TTL-модуль видеокамеры для Ардуино со стандартом NTSC

Если спросить каждого из нас по каким критериям он выбирает себе новый смартфон, 99 процентов пользователей, если не первым пунктом, то точно в тройке, назовут камеру. Она действительно важна, но знаем ли мы как она работает? Попробуем разобраться!

За программным обеспечение также стоит процессор, так как именно он идет в авангарде вычислительной мощности всего устройства в целом. Обычный набор информации, полученный с сенсора ничего не стоит и его надо еще обработать. А это миллионы точек, каждую из которых надо сложить в изображение и все это за доли секунды.

В Сети несложно найти расширенные характеристики процессоров. Не те, где нам пишут мощность и количество ядер, а действительно полные. Среди них всегда есть такой параметр как максимальное разрешение камеры. Становится понятно, почему на дешевые смартфоны нельзя как киллер-фичу поставить топовую камеру, доплатив за нее. Все должно работать в связке, как и в любом компьютере.

Матрица смартфона

Так же как и оптика, матрица любой камеры является основополагающим элементом качества снимка. Ведь именно она получит тот материал, который будет передан в обработку. Для начала разберем из чего она состоит.

Основной тип матрицы, применяемый в современных устройствах, состоит из светочувствительных элементов, собранных в блоки. Чем больше таких элементов, тем выше разрешение и тем большую четкость снимков может обеспечить камера. Конечно, есть некоторые факторы, которые сводят к нулю ценность большого количества этих элементов. Это может быть низкое качество сборки, плохая оптика или желание сделать матрицу меньше при сохранении на ней прежнего количества светочувствительных элементов.

Стоит отметить, что сами светочувствительные элементы не могут работать без специальных фильтров, нанесенных на поверхность матрицы. Эти фильтры пропускают только красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) цвет. Поэтому система и называется RGB.

Если на элемент не попадает свет определенного цвета, то он попадает на соседний. В этом и заключается принцип определения цвета снимка, так камера и понимает, какого цвета, или оттенка, должна быть точка. Собрав несколько миллионов таких точек (мегапикселей) воедино, процессор обрабатывает их и собирает в готовое изображение.

Многие пренебрегают таким показателем как размер светочувствительной ячейки, который очень сильно влияет на итоговое качество изображения. Да, размер ячеек выражается в микронах и разница в несколько десятых долей микрона может казаться очень несущественной. Тем не менее, чем больше размер пикселя, тем лучше. А оценивать их надо с точки зрения пропорций. То есть, 1,14 микрона на 15 процентов больше чем 1 микрон.

Также на качество снимка влияет и расстояние между пикселями. Если пиксели будут очень маленькими и «напиханы» очень плотно, камера может иметь сколь угодно большое разрешение, но снимки будут плохими и с большим количеством шумов.

Тоже интересно: По мнению аналитиков Apple работает над складными iPhone и iPad

Все это является объяснением того, почему многие производители до сих пор держатся за разрешение камер в 12 или 16 Мп. У них есть ряд преимуществ перед камерами с разрешением 48 Мп. При равном физическом размере сенсора, качество будет хуже из-за большого количества помех. При этом, слабая оптика и последствия цифрового удаления этих шумов могут свести к нулю полезность лишних мегапикселей. Детализация в этом случае не будет лучше чем у более «скромных» матриц. Идеальная отработка камеры, это когда при максимальном увеличении вы начинаете видеть реальные квадратики пикселей, а не замыленность. Но в смартфонах такого все равно не бывает.

Объектив камеры смартфона

Допустим, у нас есть отличный сенсор с шикарными характеристиками и минимальным количеством помех, но от окружающего мира его отделяет стекло плохого качества. Утрируем и скажем, что оно мутное. Думаю, не стоит объяснять, что в этом случае о хороших снимках говорить не стоит.

На таком, немного грубом примере, можно понять ценность хорошей (и чистой) оптики для камеры.

