安装在Raspberry Pi HQ相机上的16mm长焦镜头的自动对焦

本教程将打开有关＆＃34; Project JiJi＆＃34;的系列文章。并说明如何为安装在Raspberry Pi HQ相机上的16毫米远摄镜头增加自动对焦。在过去的几个月中，我一直在致力于为镜头添加自动对焦的项目，结果是：

为此增加了一些背景：Raspberry Pi Foundation自2013年以来提供了不同的Raspberry Pi相机模块。2013年生产了第一个模块（5兆像素），2016年发布了8像素升级模块（v2）。可见光和红外版本。今年（2020年），基金会推出了HQ相机。这是一台12百万像素的高质量（因此为HQ）相机（Sony IMX477），增加了使用带有CS卡口的镜头的可能性。这是一个很大的升级，但是到目前为止，镜头和相机都没有自动对焦。

如果您不耐烦，可以在lemariva / rPIFocus和lemariva / uPyFocus存储库中找到硬件设计，固件和软件。但是，您应该回来阅读本教程，直到最后，这样您才能了解它的工作原理，并且如果您愿意，还可以在该项目上进行合作！

在本文中，我将解释如何自己构建项目。我不会更详细地介绍。这些将在以后的文章中介绍。

如您可能已经注意到的，要为相机添加自动对焦，您需要订购PCB并焊接并安装一些零件。在Github存储库中的文件夹“ pcb”下，您将找到原理图以及PCB的电路板文件。要打开这些文件，您将需要Eagle。业余爱好者仍然可以免费使用Eagle，因此，请下载并安装它以打开文件。您可以使用此导出到Gerber教程导出Gerber文件。

为了简化您的过程，我还添加了Gerber文件，您可以将其直接发送给PCB提供商。我使用并推荐jlcpcb。它们快速，便宜，可靠，并且电路板的质量非常好。在图1中检查该项目的设置和成本。不要忘记选择Leadlead HASL-RoHS表面处理！

我为具有两种技能的人员设计了PCB：高级和基础技能。因此，如果您是专业人士，请拿起自己的焊料，自己焊接所有元件（IC），或者，如果您的技能是基本技能，请不要着急，拿起您的焊料并焊接自己的小型爱好板可以从上面的选择中购买。两个步进器旋转聚焦环和光圈环。它们由M5Stack ATOM控制，M5Stack ATOM还测量步进器。当前，并提供一个RestAPI来发送命令（基本的PCB原理图请参见图2）。

图3至图8为您展示了该设计的一些近距离照片，以帮助您安装元件。图3显示了如何安装光圈环和聚焦带环。它们的标准间距通常为0.8毫米。因此，电动机小齿轮应与此兼容。图4显示了已安装的电动机。检查电缆颜色-或订购！它们已连接到A4988驱动程序（图5），并且连接正确。否则，驾驶员将无法以正确的顺序切换电磁体，并且电动机将无法旋转。我计划在PCB上进行切割，以便可以修改到皮带环的小齿轮距离，并可以如图6所示固定电动机（使用2.5毫米螺钉）-并不是最好的方法，但是它是有效的;）。要将相机固定在板上，我使用了3/8英寸的螺钉和一个适配器将其安装到三脚架上（见图7）。螺钉将摄像机固定在板上。相机倾向于旋转，并释放螺丝。在这种情况下，您可以使用相机底座左侧的两个3mm孔（见图8）将其固定，例如矩形的木板。最后，您需要安装INA219和两个用于M5Stack ATOM矩阵的针头。 INA219测量步进器的电流，该电流用于识别聚焦环和光圈环的旋转极限。因此，启动后，系统会自行校准，并且不需要编码器来测量步进器的位置。

