How to install FLIR Lepton Thermal Camera and applications on Raspberry Pi/es

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Este tutorial fue creado para ayudar a quienes deseen instalar una cámara Lepton con una Raspberry Pi. Utilizamos la información disponible en muchos tutoriales y añadimos nuestros conocimientos para mejorarlos.

El dispositivo que probamos es el Raspberry Pi B+ pero la instalación no debería ser muy diferente para otras versiones del dispositivo.

Acerca de la cámara Lepton

Lepton es un módulo completo de cámara infrarroja de onda larga (LWIR) diseñado para integrarse fácilmente con interfaces nativas de dispositivos móviles y otros dispositivos electrónicos de consumo. Captura la entrada de radiación infrarroja en su banda de longitud de onda de respuesta nominal (de 8 a 14 micras) y genera una imagen térmica uniforme.

Especificación del entorno

Característica de la imagen

Aplicaciones

• Seguridad y protección
• Automotor
• Plataformas micro y nano UAV/UGV
• Reparación de viviendas y eficiencia energética
• Automatización de edificios y detección de presencia

Si desea conocer más especificaciones sobre la cámara Lepton, puede ingresar a la Hoja de datos de Lepton

de hardware

Materiales necesarios

Estos son los materiales que necesitarás para instalar tu cámara Lepton:

1. Raspberry Pi Modelo B+.
2. Una fuente de alimentación de 5 V con terminación micro USB.
   • Debe poder suministrar al menos 700 mA
   • Puede ser un cargador de teléfono, funcionan bien. (Los cargadores de teléfono funcionan bien)
3. Una tarjeta SD:
   • Al menos 8 GB y hasta 32 GB de almacenamiento
   • Nada menos que la clase 4.
4. Un teclado USB
5. Un ratón (con conexión USB)
6. Un cable HDMI
7. Un cable Ethernet y una conexión a internet. Si quieres usar wifi en tu Raspberry Pi, puedes comprar un adaptador wifi. En este tutorial se utilizó una miniantena wifi USB 2.0 de 150 Mbps y un adaptador de tarjeta de red inalámbrica LAN 802.11N/G/B .

Preparar la tarjeta SD – Formateo

Primero, formatearemos y prepararemos la tarjeta SD. En esta sección, usarás tu computadora. El primer paso será formatear la tarjeta y el segundo, instalar el software NOOBS (tu Raspberry lo necesitará). En este tutorial, usaremos el sistema operativo Windows. Si tienes otro, puedes consultar los pasos aquí:Diferentes sistemas operativos . Sigue estas instrucciones:

Formatear la tarjeta

1. Conéctese y descargue Formatter para Windows
2. Descomprima y extraiga el archivo Download and run Setup.exe.
3. Cuando se le solicite con el Asistente InstallShield de SDFormatter, acepte e instale el programa, luego haga clic en Finalizar.
4. A continuación, abre SD Formatter (el programa que acabas de instalar). Deberías ver algo como esto:

   

5. Haga clic en Opción y configure AJUSTE DE TAMAÑO DE FORMATO en ACTIVADO, luego haga clic en ACEPTAR.

   

6. Donde aparezca "Unidad", seleccione su tarjeta. Si solo usa una tarjeta en su computadora, se seleccionará automáticamente.
7. Haga clic en "Formato" y luego haga clic en "Aceptar" tres veces cuando aparezca.
8. ¡La tarjeta SD ya está formateada! El siguiente paso es instalar el software NOOBS.

Instalación del software NOOBS

1. Visita la página de descargas de Raspberry Pi y descarga la versión más reciente de NOOBS (instalación sin conexión) (NOOBS_v1_4_1.zip al 11/05/2015).
2. Descomprime y extrae el archivo descargado. La carpeta extraída debería verse así:

   

3. Ahora, debes copiar el contenido de la carpeta extraída a tu tarjeta SD recientemente formateada.
4. ¡Tu tarjeta ya está lista para usar!

