратного ШИМа, настройку брал здесь.

    Код получился весьма скромный, но это лишь начало и нет предела совершенству.

    #Libraries
    import RPi.GPIO as GPIO
    import time
    from subprocess import call
    
    from RPIO import PWM
    servo = PWM.Servo()
    
    #GPIO Mode (BOARD / BCM)
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
     
    #set GPIO Pins
    GPIO_TRIGGER = 18
    GPIO_ECHO = 24
     
    #set GPIO direction (IN / OUT)
    GPIO.setup(GPIO_TRIGGER, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(GPIO_ECHO, GPIO.IN)
     
    def distance():
        # set Trigger to HIGH
        GPIO.output(GPIO_TRIGGER, True)
     
        # set Trigger after 0.01ms to LOW
        time.sleep(0.00001)
        GPIO.output(GPIO_TRIGGER, False)
     
        StartTime = time.time()
        StopTime = time.time()
     
        # save StartTime
        while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 0:
            StartTime = time.time()
     
        # save time of arrival
        while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 1:
            StopTime = time.time()
     
        # time difference between start and arrival
        TimeElapsed = StopTime - StartTime
        # multiply with the sonic speed (34300 cm/s)
        # and divide by 2, because there and back
        distance = (TimeElapsed * 34300) / 2
     
        return distance
     
    if __name__ == '__main__':
        try:
            while True:
                dist = distance()
                if dist <=40:
                    focus = 900
                elif dist <= 70:
                    focus = 900+int(dist-40)*20
                else:
                    focus = 2000
                servo.set_servo(23, focus) 
                print ("Measured Distance = %.1f cm, focus = %3i" % (dist, focus))
                time.sleep(0.1)
     
            # Reset by pressing CTRL + C
        except KeyboardInterrupt:
            print("Measurement stopped by User")
            servo.stop_servo(23)
            GPIO.cleanup()
    
    

    Для определения соответствия угла поворота серво фокусному расстоянию я сделал несколько калибровочных измерений, в результате получил линейную зависимость на интересующем участке (40-70см), остальное принял за фокус в бесконечность.

    Заключение


    На мой взгляд, даже самые дешевые серваки SG-90 на многое способны, 1.2кг/см штока для такой малютки, да еще и с такой скоростью — это круто, тем более за цену в 1.5 бакса. То же самое касается и ультразвукового дальномера.

    П.С. Серваком можно управлять и отдельно от датчика, например делать быстрые переходы от одного объекта до другого с разным фокусным расстоянием. Также для улучшения работы системы можно дописать фильтр, который будет компенсировать недостатки измерения ультразвукового датчика.
    Поделиться публикацией

    Похожие публикации

    Комментарии 23
      0

      А с родным фокусом зеркалки что? Не может фокусироваться в видео? И сколько у этого датчика максимальная дальность, пара метров?

        0
        Зеркалки в видео не фокусируются от слова вообще. Фазовый фокусер работает только с опущеным зеркалом. А контрастный настолько медленный, что можно считать его нет.
        Это на новых камерах фазовый фокус встроен в матрицу, да и то на немногих.
        Дык как раз вся проблема фокусировки в ближнем диапазоне. На открытых диафрагмах особенно и с малым фокусным.
        Но и тут возникает вопрос. А если фокус попадет не на глаза, а на нос? Это ведь не прецезионное устройство с чтением мыслей оператора…
        И на видео я не увидел. Теоретически должно Follow Focus поддерживать. Или точности датчиков не хватает?
          0

          Учитывая паспортный угол обзора датчика он будет срабатывать на довольно большую область, с поправкой на отражающую способность поверхности. Т.е. не факт, что сработает на острый нос, но на плоскость лица сработает точно. Ну и раз у автора есть малина — пусть ставит две маленькие камеры с базой побольше, ищет нейросетью там глаза и считает расстояние по двум картинкам.