正如您在图9中所看到的，有一些IC，电容器和电阻器没有组装，还有两条电缆（红色和黑色）。电缆为电机提供7.5V电压。该IC，电容器和电阻器计划为M5Stack，A4988驱动器和INA219提供5V和3.3V。目前（在图9中），它们是通过USB电缆提供的，一端连接到M5Stack，另一端连接到Raspberry Pi。因此，您可以通过两种方式提供系统：)。但是，是的，您需要两个电源：一个用于步进器（7.5V），另一个用于Raspberry Pi（5V）。板上的5V（通过IC）将无法为Raspberry Pi提供电源。抱歉，但我不想为此使用更大的IC。

如前所述，M5Stack ATOM Matrix控制电机并提供RestAPI来接收命令。 M5Stack应用程序是用MicroPython编程的。如果您还没有听说过MicroPython，可以查看以下教程：ESP32，M5Stack和ESP8266上的MicroPython入门。 MicroPython是Python 3编程语言的一种精简而高效的实现，其中包括Python标准库的一小部分，并且经过优化可在微控制器上和受约束的环境中运行。该应用程序位于lemariva / uPyFocus。

打开文件并在此部分添加您的Wi-Fi凭据：M5Stack需要连接到Wi-Fi，以便Raspberry Pi（也已连接到Wi-Fi / LAN）可以找到它并发送命令以控制踏步机。

上载代码后，M5Stack重置并从校准例程开始（检查视频部分：nnn）。在连接到Wi-Fi时记下M5Stack报告的IP。您将需要它来配置微服务应用程序。

在Raspberry Pi上运行的应用程序是微服务应用程序。这意味着精心设计了不同的服务来提供应用程序。编排由docker-compose执行，服务使用Docker进行容器化。

如果您想了解有关嵌入式系统上Docker的更多信息，请阅读本教程：教程：嵌入式系统上的Docker（Raspberry Pi＆amp; Beagleboard）

要编排服务，您需要安装docker-compose。可以通过键入以下内容来完成：

为了更快地拍照，可以在RAM上创建磁盘。与SD卡或连接的USB磁盘相比，RAM磁盘可以更快地访问数据。因此，这允许应用程序减少照片之间的时间。为此，您需要通过在终端上键入来创建一个文件夹：

然后，您需要修改/ etc / fstab文件，并在文件末尾添加一行：

sudo nano / etc / fstab ###在文件末尾添加以下行：tmpfs / mnt / ramdisk tmpfs nodev，nosuid，size = 50M 0 0

后端：它通过RestAPI（Flask服务器）与前端通信，控制摄像头，将信号发送到M5Stack以控制电机，将信号和数据发送到其他服务以识别对象并拍照。基本上，它是核心服务。它是用Python编程的。

obj-detector：它通过UDP接收图像并识别其上的对象并返回JSON消息。它是用Python编程的。它使用TensorFlow并连接到Coral USB Accelerator来实时处理数据。

照片服务：它通过RestAPI（Flask服务器）接收信号来拍照，并对其进行处理以创建HDR照片。它使用Python编程，并且使用Celery对RestAPI进行多任务/非阻塞响应。

打开浏览器并访问URL地址：http：//＆lt; ip-raspberrypi＆gt;：4200，您将看到如图9所示的界面。（嘘...我刚刚注意到我写了Raspberry HD摄像机而不是HQ摄像机... :(）

Docker映像位于Docker Hub中。我目前正在使用免费计划，因此，如果没有人使用图像至少六个月，则Docker Hub会删除它。因此，有可能发生的情况是，如果您看到这篇文章，但其中一些/一个或多个图像不存在，则可以按照Github上的说明自行构建它们，或给我发送评论。我将尝试尽快上传它们。

这是有关JiJi项目的系列文章的第一部分。在本文中，我描述了在Raspberry Pi 4上构建和安装硬件，刷新M5Stack并启动Microservices应用程序的步骤。软件组件仍然存在问题，并且处于优化过程中，但是它们已经开始产生一些输出： ）。您可以检查并下载示例照片（图11至14）。使用Luminance HDR v2.6.0处理了HDR文件（/ FORMAT = 32-bit_rle_rgbe）。

还有一件事：如果您想在这个项目上进行合作，非常欢迎您这样做，请与我联系！