Объектив камеры смартфона не зря называется именно так. Это именно объектив, как и в случае с зеркальными камерами, просто очень маленький. В конструкции объектива смартфона применяется несколько линз. Точное число зависит от конкретного производителя, но их может быть 4, 5, 7, 8 и даже больше.

Каждая линза выполняется из специального пластика или не менее специального стекла. Каждая из них собирает пучок света так, чтобы он равномерно попадал на рабочую часть матрицы. Малейшее смещение одной линзы на тысячные доли миллиметра может привести к полной неприемлемости качества снимков.

Важным критерием объектива будет его светосила или диафрагменное число. При выборе смартфона, если вам важна камера, надо выбирать тот, в котором цифра будет меньше, например, f/1,75 и ниже. Это будет существенно лучше, чем f/2.0, f/2.2 и более. Тут все просто — чем меньше значение, тем выше светосила и тем лучше камера снимает при слабом освещении.

Еще одним важным показателем будет фокусное расстояние, но сейчас это уже потеряло актуальность для камер смартфонов. Все современные смартфоны оснащены камерами, которые отлично работают почти на любых расстояниях от объекта съемки. Тем более, в последнее время камеры стали оснащаться несколькими модулями, дополняя функции основной камеры функциями телеобъектива (аналог оптического зума) или, наоборот, давая возможность снимать панорамы.

В большинстве смартфонов снаружи вся конструкция прикрыта сапфировым стеклом или другими прочными составами. Ведь малейшая царапина на стекле может навсегда лишить камеру возможности делать хорошие снимки.

Автофокус

На заре создания камер для мобильных устройств они не оснащались автофокусом. Четкость снимков достигалась за счет достаточно большой глубины резкости. Это позволяло не задумывать о том как сделать снимок большой панорамы — все было в фокусе. Конечно, это имело ряд минусов и пришло время новых решений.

Современные системы автофокуса (не только для смартфона) можно разделить на три основных типа. Первым является контрастный. Суть его работы сводится к поиску оптимального контраста снимка, чтобы сделать резким все изображение или какую-то его часть, выбранную пользователем. Для такой системы не важно, на каком расстоянии находится объект съемки.

Второй тип автофокуса получил название лазерный. Он работает только на небольших дистанциях и совмещается с другими системами для более полного охвата диапазона расстояний. Он способен определять расстояние до объекта и за счет этого подстраивать под него настройки фокуса.

Третий тип автофокуса называется фазовым. Для его реализации предусмотрены дополнительные датчики, которые позволяют камере получить больше данных для настройки фокуса.

Наиболее продвинутые смартфоны способны на ходу объединять работу разных способов фокусировки и даже обеспечивать непрерывную автофокусировку, подстраиваются под изменение положения объекта.

Система стабилизации изображения

Цифровой способ стабилизации имеет ряд минусов,главным из которых является обрезка краев изображения. Чтобы избежать такого воздействия, в наиболее продвинутые смартфоны внедряют камеры с оптической стабилизацией.

Для этого модуль камеры оснащается специальным механизмом, который ориентируясь на показания гироскопа, подстраивает оптику так, чтобы изображение, попадающее на матрицу не менялось. Как внешние трехосевые подвесы такая система работать не может, но небольшую тряску убрать способна.

Зачастую, в дорогих смартфонах эти система объединяются и позволяют еще лучше стабилизировать картинку.

Автоматический баланс белого

Наверняка вы видели снимки с неправильным балансом белого. Их особенностью является ярко выраженное смещение оттенков снимка или клипа в сторону синих (холодных) или желтых (теплых) оттенков. Настроить цветовую температуру можно вручную, но для автоматического определения в камере есть датчик баланса белого.

Любой тип освещения имеет свою цветовую температуру, и, попадая на объект, он отражается по-разному. Человеческий глаз воспринимает это нормально и может подстраиваться, но камере работать с такими изменениями трудно. От этого и возникают проблемы. Если опыта в настройке такого параметра мало, лучше доверять это автоматике.

Количество модулей камеры

В наше время смартфоны с одним модулем камеры выпускают только очень уверенные в себе производители. Даже бюджетники выпускают камеры минимум с двумя модулями. Кроме тех, кто делает камеры Dual Camera Design. Была такая на одной из моделей Jinga. Второй модуль, без преувеличения, нужен был там чисто для красоты. Он был просто нарисован.

Хороший вопрос: Для чего нужна тройная камера в iPhone

В наличии нескольких модулей есть множество плюсов. Самый очевидный из них в том, что они могут иметь разные настройки фокусного расстояния. То есть, можно снимать как с разными объективами и выбирать между панорамой, зумом и обычным фокусным расстоянием. Это может очень пригодиться, но сильно удорожает конструкцию., так как требуется уже не одна камера, а несколько. Отчасти поэтому, многие производители ставят в дополнительные модули более простые матрицы и экономят на оптической стабилизации.

Как выбрать хорошую камеру?

Как видим, камера современного смартфона не так проста, как кажется. Она состоит из матрицы с десятками миллионов светочувствительных элементов, информация с которых обрабатывается отдельно, нескольких идеально подогнанных друг под друга линз, миниатюрных приводов и датчиков.

Все это делает ее чуть ли не самым сложным элементом смартфона. Но она постоянно развивается, ведь ни для кого не секрет, что при покупке смартфона мы далеко не в последнюю очередь обращаем внимание на то, как он может фотографировать.

Однозначного ответа на вопрос как купить хорошую камеру нет. Мало того, что понятие хорошего для всех разное, так еще и у такого понятия как совершенство нет предела. Хорошая камера стоит дорого — это можно сказать точно. Другой вопрос в том, стоит ли переплачивать в два раза за незначительную прибавку в качестве? Тут уже каждый решит для себя сам.

Если вы хотите поделиться своим мнение по поводу камеры смартфона, сделайте это в нашем Telegram-чате. Обсудим это все вместе. Несколько тысяч наших друзей уже там. Присоединяйтесь!

Ардуино – одна из популярнейших систем для реализации проектов различной сложности, от простейших автоматизированых ферм до умных домов и полноценных систем защиты. Всё зависит исключительно от фантазии самого инженера и его навыков программирования, а также обращения с паяльником и проектирования.

Такой обширный функционал достигается благодаря множеству модулей различного предназначения, одним из которых является Ардуино камера. Она пригодится как для написания умных нейросетей, так и для простого отслеживания того, что происходит у вас в квартире, когда вы не дома. Давайте разберёмся, какие характеристики есть у таких датчиков и как их лучше всего реализовать в жизнеспособных системах.

Основным производителем таких камер сейчас является компания — adafruit.com.

Характеристики TTL камеры

Сам TTL модуль работает на стандарте NTSC протокола, который известен всему миру благодаря возможности безналичной оплаты в смартфонах. Андроид, в отличие от продукции купертиновцев, давно научился применять эту технологию для беспроводного управления любой техникой.

Дело в том, что такая передача данных имеет куда более защищённые протоколы, чем у блютуз или беспроводного интернета, что усложняет взлом злоумышленниками вашей охранной системы. А ведь, как известно, большую часть камер можно спокойно просмотреть, находясь на другом конце света, притом для этого не потребуется никаких навыков хакера. Достаточно скачать простое приложение и знать ресурсы, предоставляющие адреса устройств по месту их расположения.

Но не только в защитных целях годится Аrduino камера, её можно применять и для создания собственных фотоаппаратов и вебок, если вы захотите. А благодаря встроенным возможностям по настройке диафрагмы и насыщенности цветов можно получить такие кадры, которые не каждая зеркалка или мыльница с хорошим объективом способны выдать.

И, наконец, авто-контраст и авто-яркость прекрасно подходят для отслеживания движений даже в тёмных помещениях, что позволяет устанавливать их вместо соответствующих датчиков. Но, конечно, без соответствующего софта это просто груда железа. Благо, найти подходящие библиотеки, благодаря доступности Ардуино, не так и сложно, достаточно просмотреть пару тематически англоязычных форумов.

Но не заблуждайтесь, такие модули не предназначены для профессиональной фотографии, ведь их максимальное разрешение не выходит за пределы 630 на 480, предоставляемых даже самой дешёвой веб-камерой. Пример того как выглядит итоговое изображение:

При этом, у неё есть куда более значимые достоинства, перекрывающие все недостатки, например:

1. Камеры чувствительны к ИК излучению, что не только даёт обнаружить любые изменения в цветопередаче, но и позволяет отслеживать движения в полной темноте. Учитывайте, что каждый модуль индивидуален, и подбирать его стоит по вашим требованиям, в данном случае мы рассмотрим именно систему видеонаблюдения.
2. Размеры в 32 мм квадратных при фотоматрице CMOS в четверть дюйма.
3. Соответственно разрешению, и мегапикселей немного – всего 0.3.
4. А вот формат выходных данных зависит от камеры; если вам нужен простой модуль для видеонаблюдения, то подойдёт и стандарт M-JPEG, который будет выдавать не более 30 кадров в секунду.
5. Все параметры, будь то баланс белого или экспозиция, автоматически подстраиваются в зависимости от программы.
6. Максимальное усиление – 16 Дб, а вот динамический диапазон – все 60 Дб.
7. Угол обзора небольшой – всего 60 градусов, учитывайте это, когда будете выбирать место для установки. Но его можно значительно расширить, прикупив специальные фишай линзы.
8. Фокусное расстояние – от 10 до 15 метров.
9. Битрейт установлен изначально 38400, менять его вроде бы и можно, с помощью АТ+ команд, но на деле это не работает или же попросту бесполезно.
10. Потребляют такие модули в среднем 75 мА, учитывайте это, если собираетесь сделать автономную камеру видеонаблюдения.
11. Работает в функциональном напряжении 5В, а подключается по 3.3 В TTL через три проводника.

Теперь, когда мы изучили техническую сторону вопроса, необходимо разобраться в подключении, если с Ардуино вы столкнулись впервые.

Подключение и настройка

Зачастую камера для Ардуино приходит без коннекторов, поэтому вам необходимы специальные проводники, которые придётся подпаивать к пинам отдельно. Благо контакты расположены приблизительно в 2-х мм друг от друга, что упрощает подключение видео с Аrduino к МК.

Так что сгодятся любые толстые проводники и самые обычные жала для распайки, без ювелирной работы, которую приходится проделывать на тех же датчиках движения, что является ещё одним преимуществом, которое предоставляет Аrduino видеонаблюдение, в отличие от аналогов.

Если же вам не нужна видеосъемка, по какой-то причине, то достаточно и 4-х проводов. Естественно, лучше подобрать разные цвета, для удобного кабель-менеджмента, когда вы будете упаковывать поделку в заготовленный корпус. В нашем случае расклад таков:

1. Для 5В пина подключаем красный проводник.
2. На заземление отправляем черный.
3. Белый идёт на пин для получения данных.
4. Зеленый – на TX, предназначенный для передачи картинки.

Естественно, вы можете припаивать и другие цвета или сделать всё однотонным, это не повлияет на функционал. Такая расстановка необходима лишь для того, чтобы при подключении к МК усилителей или дополнительных модулей не возникало никаких проблем. Ведь далеко не все камеры обладают встроенным микрофоном, а звукозапись в устройствах наблюдения никому ещё не вредила.

Соединение деталей, схема

Теперь соединим всё вместе. Эта схема предоставлена самим производителем таких камер — Adafruit:

Программирование

Так как мы говорим о простейшей реализации, то предполагаем, что у вас нет навыков работы с С++, а соответственно, сгодится любая библиотека из общественного источника.