Conexiones

Tenga cuidado con la cámara Lepton. No es especialmente sensible a las descargas electrostáticas, pero es un componente complejo y relativamente caro. Es necesario tomar algunas precauciones al trabajar con ella para evitar daños accidentales. Una placa de pruebas es una inversión fiable; proporciona una ubicación segura para instalar la cámara.

Ahora podemos empezar a construir el proyecto. Sigue los pasos a continuación:

Conecte la cámara Lepton a la frambuesa

• Utilice una placa de pruebas para las conexiones.
• El diagrama de la Fig. 4 tiene 20 GP10 (40 pines) y la Raspberry Pi tiene 13 GP10 (26 pines), para este proyecto solo son importantes los primeros 26 pines.
• Acerca del pin CS, si tienes un cuadrado rojo , cambia el pin 26 al pin 24

Conectar el monitor

• Conecte un cable HDMI entre la Raspberry Pi y un monitor. (Puede que necesite un adaptador VGA a HDMI).

Conecte el mouse y el teclado a través de USB

Inserte la tarjeta SD preparada en la frambuesa

• La tarjeta SD encajará en su lugar cuando esté conectada correctamente.

Establecer una conexión a Internet

• Se necesitan varias descargas de software para utilizar este proyecto y aprovechar al máximo las ventajas de la Raspberry Pi. Por lo tanto, es fundamental contar con conexión a internet.
• Se puede utilizar un cable Ethernet o un adaptador wifi. Las instrucciones para el adaptador wifi están aquí.

Conectar la alimentación

• Por último, revisa las conexiones anteriores. Si funcionan, conecta la fuente de alimentación a la Raspberry. (Usamos un cable de carga de teléfono).

¡La sección de hardware está completa! El proyecto debería verse así:

• 
  Fig. 5.1: Configuración de Raspberry
• 
  Fig. 5.2: FLIR Lepton en una placa de pruebas
• 
  Fig 5.3: Diagrama de conexión

Adaptador WiFi

Se puede usar un adaptador WiFi para conectar la Raspberry Pi a internet. Para usar un adaptador WiFi con la Raspberry Pi, siga las instrucciones a continuación:

El sitio web oficial de Raspberry Pi ofrece tres tutoriales diferentes para instalar el adaptador wifi. Estas instrucciones no funcionaron cuando las probamos. Como podrían funcionar para otros, las puedes encontrar aquí .

En este tutorial usaremos los comandos que nos funcionaron.

• Conecte el adaptador WiFi a la Raspberry Pi.
• Abra la terminal LXT en el escritorio Raspberry Pi.

Líneas de comando en la terminal LXT

• Para determinar qué señales WiFi están disponibles para la Raspberry Pi ingrese el siguiente comando:

PD: En particular, para los laboratorios de Michigan Tech, necesitábamos descargar un software de código abierto en nuestra computadora para compartir la red wifi de Michigan Tech. Este software es Virtual Router. Puedes descargarlo en este enlace . Con este software puedes compartir la red wifi de Michigan Tech con tu Raspberry Pi. Solo necesitas crear un nombre y una contraseña. Mira el ejemplo anterior:

Cuando termine de instalar el sot

• Se mostrarán todas las conexiones WiFi disponibles. Determine el ISSD y la contraseña de la conexión WiFi preferida.
• Introduzca el siguiente comando:

• Agregue el código a continuación al archivo. Recupera el IDSS y la contraseña.

• He aquí un ejemplo:

• Al terminar, usa Ctrl + X, selecciona Y y presiona Enter. (Se guardarán los cambios).
• Para activar los cambios utilice:

• Luego ingrese:

• Confirme que el WiFi está funcionando usando el siguiente comando:

• El Wlan0 se conectará en la WiFi que hayas elegido.

software

La instalación del software permite el uso de Raspberry Pi.

de Raspbian

Raspbian es un sistema operativo libre basado en Debian, optimizado para el hardware Raspberry Pi. Es el sistema operativo ideal para Raspberry Pi.

• Puede haber un retraso entre la señal de Raspberry y la pantalla del monitor; esto es normal. La Fig. 7 muestra la pantalla.

  

• Haga clic en la primera opción (Recomendado por Raspberry).
• Haga clic en "Instalar". La instalación tardará unos 30 minutos.

Después de esta parte, tu Raspberry Pi estará lista para usarse.

Software de cámara térmica FLIR Lepton

Una vez finalizada la instalación de Raspbian, es momento de instalar el software de la cámara térmica FLIR Lepton. Usamos código de ingeniería pura para ejecutar Lepton.

• Ahora, debe abrir la LXTerminal, donde escribirá sus comandos. Haga clic en el ícono que se muestra en la imagen a continuación:

• Una vez hecho esto, debes ingresar el siguiente comando. Se abrirá la sección de configuración.

• Verás esta ventana:

  

• Vaya a "Opciones avanzadas".
• Debe activar el SPI. Para ello, siga las instrucciones a continuación:
  1. Seleccionar SPI
  2. Debe habilitar la interfaz SPI: haga clic en "SÍ"
  3. Haga clic en "Aceptar"

• Necesita que su módulo de kernel SPI se cargue de forma predeterminada, por lo tanto, haga clic en "SÍ".
• Haga clic en "Aceptar"

• Después de esto, haz lo mismo con I2C.
• Ahora, selecciona "Finalizar" al final de la figura 8 y reinicia la Raspberry Pi. Se te preguntará si deseas reiniciarla. Hazlo.
• Ahora es el momento de usar la conexión a internet. Necesitas descargar la aplicación QT (códigos de ejemplo de Pure Engineering). Por lo tanto, asegúrate de tener una buena conexión a internet.
• Para los siguientes pasos, ingrese el siguiente comando:

• Después de esto, se le pedirá que ingrese "y" o "n". Ingrese "y".
• Ahora vaya al ícono de Internet y a este sitio web: https://github.com/PureEngineering/LeptonModule
• Cuando abras el sitio web, haz clic en “Descargar ZIP” (está en el lado derecho de tu pantalla).
• Mueva la carpeta descargada al directorio pi.
• Ahora descomprime la carpeta comprimida. Usa el comando:

• Ahora cambie el directorio actual a la carpeta "raspberrypi_video", que se encuentra en la carpeta "LeptonModule-master". Para ello, use el comando:

• Ahora, debes ingresar al directorio "LeptonSDKEmb32PUB" y ejecutar "make":

• Después de esto, regrese al directorio "raspberrypi_video":

• Ahora, ejecuta:

• ¡Tu cámara térmica está lista para usar! Para que funcione, ejecuta:

Cambios y errores

tamaño de video

Es posible cambiar el tamaño del vídeo:

1. Abra el archivo main.cpp. Se encuentra en la carpeta "raspberrypi_video".

   

2. La parte del código que se muestra en la imagen a continuación define el tamaño y la posición de la ventana de video. Los números en el recuadro rojo definen dónde aparecerá la ventana en la pantalla, y los números en el recuadro verde definen su tamaño.

   

3. También necesitará cambiar el tamaño de la imagen que se envía a la ventana de marcador de posición y la posición del botón "Ejecutar FFC".

   

4. Para guardar los cambios vaya a la parte superior izquierda de la página presione "archivo" y haga clic en "Guardar"
5. Después de terminar, vaya a LXTerminal, acceda a la carpeta "raspberrypi_video" y ejecute "qmake && make".
6. Se guardaron los cambios. Ejecuta el programa y comprueba si es lo que buscabas. Si no te gusta la resolución, puedes volver a cambiarla o cambiarla a otro tamaño.

Realizar FFC

Se produjo un error al presionar el botón "Ejecutar FFC". Si experimenta el mismo error, puede seguir las instrucciones a continuación:

• Vaya a LXterminal y ejecute el siguiente comando:

• Vaya a la última línea y escriba: "i2c-dev"
• Presiona "ctrl o"
• Presione Enter
• Reinicie el sistema. El FFC debería funcionar ahora.

