光攝影機器人開源

描述

你知道你可以用長曝光相機制作光繪嗎？光繪是一種攝影技術，其中通過移動手持光源同時拍攝長時間曝光照片進行曝光。

這是完成的漫游車的照片。

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構建機箱

為了創建光攝影，我們將使用這個可編程的 8x8 LED 矩陣。我們之前在LED Hat項目中使用過靈活版本。社區中的大多數人通常使用 Arduino 來控制這些矩陣，但我們決定使用 Raspberry Pi，以便我們可以為軟件存儲更多圖像數據并輕松從 Internet 下載新圖像。

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機器人底盤由幾個不同的 3D 打印部件組成。不幸的是，零件的數量（以及這些零件的公差）太高了，所以我們決定不制定 MDF 版本的計劃。如果您想自己制作并且沒有 3D 打印機，您通?？梢栽诠矆D書館/學校找到一臺或使用在線3D 打印服務。

底盤有一個主底座，我們可以在其中連接所有零件和支架。從底座開始，我們在后面插入了一個小型便攜式手機電池，并用一些 2.5 毫米的螺栓和螺母將我們的 Raspberry Pi 連接到前面。頂部連接了一個小支架，以便我們可以在需要時輕松移除 Raspberry Pi。

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車輪由 2 個 NEMA 17 200 rev 步進電機驅動。使用了步進電機，以便我們可以做出精確的動作來繪制光繪圖像。我們在這個項目中使用了兩個步進電機分線板，而不是我們用于自動氣槍炮塔的步進電機 HAT，因為我們發現它們在并行移動兩個電機時抖動較小。兩塊板都用一個小的 3D 打印夾子和一些 2.5 毫米的螺栓連接到火星車的前部。

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四個母跳線延長線焊接到每個步進電機。在另外兩個支架的幫助下，它們安裝在底盤下方。一些 3 毫米螺釘用于連接電機。由于我們的螺釘稍長，我們在螺釘頭下方添加了幾個機器人作為墊片。電線在 Raspberry Pi 下方布線并直接連接到分線板上。可以在此處找到這些分線板的接線指南。

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為了讓步進電機與我們的電池一起工作，我們需要使用升壓適配器將電壓從 5v 放大到 12v。將兩根電線焊接到放大器的接地/熱銷上，然后連接到步進電機分線板上。

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接下來我們安裝了 3D 打印的輪子。每個輪子都連接到步進電機的軸上，并用一個小的 3mm 固定螺釘固定到位。在噴漆過程中，將幾條小橡皮筋固定在車輪上以增加抓地力。

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升壓適配器和 Raspberry Pi 已插入 5v 電池。我們將 LED 矩陣與 3D 打印支架連接，并將信號線插入 Raspberry Pi 上的引腳 18。使用烙鐵將小型 USB 電纜連接到 LED 矩陣上的 +/- 端子。這個 USB 也插入了 5v 電池。

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運行代碼

確保安裝以下依賴項：

Pillow
RPi.GPIO
numpy

我們還使用了一個自定義的 Raspberry Pi Neopixel 庫，在這里可以找到：https ://github.com/jgarff/rpi_ws281x

按照 Raspberry Pi 安裝說明進行操作。

在 light_rover.py 的底部，我們為所有組件配置了引腳。確保這些引腳正確。

stepper1 = Stepper(2, 3, 4, 17) 
stepper2 = Stepper(27, 22, 10, 9)
led_matrix = create_strip(64, led_pin=18)

繪圖向量

矢量圖像用于表示計算機圖形中的圖像。它們由具有大小和角度的幾條線組成。您可以通過對代碼進行一些修改來讓您的輕型機器人繪制矢量圖形。

確保以下部分在末尾被注釋掉light_rover.py:

#if imageFile:         
#    rover.paint_image(imageFile)     
#else:         
#    print "No image file provided!" exit(1)

取消注釋以下行：

rover.paint_vector(dog, single_value_affects_pixels=[27, 28, 35, 36])

從vector_drawings.py 文件中選擇一個向量并在函數中更改該值paint_vector 。

要運行，請確保您在項目目錄中并執行：

sudo python light_rover.py

繪圖圖像

您還可以使用 LED 矩陣逐像素繪制圖像。小圖像（~100px x 100px）通常效果最好。確保以下部分在末尾被注釋掉light_rover.py:

# rover.paint_vector(dog, single_value_affects_pixels=[27, 28, 35, 36])

取消注釋以下行：

if imageFile:         
    rover.paint_image(imageFile)     
else:         
    print "No image file provided!" exit(1)

要運行，請確保您在項目目錄中并執行：

sudo python light_rover.py images/sb.png

它是如何工作的？

連接到漫游車車輪上的兩個步進電機可以進行微調轉彎，在相機快門打開時將漫游車移動到指定的路徑上。矢量圖像是通過將漫游車發送任意距離，然后轉動任意角度以排隊等待下一次運動來創建的。使用這種技術，我們能夠繪制幾個不同的直線圖像。

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此圖像說明了將用于繪制矢量框的運動

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如果要創建自己的矢量繪圖，請在以下位置添加一個新的矢量數組：

vector_drawings.py

如：

rectangle = [LightVector(1000, 90, [[0, 255, 0]]),
            LightVector(800, 90, [[0, 255, 255]]),
            LightVector(1000, 90, [[0, 255, 0]]),
            LightVector(800, 90, [[0, 255, 255]])]

LightVector 采用以下參數：

def __init__(self, steps, angle, pixel_data):
       """
       :param steps: number of steps to move
       :param angle: angle to turn after the movement
       :param pixel_data: a 2d array of pixel data [[r, g, b]...n] where n is the number of pixels in the matrix
       """

圖像的繪制方式略有不同。我們沒有將流動站移動到一系列矢量上，而是分割出圖像的 8x8 部分，并在流動站從圖像的右上角逐行移動到左下角時，在 LED 矩陣上閃爍這些像素。每次閃光后，流動站的移動剛好足以排列圖像中的下一組像素。

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這張圖片說明了用于復制光繪圖片的動作

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通常，小于 120x120 像素的圖像最適合光繪。我們的程序會自動為您分割圖像。

拍照

要拍照，請確保將相機放置在足夠高的位置以捕捉整個圖像。關閉所有燈并確保您的相機處于燈泡定時器模式。

在某些相機上，您必須按住快門按鈕才能捕捉圖像，但如果可以的話，最好設置一個自動定時器。

我們的相機在低 ISO 設置下使用 5 分鐘曝光，鏡頭光圈降至 f/10。我們發現這樣可以產生最好的光繪圖像，而不會讓房間中的一些環境光泄漏。

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測試一下！

現在您已經構建了您的漫游車，繼續嘗試吧！如果您制作了任何有趣的新圖片，請務必將它們發布在這里，以便我們查看。

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