Но если малейший опыт работы с МК имеется, то постарайтесь выбрать код, который не будет работать через раз и по необъяснимой магии. Это значительно сэкономит вам нервы, ведь в сообществе, тем более русскоязычном, есть множество «недоинженеров», пишущих функции без каких-либо знаний базовых алгоритмов и основ программирования.

Для камеры нужно использовать приложение Windows Comm Tool. Нужно использовать серийный протокол. Сами производители рекомендуют переходник для FTDI или USB/TTL конвертер. Для Arduino можно брать серийный чип (FTDI) и загрузить скетч в мк:

// empty sketch     void setup()    {  }     void loop()  {  }

Но это не подойдет для плат вроде Leonardo!

Для плат типа Leonardo нужно брать этот код:

//Leo_passthru  // Allows Leonardo to pass serial data between   // fingerprint reader and Windows.  //  // Red connects to +5V  // Black connects to Ground  // Green goes to Digital 0  // White goes to Digital 1    void setup() {    Serial1.begin(57600);    Serial.begin(57600);  }    void loop()   {      while (Serial.available())      Serial1.write(Serial.read());    while (Serial1.available())      Serial.write(Serial1.read());  }

Соединение такое:

Теперь нужно скачать и настроить библиотеку от производителя:

VC0706 Comm Tool

Обнаружение движения

Благодаря расширенному спектру такая камера подойдёт и в качестве датчика движения, способного реагировать ночью на любой шорох. Если подключить её к смартфону, о чём мы еще поговорим, можно настроить двойной протокол передачи данных.

Когда телефон удаляется настолько, что NTSC перестаёт работать, информация и СМС будут передаваться по беспроводному интернету и наоборот.

Связка: камера, Ардуино и Андроид

Как уже упоминалось, всю систему можно привязать к вашему смартфону, и это решение имеет множество достоинств. Сделать это удастся с помощью специального приложения, но новичкам лучше не использовать NTSC, доступный в модуле, ведь с ним будет много мороки.

Лучшим выбором, для проверки работоспособности проекта в принципе, будет блютуз модуль и соответствующее приложение на Андроид, позволяющее работать с ним. А уже затем можно начинать эксперименты с усложнением системы.

Использование видеокамеры с Arduino

Как применять подобную систему, решать исключительно вам, вот лишь несколько проектов, которые можно взять на заметку:

1. Видеонаблюдение за квартирой.
2. Автоматизированные фермы и теплицы, в которых есть микроклимат, и, дабы его не нарушать, наблюдение стоит вести удалённо.
3. Замена датчику движения, при соответствующем софте.

Более подробное описание модуля и настройки Comm Tool вы найдет на сайте производителя — adafruit.com.

• Цена: $18.80 (+ доставка в Россию $2.31)

Как заменить неисправный модуль IP камеры можно увидеть под катом.ПредисторияСам я далек от систем видеонаблюдения, но после постройки дома решил попробовать. Сначала купил аналоговый видеорегистратор, т.к. пара халявных камер были в наличии. Пролежал он 2 года, так и не дошли руки протянуть и подключить. И тут на распродаже aliexpress попались на глаза дешевые IP камеры, да еще и купоны оставались, решил взять на пробу. Но т.к. свой дом — это куча постоянной работы по дому и участку, то пролежали они у меня еще полгода. Летом, когда хорошая погода, решил поставить. Сначала поставил внутри дома с наблюдением через стекло окна. Днем нормально, ночью — одни блики от домашнего освещения. Решил переставить за окно. Отверстия с трубками на улицу за ранее были сделаны на этапе строительства. Но диаметр трубки был 20 мм, просунуть нее разъемы сети и питания было проблематично, да и по длине они оказывались внутри трубки. Было решено делать PoE питание. Вариант простой — купить PoE инжекторы и поставить их дома и за окном. Вешать коробку у окна для размещения PoE инжектора показалось не комильфо, разместить его внутри основания камеры тоже не представлялось возможным. Вариант посложнее — отрезать разъемы, припаять сетевой кабель с RJ45, просунуть через трубку в дом, и сделать розетку RJ45 с PoE инжектором. Но лунные циклы и положение планет сложились так, что плату камеры я спалил. Точнее сетевой интерфейс. Сама камера вроде работала судя по щелчкам ИК фильтра. Решено было купить новую плату с модулем камеры. Порыскав по просторам aliexpress оказалось, что разница в цене модуля HD и FullHD 300-400 рублей. Ну, гулять — так гулять, берем FullHD. Модуль предназначен для установки в камеры наблюдения, для замены/апгрейда штатных модулей.