• En caso de que experimentes otros errores puedes intentar encontrar la solución aquí: https://groups.google.com/forum/#!forum/flir-lepton

Grabación de vídeo

La mejor manera actual de grabar el vídeo producido por la cámara FLIR Lepton es conectar la Raspberry Pi a una PC o portátil. Esto se logra fácilmente mediante VNC (Computación en Red Virtual). VNC permite al usuario controlar remotamente la interfaz de escritorio de otra computadora. Otras ventajas de usar VNC con la Raspberry Pi son:

• Hay muchos programas de grabación de pantalla de código abierto
• Permitirá al usuario controlar la frambuesa usando el sistema Linux o Windows.
• Los archivos grabados se guardarán en el ordenador del usuario, por lo tanto, no será necesario almacenarlos en la tarjeta de memoria de la Raspberry.
• No será necesario conectar un monitor, teclado y ratón a la Raspberry
• Usando VNC podemos transportar fácilmente el sistema de cámara térmica

Conexión VNC

Configurar un VNC es fácil. Necesitarás configurar tanto la Raspberry como la computadora que usarás para controlarla remotamente.

Configuración de la Raspberry Pi

• Vaya a LXTerminal e instale el paquete Tight VNC

• Ejecute el servidor TightVNC

• El servidor le pedirá que introduzca una contraseña. Esta debe tener entre 4 y 9 caracteres.
• El LXTerminal no permite ver la contraseña que se escribe. Simplemente escríbala y presione Enter.
• Iniciar una sesión VNC

• El ":1" representa el número de la sesión VNC (puede tener más de una sesión VNC)
• Es posible cambiar la resolución de la pantalla. En este ejemplo, usamos resolución Full HD (1920x1080).
• Si desea configurar una sesión VNC desde el inicio, siga las instrucciones en el sitio web elinux.org
• Si desea finalizar una sesión VNC, utilice el comando:

• ":display" es el número de la sesión VNC

Configuración de su computadora

• En el último paso de la configuración de tu ordenador, necesitarás la dirección IP de tu Raspberry Pi. Si no la conoces, ejecuta el siguiente comando en el LXTerminal:

• La dirección IP es el número en el cuadro azul.

Ventanas

Siga las instrucciones para su computadora con Windows en el sitio web Raspberry.org: Windows .

Linux

Siga las instrucciones para su computadora basada en Linux en el sitio web Raspberry.org: Linux .

Sistema operativo Mac

Siga las instrucciones para su computadora con sistema operativo Mac en el sitio web Raspberry.org: Mac OS .

software de grabación de pantalla

Necesitará un software de grabación de pantalla para capturar el video que la cámara térmica Lepton envía a su computadora. Puede usar el programa que prefiera. A continuación, se listan algunas opciones de software de código abierto.

Ventanas

Descargamos y probamos ShareX. ShareX es un software de código abierto que permite grabar e imprimir la pantalla, además de ofrecer muchas otras herramientas. Puedes descargarlo gratis en getsharex.com.

Linux

Sistema operativo Mac

Grabación de vídeo en la Raspberry

Este es un trabajo en progreso

Instalar ffmpeg desde el código fuente. Este paso es muy importante. No funcionará con la versión de ffmpeg para Raspbian porque la versión de libavcodec para Debian no contiene las bibliotecas H264 necesarias para el protocolo de streaming flash. (Del foro de Raspberry )

• Ejecutando ffmpeg

Esto tomará la imagen del escritorio, comenzando por la esquina superior izquierda (x=250, y=150), con un ancho y alto de 1024x768. En este ejemplo, el video se guarda en una carpeta temporal; puede guardarlo en otra carpeta. "out.avi" tiene el formato "filename.fileformat".

Puede encontrar más información sobre ffmpeg aquí y en el sitio web ffmpeg.org .

Nuestra aplicación

Puedes implementar el código de Pure Engineering y crear nuevas aplicaciones para tu cámara Lepton. Existe un buen archivo de FLIR con funciones e instrucciones útiles para nuevas aplicaciones. Ya descargaste este archivo en los pasos anteriores. Para encontrarlo, sigue estos pasos:

1. Vaya al directorio Pi y abra "LeptonModule-master"
2. Abra la carpeta "raspberrypi_video"
3. El archivo que estás buscando es "lepton_interface_design_document.pdf"

Con este archivo, creamos algunas aplicaciones. Puedes verlas a continuación.

Obtener la temperatura interna de la cámara

Con esta aplicación, podemos ver la temperatura interna de la cámara. Esto puede ser muy útil para futuras aplicaciones, ya que existe una relación entre la salida de la cámara y su temperatura interna. A continuación, describiremos lo que hicimos:

• Vaya al "Directorio Pi"
• Abra el "LeptonModule-master"
• Abra el archivo "raspberrypi_video"
• Abra el archivo "Lepton_I2C.cpp"
• En este archivo, declarará la función que obtendrá la temperatura interna:

1. En primer lugar, debes agregar estas líneas de código a continuación "#include "leptonSDKEmb32PUB/LEPTON_Types.h""

• Ahora, agregue esta línea de código debajo "LEP_CAMERA_PORT_DESC_T _port;"

• Ahora, declara la función. Ve al final de este archivo y agrega la función:

• Debes guardar lo que escribiste. Ve a los archivos y guárdalo.
• Regrese a "raspberry_video" y abra "Lepton_I2C.h"
• Debes agregar esta línea de código debajo de "void lepton_perform_ffc();"

• Ahora, tenemos la función lepton_temperature() que devuelve la temperatura interna de la cámara. Si desea usar este valor para cualquier cálculo, solo necesita declarar una variable y usar la función que creó.

Escala de temperatura

La cámara Lepton utiliza la temperatura interna como parámetro. El valor de salida para la temperatura interna es 8192. Si el rango de temperatura no es demasiado amplio, todo el rango de salida seguirá una relación casi lineal con este punto (temperatura interna, 8192).

Obtenga la temperatura máxima y mínima

Con esta información, podemos obtener una temperatura aproximada de cualquier salida. Para ello, tomamos un punto experimental (temperatura y salida) utilizando la placa calefactora disponible en el Laboratorio de Michigan Tech. Después, calculamos una ecuación lineal con dos puntos: (temperatura interna, 8192) y (temperatura experimental, salida experimental). La ecuación se puede ver a continuación:

Si analiza el código original en el archivo "Lepton Thread.h", podrá observar que puede tomar los valores de salida máximo y mínimo. Por lo tanto, si utiliza los valores de salida máximo y mínimo en la ecuación anterior, podrá obtener las temperaturas máxima y mínima.

Relación entre color y marco

Si echas un vistazo al código original en el archivo "Lepton Thread.h", podrás darte cuenta de algunos puntos importantes:

1. El código proporciona el marco de salida máximo y mínimo.
2. La variable "valor" da la relación con el color.
3. El valor tiene un rango de 0 < Valor < 255.
4. El valor máximo del marco representado es 255.
5. El valor mínimo representa Valor = 0.

Por lo tanto, utilizando la linealidad y los dos últimos puntos (MaxFrame, Value = 255) y (MinFrame, Value = 0), podemos encontrar la relación entre el marco y el color:

Relación entre el marco y la temperatura

Podemos darnos cuenta de que:

1. El marco máximo está relacionado con la temperatura máxima.
2. El marco mínimo está relacionado con la temperatura mínima.

Utilizando estos dos puntos anteriores y la linealidad podemos encontrar la relación entre el marco y la temperatura.

• Máx. de marco --> Máx. de temperatura
• Marco mínimo --> Temperatura mínima

Configurar un rango para el marco de salida

Podemos limitar el rango de salida de la cámara Lepton. Por lo tanto, si solo desea ver un rango pequeño de temperatura, podemos hacerlo. Siga los pasos a continuación.

• Vaya al archivo "LeptonThread.cpp"
• Buscando las líneas del código donde se obtienen los valores máximo y mínimo. (Está dentro del bucle "for (int i = 0 : i < FRAME_SIZE_UNIT!; i++)"
• Después de las líneas que mencionamos anteriormente, configurará la salida. Vea el ejemplo:

• Después de configurar el valor de salida, agregue la siguiente condición: (debe estar dentro del mismo bucle "for (int i = 0: i < FRAME_SIZE_UNIT!; i++)")