Raspberry Pi Global Shutter Camera

Vandaag, slechts twee maanden na de aankondiging van de Camera 3 Module lijn, komt de nieuwe cameramodule van Raspberry Pi op de markt: Raspberry Pi Global Shutter Camera. Aangezien het bevestigd is op een 38 mm × 38 mm bord, is het duidelijk dat het thuis hoort in het HQ-camera rijtje en in de algemene cameramodule-reeks, die een grootte heeft van 25 mm × 23.862 mm. Laten we een kijkje nemen.
 

Het probleem

Tot nog toe ware alle camera's in de Raspberry Pi-lijn, te beginnen met de originele cameramodule (2013), van het "rolling-shutter"-type. Ze maken prachtige foto's van stilstaande of langzaam bewegende onderwerpen, maar ze krijgen het wat moeilijker wanneer dingen snel beginnen te bewegen.

Neem dit voorbeeld van een foto van een trein die door station Keulen Lövenich rijdt:

De paal op de voorgrond en die op de achtergrond staan beide in werkelijkheid netjes rechtop. De camerasensor scant van boven naar beneden terwijl de trein naar links reed. Tegen de tijd dat de scan de onderkant van het beeld bereikte, was het landschap aanzienlijk verschoven. Dit is vooral zichtbaar bij de paal op de voorgrond, omdat die sneller bewoog ten opzichte van de camera dan de andere paal.

Aangezien de beeldlijnen niet op hetzelfde moment worden gescand, maar van boven naar beneden (er bestaan ook andere patronen), hebben, net als bij de beeldbuis TV-camera's van vroeger, verticale lijnen de neiging om te gaan hellen wanneer een voorwerp horizontaal door het beeld beweegt. Hoe sneller ze passeren, hoe meer ze overhellen. Dit is in veel omstandigheden niet ideaal.

Voor veel consumentendoeleinden, zoals de foto hierboven, is het niet erg esthetisch om een hellende voorgrond voorbij te zien schuiven, maar het kan ook gevolgen hebben voor meer kritische toepassingen, zoals in de industrie. Stel je voor dat flessen of andere objecten op een lopende band voorbijglijden terwijl ze worden gepord, geprikt en gestempeld, en je gebruikt een camera voor kwaliteitscontrole (mogelijk met machine learning). Je wilt natuurlijk een correcte weergave van de producten, zonder dat je complexe beeldverwerking moet toepassen voordat je zelfs maar bij de analysefase bent aangekomen.

De Oplossing

Hoewel er al een paar jaar camera-oplossingen van andere fabrikanten voor Pi-boards bestaan, heeft Raspberry Pi nu een eigen oplossing. De IMX296-sensor (van Sony, die ook gebruikt wordt in alle andere camera's in de Raspberry-Pi-lijn behalve de V1-module uit 2013) van de nieuwe camera heeft een geïntegreerde global shutter. Dat maakt hem veel geschikter voor snelle toepassingen, of het nu voor je DIY action cam is of voor op je productielijn.

De camera is vanaf vandaag, zeer toepasselijk, globaal beschikbaar.

Tot januari 2023, toen Raspberry Pi ondersteuning voor M12-mount lenzen aankondigde, konden de HQ Camera modules (geïntroduceerd in 2020) alleen C- en CS-mounts gebruiken. Dit is ook het geval met deze eerste Global Shutter Camera, zoals te zien is in de afbeelding hieronder: 

Hoewel het een CS-mount camera is, bevat het een C-to-CS-mount adapter, een schroevendraaier (kan me niet voorstellen waarom ze denken dat we er nog een nodig hebben), en de lintkabel van de camera.

De achterkant is in de gebogen matte Rasbperry Pi-stijl, die het meest recentelijk te zien was op de Raspberry Pi Debug Probe. De afmetingen staan hieronder (klik hier voor de afbeelding in volledige resolutie):

Wanneer je nu een foto of video maakt, zien alle pixels de scène op hetzelfde moment, zodat alle beeldlijnen op hetzelfde moment worden opgenomen, in plaats van achterelkaar. Voor machinezichttoepassingen heb je nu de mogelijkheid om dingen sneller te laten bewegen zonder beeldvervorming te introduceren.

Zonder het “jello-effect” of andere hinderlijke artefacten zullen industriële toepassingen er zeker op vooruit gaan. Het mooie is dat je niet opnieuw hoeft te beginnen. Als je al Raspberry Pi HQ-camera's gebruikt, kun je die gewoon omruilen voor de global-shutter versie voor onmiddellijke resultaten.

De resolutie van de Global Shutter Camera is echter slechts 1,58 megapixels. Dat is niet ideaal voor familieavonturen, maar voor toepassingen waar je het echt nodig hebt, zoals bij de finish op een hardloopbaan, of in machinezichttoepassingen, heb je het resultaat nodig, niet de resolutie. In feite kost het meer rekenkracht om een beeld met hoge resolutie te verwerken voor uw machinezichttoepassingen, en opnieuw meer opslagruimte en bandbreedte om het op te slaan en te verplaatsen.

De grotere pixelgrootte heeft eigenlijk een voordeel, namelijk in de vorm van een hogere lichtgevoeligheid. Dat betekent dat je kortere belichtingen kunt maken voor dingen die snel bewegen — Raspberry Pi heeft het in feite over belichtingstijden van slechts 30 µs, dat is hoe lang het zou duren om een frame te maken als je meer dan 33.000 frames per seconde zou draaien!

Als je één of meerdere van deze camera’s gaat nemen en gebruiken, laat ons dan in de comments hieronder weten hoe het is gegaan. Stuur ons wat voorbeeld foto's en video's of, als je een ambitieus project verzint die je met ons en de community wilt delen, aarzel niet om die op Elektor Labs te zetten!