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ
2. Разрешение: 1080P (FullHD)
3. Модель процессора и матрицы: 2035+3516C
4. Тип сенсора: CMOS
5. Минимальная освещенность люкс: 1 LUX
6. Видео формат сжатия: H.264
7. Разрешение матрицы: 2.0MP 1080*1920
8. Напряжение питания:12V
9. Габариты PCB:38*38mm

Пришла посылка в обычной желтой коробке за 21 день, от оплаты до получения.Коробка Внутри в пупырку была замотана ячейка из вспененного материала. В комплекте шел маленький кабель для подключения датчика освещения к модулю. Кабель в комплекте Сам сенсор на камере заклеен защитной пленкой. Для масштаба лежит переходник на SD формат.Упаковка сенсора

По сравнению с предыдущим модулем площадь сенсора немного больше, что косвенно может говорить о лучшей светочувствительности.Сравнение сенсоров Установка в камеру не вызвала проблем, при покупке выбирал плату с такими же разъемами. Вообще, бывают разные сетевые разъемы и распиновки. Кроме того, в тех камерах что у меня были, разъемы питания (обвел на фото) на плате ИК подсветки располагались противоположно, т.е. если взять плату подсветки с одной камеры и поставить в другую, то «+» попадет на «-«, а «-» на «+». Что я ни сразу заметил, хорошо, что ничего не сгорели, просто не работала подсветка и датчик освещенности.Установка в камеруБерем нашу камеру Откручиваем крышку, обычная правая резьба. Откручиваем 4 самореза крепления платы к крышке. Модуль вытаскивается с платой ИК подсветки, снимаем эту плату. Получается так Вид со стороны разъемов Переставляем разъемы со старого модуля на новый. Дальше — момент истины. Заменив плату, пока без объектива, сразу решил проверить работает ли вообще этот модуль. Проверял из CMSВводим стандартный IP 192.168.1.10 и порт 34567. Вуаля, камеры работает, только пока без объектива и с пленкой показывает зебру. Теперь нужно переставить объектив с ИК фильтром. Снимать не стал, т.к. в мастерской пыльно, и нужно было побыстрей переставить, чтобы пыли попало как можно меньше. Там ничего сложного. Отсоединяем разъем ИК фильтра, откручиваем 2 болта крепления объектива со старого модуля, снимаем защитную пленку с нового модуля, крепим объектив на новый модуль 2-мя болтами и подсоединяем разъем.2 болта крепления Осталось настроить фокус и собрать камеру. Для настройки фокуса подключаем камеру, откручиваем фиксирующий винт и вращением объектива настраиваем фокус. Затем закручиваем фиксирующий винт.фиксирующий винт После настройки фокуса снимает вполне сносно. Веб интерфейс работает, но как полагается дешевым китайским камерам, только в IE.оно работает Вывод: Модуль вполне годен для замены или даже апгрейда. + бренд XMEYE, если не наврали + разъемы с совпадающей с большинством дешевых камер распиновкой + FullHD — ценаПринесли зверяИспользуемые источники:

• https://appleinsider.ru/hardware/kak-rabotet-kamera-smartfona.html
• https://arduinoplus.ru/arduino-kamera/
• https://mysku.ru/blog/aliexpress/46300.html