التعرض الطويل والتصوير الفلكي باستخدام Raspberry Pi: 13 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

التصوير الفلكي هو تصوير الأجرام الفلكية والأحداث السماوية ومناطق السماء ليلاً. بصرف النظر عن تسجيل تفاصيل القمر والشمس والكواكب الأخرى ، فإن التصوير الفلكي لديه القدرة على التقاط الأشياء غير المرئية للعين البشرية مثل النجوم الخافتة والسدم والمجرات. لقد أذهلنا هذا لأن النتائج التي تم الحصول عليها مذهلة ويمكن تحقيقها من خلال لقطات التعرض الطويلة.

لتوسيع تعدد استخدامات الكاميرا العادية ، قررنا تصميم وبناء وحدة تعمل بالطاقة raspberry pi يمكنها الاتصال بكاميرا DSLR. يسمح هذا للمصور بإعداد متغيرات معينة مسبقًا وبالتالي أتمتة عملية الالتقاط على فترات طويلة. بخلاف الصور الثابتة للتصوير الفلكي ، يمكن لهذه الوحدة إنشاء مسارات نجمية باستخدام مساعدة برنامج يحمل في ثناياه عوامل ويمكنها أيضًا إنشاء فترات زمنية.

تابع لبناء الوحدة الخاصة بك والتقاط صور مذهلة للسماء الليلية. قم بإسقاط تصويت في مسابقة Raspberry-Pi لدعم مشروعنا.

الخطوة 1: نظرة عامة على الوحدة

يتعامل البرنامج الذي صنعناه مع ثلاث عمليات متميزة:

الواجهة الأمامية للتطبيق ، أو واجهة المستخدم الرسومية - هذا ما سيستخدمه المستخدم للتفاعل والتحكم في الوحدة

التحكم في الكاميرا - هذا هو جزء البرنامج المسؤول عن تشغيل الكاميرا في الوقت الصحيح للمقدار المناسب من الوقت

معالجة الصور - هذا هو قسم البرنامج المسؤول عن دمج ودمج الصور الملتقطة في صورة مسار نجمي جميلة أو في فيديو بفاصل زمني

تجمع واجهة المستخدم الرسومية المعلمات مثل الفاصل الزمني بين الصور ووقت التعرض للكاميرا من المستخدم. ثم يوجه الكاميرا لالتقاط الصور بناءً على هذه العوامل. بمجرد التقاط جميع الصور ، تتم المعالجة اللاحقة. ويتم تخزين النتيجة النهائية على ذاكرة raspberry Pi الداخلية ليتمكن المستخدم من الوصول إليها عبر السحابة أو محليًا.

الخطوة الثانية: المواد المطلوبة

الأجهزة الخاصة بهذا المشروع واضحة ومباشرة ، وتحتوي القائمة التالية على جميع المواد اللازمة.

الإلكترونيات والأجهزة:

• فطيرة التوت
• شاشة تعمل باللمس LCD
• براغي M3 × 8
• M3 إدخالات ساخنة × 8
• كاميرا موجودة في القائمة التالية (https://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php)
• بنك طاقة قياسي لتشغيل النظام في المناطق التي قد يتعذر فيها الوصول إلى القابس

ستتطلب برمجة وتكوين raspberry pi بعض الأجهزة الطرفية:

• فأرة ولوحة مفاتيح
• شاشة HDMI خارجية

الخطوة 3: أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد

قمنا بطباعة علبة ثلاثية الأبعاد لحمل جميع المكونات وصممنا مشبكًا لتركيب الوحدة على حامل ثلاثي القوائم عادي. تستغرق الأجزاء حوالي 20 ساعة من وقت الطباعة وقد قمنا بربط ملف لملفات STL التالية أدناه.

• حافظة Raspberry Pi x 1 ، حشو 20٪
• غطاء × 1 ، حشو 20٪
• حامل ثلاثي القوائم × 1 ، حشو 40٪
• مشبك ثلاثي القوائم × 1 ، حشو 40٪

بمجرد أن تصبح الأجزاء المطبوعة جاهزة ، يمكن للفرد إخراج الدعامات بعناية.

الخطوة 4: تضمين إدخالات الحرارة

لتقوية فتحات التثبيت البلاستيكية ، قمنا بتضمين إدخالات الحرارة. باستخدام مكواة لحام ، ادفع الحشوات برفق حتى تتدفق مع السطح العلوي. كرر العملية مع فتحات التثبيت الثمانية مع التأكد من أن خيوط البرغي سهلة ومتعامدة.

الخطوة 5: تركيب Raspberry Pi والشاشة

باستخدام مسامير M3 ، قم بتأمين التوت في مكانه باستخدام فتحات التثبيت المقابلة. ثم قم بتوصيل الشاشة عن طريق محاذاة دبابيس الموصل. أخيرًا ، ضع الغطاء فوق الشاشة واربط البراغي. الوحدة جاهزة الآن لتحميل البرنامج.