            0
            спасибо за идею, направление нейросетей особенно интересно (одна из причин выбора малины)
        +3
        Странно что на малине. Дорого и избыточно. Дуины вполне хватит. Ну если уж жира много, то STM32.
          +1
          esp8266 — вдруг еще удаленное управление понадобится (и это не шутка)
            0
            Его еще и в обратной роли используют, когда управление камерой через Wi-Fi, а управляющий сигнал по UART (например, с квадракоптера).
            Его размер (с ноготь) — неоспоримый плюс.
          +3
          Хмммм. Очень не приятно, когда кто то нахватавшись довольно поверхностных знаний, пытается строить из себя проффи используя какие то собственно-выдуманные словечки.
          Ну не называют, сервоприводы, СЕРВАКАМИ…
          Их обычно называют, сервами.
            –1
            моих поверхностных знаний хватает чтобы запускать промышленных роботов с сервоосями…
              0
              Но не хватает, чтобы использовать STM для такой простой подделки.
              Тут блина ардуинки уно за глаза и за уши, хватило бы с избытком.
                +4
                Почему никто не читает предисловие?
                  +1
                  Автор же написал, что взял то, что было под рукой
                    0
                    Он этого не писал =) Он написал, что следящий фокус это лишь одна из функций устройства.
              0
              Мне кажется, тут полезнее будет выкинуть дальномер и прикрутить удалённый спуск, получится недорогой комплект для фокус-стекинга.
                0
                Автор экспериментирует с прототипом для использования фотокамеры как видеокамеры.
                –3
                Постоянно натыкаюсь на подобные «поделки» и не понятно зачем это все :) вопервых протокол общения с обьективами известен и давным давно есть эмуляторы. Значить внешние моторы уродующие внешний вид и уничтожающие быструю смену обьектива будут не нужны. во вторых раз обьектив сменить нельзя то нудно использовать две камеры — купи/обменяй на старшую модель и будет фазовый в матрицу встроен — он всеравно намного точнее и быстрее этой поделки.
                Третье — дальность этих дальномеров 5-10 метров… точность — просто никакая. реагирует на профиль лица намного больше ечм на собственно расстояние до него. зачем этот колхоз? Ставиш на камеру CHDK, на экран наглазник с зумом, в chdk включаеш фокус асист и забываеш о проблеме. ну да рукой надо будет подкручивать фокус на резких изменениях но то помоему меньшее из зол.
                  +1
                  А объектив в примере автофокусный?
                  Можно поставить лазерный дальномер, у китайцев полно шилдов, не намного дороже ультразвуковых…
                    0
                    автофокусный автофокусный… просто шлеш в обьектив команды нужные и все. или chdk.
                      0

                      А бывают какие нибудь системы, определяющие точное расстояние до нужного маркера? Допустим актеру под кепку наклеил тэг и дальше датчик точное расстояние до лба замеряет.

                    0
                    Ну вот подсказал бы кто ардуинку размерам с микро или меньше, чтобы с блютусом работающим с HID джойстиками типа для андроида. Хочу себе сделать удалённое управление гимбалом и заодно серву для зума. Ищу уже пол года, даже купил пару, но они все через блютус или только как клиент, или только между собой. Можно и не ардуинку, но желательно того же размера, и совместимым или несложным стеком разработки.
                      0
                      ESP32 рассматривали? Хотя на тему поддержки на ней bluetooth сервера я не в курсе.
                      +3
                      Аналогичная дендрофекальная система
                      image
                      Исходные данные:

                      1) Надо делать кучу измерений с камерой. Без участия человека
                      2) надо фокусировать и менять относительное отверстие (апертуру)

                      Первоначальное решение — прикрутили «большую» камеру, типа Canon DSLR 6D. Можно управлять от кампутера.
                      Проблема:
                      1) Автофокус — фокусируется не та то, что надо. Ручной фокус — только рукой, а камерой — никак
                      2) Главная проблема — камера цветная, а мне надо — монохром, чтобы инетрполяция не портила измерения

                      Решение 2) — куплена монохромная камера. У нее нет, фокуса, апертуры и т.д. Приличный объектив с внешним управлением стоит немерянных денег. К тому же у него небольшая апертура. А душе хочется побольше.
                      Вокруг лежат куча старых ручных объективов Никон 35 mm, F#1.4. По параметрам — отличный. Выпускается до сих пор с добавлением автоматики. Но нам она и не нужна.

                      Напечатали быстренько деталей. Поставили два шаговых моторчика, из валяющихся по углам. Один — для фокуса, второй — для апертуры. Прикрутили ардуину с платой управления моторами. Написал я программку, чтобы фокусироваться по контрасту — как мне надо.
                      Моторы крутят ремни — а они вращают кольца фокусировки и апертуры.

                      Все собирался поставить сенсор на кольца, но оказалось, что и не надо. Апертурное кольцо вращается в одну сторону до самого упора + еще немного. Ремень начинает проскальзывать с пулеметным треском. Зато мы знаем начальную позицию, от которой можно отсчитывать шаги для определенной апертуры.

                        0
                        Игрушка, практическая польза нулевая, по моему. Расстояние до ближайшей точки, которая отразит достаточно сигнала для срабатывания некоего порога, слабо связано с нужной оператору точкой фокусировки. Ближайшая поверхность вообще может быть вне поля зрения объектива, учитывая широченную диаграмму направленности сонара. Фазовый автофокус на матрице гораздо ближе к цели.

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое