光摄影机器人开源

描述

你知道你可以用长曝光相机制作光绘吗？光绘是一种摄影技术，其中通过移动手持光源同时拍摄长时间曝光照片进行曝光。

这是完成的漫游车的照片。

构建机箱

为了创建光摄影，我们将使用这个可编程的 8x8 LED 矩阵。我们之前在LED Hat项目中使用过灵活版本。社区中的大多数人通常使用 Arduino 来控制这些矩阵，但我们决定使用 Raspberry Pi，以便我们可以为软件存储更多图像数据并轻松从 Internet 下载新图像。

机器人底盘由几个不同的 3D 打印部件组成。不幸的是，零件的数量（以及这些零件的公差）太高了，所以我们决定不制定 MDF 版本的计划。如果您想自己制作并且没有 3D 打印机，您通常可以在公共图书馆/学校找到一台或使用在线3D 打印服务。

底盘有一个主底座，我们可以在其中连接所有零件和支架。从底座开始，我们在后面插入了一个小型便携式手机电池，并用一些 2.5 毫米的螺栓和螺母将我们的 Raspberry Pi 连接到前面。顶部连接了一个小支架，以便我们可以在需要时轻松移除 Raspberry Pi。

车轮由 2 个 NEMA 17 200 rev 步进电机驱动。使用了步进电机，以便我们可以做出精确的动作来绘制光绘图像。我们在这个项目中使用了两个步进电机分线板，而不是我们用于自动气枪炮塔的步进电机 HAT，因为我们发现它们在并行移动两个电机时抖动较小。两块板都用一个小的 3D 打印夹子和一些 2.5 毫米的螺栓连接到火星车的前部。

四个母跳线延长线焊接到每个步进电机。在另外两个支架的帮助下，它们安装在底盘下方。一些 3 毫米螺钉用于连接电机。由于我们的螺钉稍长，我们在螺钉头下方添加了几个机器人作为垫片。电线在 Raspberry Pi 下方布线并直接连接到分线板上。可以在此处找到这些分线板的接线指南。

为了让步进电机与我们的电池一起工作，我们需要使用升压适配器将电压从 5v 放大到 12v。将两根电线焊接到放大器的接地/热销上，然后连接到步进电机分线板上。

接下来我们安装了 3D 打印的轮子。每个轮子都连接到步进电机的轴上，并用一个小的 3mm 固定螺钉固定到位。在喷漆过程中，将几条小橡皮筋固定在车轮上以增加抓地力。

升压适配器和 Raspberry Pi 已插入 5v 电池。我们将 LED 矩阵与 3D 打印支架连接，并将信号线插入 Raspberry Pi 上的引脚 18。使用烙铁将小型 USB 电缆连接到 LED 矩阵上的 +/- 端子。这个 USB 也插入了 5v 电池。

运行代码

确保安装以下依赖项：

Pillow
RPi.GPIO
numpy

我们还使用了一个自定义的 Raspberry Pi Neopixel 库，在这里可以找到：https ://github.com/jgarff/rpi_ws281x

按照 Raspberry Pi 安装说明进行操作。

在 light_rover.py 的底部，我们为所有组件配置了引脚。确保这些引脚正确。

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

绘图向量

矢量图像用于表示计算机图形中的图像。它们由具有大小和角度的几条线组成。您可以通过对代码进行一些修改来让您的轻型机器人绘制矢量图形。

确保以下部分在末尾被注释掉light_rover.py:

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

取消注释以下行：

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

从vector_drawings.py 文件中选择一个向量并在函数中更改该值paint_vector 。

要运行，请确保您在项目目录中并执行：

sudo python light_rover.py

绘图图像

您还可以使用 LED 矩阵逐像素绘制图像。小图像（~100px x 100px）通常效果最好。确保以下部分在末尾被注释掉light_rover.py:

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

取消注释以下行：

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

要运行，请确保您在项目目录中并执行：

sudo python light_rover.py images/sb.png

它是如何工作的？

连接到漫游车车轮上的两个步进电机可以进行微调转弯，在相机快门打开时将漫游车移动到指定的路径上。矢量图像是通过将漫游车发送任意距离，然后转动任意角度以排队等待下一次运动来创建的。使用这种技术，我们能够绘制几个不同的直线图像。

如果要创建自己的矢量绘图，请在以下位置添加一个新的矢量数组：

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 采用以下参数：

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
       """

图像的绘制方式略有不同。我们没有将流动站移动到一系列矢量上，而是分割出图像的 8x8 部分，并在流动站从图像的右上角逐行移动到左下角时，在 LED 矩阵上闪烁这些像素。每次闪光后，流动站的移动刚好足以排列图像中的下一组像素。

通常，小于 120x120 像素的图像最适合光绘。我们的程序会自动为您分割图像。

拍照

要拍照，请确保将相机放置在足够高的位置以捕捉整个图像。关闭所有灯并确保您的相机处于灯泡定时器模式。

在某些相机上，您必须按住快门按钮才能捕捉图像，但如果可以的话，最好设置一个自动定时器。

我们的相机在低 ISO 设置下使用 5 分钟曝光，镜头光圈降至 f/10。我们发现这样可以产生最好的光绘图像，而不会让房间中的一些环境光泄漏。

测试一下！

现在您已经构建了您的漫游车，继续尝试吧！如果您制作了任何有趣的新图片，请务必将它们发布在这里，以便我们查看。