الخطوة 6: التوصيل بالحامل ثلاثي القوائم

لجعل الوحدة في متناول الكاميرا بسهولة ، قررنا وضعها على الحامل ثلاثي القوائم. لقد قمنا بتصميم كتيفة تركيب مخصصة تناسب حامل ثلاثي القوائم قياسي. ما عليك سوى استخدام اثنين من البراغي لتثبيت الحامل حول أحد أرجل الحامل ثلاثي القوائم. هذا يسمح للمرء بإرفاق الوحدة وإزالتها بسهولة.

الخطوة 7: إعداد نظام تشغيل Raspberry Pi

يقوم raspberry pi على الوحدة بتشغيل نظام تشغيل قائم على دبيان يسمى Raspbian. اعتبارًا من وقت Instructable ، أحدث إصدار من نظام التشغيل هو Raspbian Buster ، وهو ما قررنا استخدامه. يمكن تنزيل نظام التشغيل باستخدام الرابط التالي. (Raspbian Buster OS) تأكد من تنزيل الخيار الذي يقول "Raspbian Buster مع سطح المكتب والبرامج الموصى بها" لأن بعض البرامج الموصى بها ستكون مفيدة لهذا المشروع. بمجرد تنزيل المجلد المضغوط ، ستحتاج إلى بطاقة micro SD بذاكرة تتراوح من 16 إلى 32 جيجابايت.

لفلاش بطاقة SD بنظام التشغيل ، نوصي باستخدام برنامج Balena Etcher ، لأنه سهل الاستخدام. يمكن تنزيله من الرابط التالي. (Balena Etcher) بمجرد فتح البرنامج ، سيُطلب منك تحديد المجلد المضغوط الذي قمت بتنزيله للتو ، ثم قم بتوصيل بطاقة SD بجهاز الكمبيوتر الخاص بك ، ويجب أن يكتشف البرنامج تلقائيًا ، وأخيراً انقر فوق رمز الفلاش. يجب أن تستغرق العملية من 2 إلى 3 دقائق. بمجرد الانتهاء ، افصل بطاقة الذاكرة وقم بتوصيلها في raspberry pi.

قم بتوصيل raspberry pi بشاشة خارجية باستخدام كابل HDMI ، وقم بتوصيل الماوس ولوحة المفاتيح عبر منافذ USB. أخيرًا ، قم بتشغيل pi باستخدام منفذ micro-USB ومحول 5 فولت ، ويجب أن يبدأ pi عملية التمهيد. سيرشدك نظام التشغيل بعد ذلك إلى التحديثات الضرورية والإعدادات المختلفة الأخرى ، مثل الاتصال بشبكة لاسلكية وإعداد التاريخ والوقت ، ما عليك سوى المتابعة. بمجرد اكتمال العملية ، تكون قد قمت بإعداد نظام التشغيل على جهاز الكمبيوتر الخاص بك ويمكنك الآن استخدامه كجهاز كمبيوتر عادي.

الخطوة 8: مكتبات ومتطلبات إضافية

للتأكد من تشغيل البرنامج ، يتطلب raspberry pi تثبيت بعض المكتبات والتبعيات. فيما يلي قائمة بها جميعًا (ملاحظة: استخدمنا python3 لهذا المشروع وننصحك بفعل الشيء نفسه):

• Tkinter (يأتي هذا في ثناياه عوامل عند تنزيل Python)
• PIL (يأتي هذا أيضًا مثبتًا مسبقًا مع python)
• ش
• OpenCV
• gphoto2

قبل تثبيت أي حزم ، نوصي بتحديث نظام التشغيل raspberry Pi باستخدام الأمر sudo apt-get update. يمكن تنزيل مكتبة sh وتثبيتها عن طريق فتح Terminal واستخدام الأمر التالي:

sudo pip3 تثبيت sh

لتثبيت حزمة gphoto2 ، ما عليك سوى استخدام الأمر التالي:

sudo apt-get install gphoto2

يعد تنزيل حزمة OpenCV وتثبيتها عملية أطول قليلاً. نوصي باستخدام الرابط التالي ، الذي يرشدك عبر الخطوات ويوفر جميع الأوامر بتفصيل كبير: https://www.pyimagesearch.com/2018/09/26/install-opencv-4-on-your-raspberry- بي /

الخطوة 9: برامج تشغيل إضافية لشاشة اللمس على اللوحة

تتطلب شاشة اللمس المدمجة بعض التهيئة البسيطة حتى تعمل. قم بتشغيل raspberry pi وافتح محطة واستخدم الأوامر التالية:

• sudo rm -rf شاشات الكريستال السائل
• استنساخ بوابة
• chmod -R 755 LCD-show
• شاشة عرض سي دي إل سي دي /
• sudo./LCD35-show

بمجرد إدخال الأمر الأخير ، يجب أن تصبح الشاشة الخارجية فارغة ويجب أن يتم تشغيل pi ويعرض سطح المكتب على شاشة اللمس الموجودة على اللوحة. للعودة إلى الشاشة الخارجية ، افتح نافذة طرفية على الشاشة الموجودة على اللوحة واستخدم الأوامر التالية.

• chmod -R 755 LCD-show
• شاشة عرض سي دي إل سي دي /
• sudo./LCD-hdmi

الخطوة 10: تشغيل برنامج Timelapse Module

قم أولاً بتوصيل raspberry pi ببنك طاقة خارجي باستخدام منفذ الطاقة. لتشغيل البرنامج ، قم بتنزيل وفك ضغط المجلد المضغوط المرفق أدناه. انسخ المجلد بأكمله على سطح مكتب raspberry Pi. لتشغيل البرنامج وواجهة المستخدم الرسومية ، افتح الملف المسمى UI.py وستظهر واجهة المستخدم الرسومية على شاشة raspberry Pi التي تعمل باللمس.

بعد ذلك ، قم بتوصيل الكاميرا بـ raspberry pi باستخدام كابل USB. احتفظ بالقيم الافتراضية على واجهة المستخدم الرسومية وانقر على زر البدء. يجب أن يؤدي هذا إلى تشغيل الكاميرا 5 مرات على فترات من ثانيتين. بمجرد الانتهاء ، يمكنك رؤية الصور التي التقطتها الكاميرا في مجلد الصور.

استكشاف الأخطاء وإصلاحها: في حالة عدم تشغيل الكاميرا ، تأكد من وجود طراز الكاميرا في القائمة التالية. https://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php إذا كانت الكاميرا الخاصة بك في هذه القائمة ، فتأكد من أن الاتصالات آمنة وتشغيل الكاميرا.

الخطوة 11: إعدادات الكاميرا الموصى بها لـ Astro-Photography

فيما يلي بعض إعدادات الكاميرا التي نوصي بها أثناء التصوير الفوتوغرافي للنجوم.

• يجب أن تكون الكاميرا في وضع التركيز اليدوي وتعيين التركيز على ما لا نهاية
• قم بتركيب الكاميرا على حامل ثلاثي الأرجل
• يجب أن تكون إعدادات الكاميرا في الوضع اليدوي
• سرعة الغالق: 15-30 ثانية
• الفتحة: أدنى مستوى ممكن لعدستك ، f-2.8 مثالية
• ISO: 1600-6400

بصرف النظر عن إعدادات الكاميرا ، تأكد من وجود سماء صافية. من الناحية المثالية ، يجب أن يكون المرء أيضًا في الريف بعيدًا عن جميع أضواء المدينة للحصول على نتائج مثالية.

الخطوة 12: فهم واجهة المستخدم الرسومية

تحتوي واجهة المستخدم الرسومية على ثلاث قيم يمكن للمستخدم تعديلها:

يحدد وقت التعرض سرعة مصراع الكاميرا. على سبيل المثال ، عندما تقوم بتصوير النجوم في سماء الليل ، يوصى باستخدام سرعة غالق من 15 إلى 30 ثانية ، وفي مثل هذه الحالات ، قم بتعيين هذه القيمة على 30 ثانية. إذا كان وقت التعرض أقل من ثانية واحدة ، فيمكنك الاحتفاظ بالقيمة على أنها 0

يحدد Interval Time مقدار الوقت الذي تريده بين تعريضين. في حالة الفواصل الزمنية ، نوصي بفاصل زمني لشيء ما بين 1 إلى 5 دقائق

يحدد عدد التعريضات عدد الصور التي ترغب في التقاطها لتصوير الفاصل الزمني. يتم تشغيل مقاطع الفيديو القياسية بمعدل 30 إطارًا في الثانية ، مما يعني أنه إذا نقرت على 30 صورة ، فستحصل على ثانية واحدة من الفيديو. بناءً على ذلك ، يمكن للمستخدم تحديد عدد الصور المطلوبة

تتميز واجهة المستخدم بواجهة تشرح نفسها بنفسها. تُستخدم أزرار الأسهم لزيادة أو إنقاص القيم وزر البدء عند الانتهاء من المعلمات. يؤدي هذا إلى تشغيل الكاميرا التي كان من المفترض أن تكون متصلة بالفعل عبر أحد منافذ USB في باي. ثم يتم حفظ الصور على ذاكرة raspberry Pi حيث يمكن إجراء المزيد من التعديلات.

الخطوة 13: إلى Infinity and Beyond

بعد استخدام هذه الوحدة بشكل متكرر ، نحن سعداء بالنتائج التي تم الحصول عليها. مع قليل من الخبرة في التصوير الفوتوغرافي الفلكي ، يمكن للمرء التقاط صور ثابتة جميلة. نأمل أن يكون هذا المشروع مفيدًا ، إذا كنت تحب ذلك ، فقم بدعمنا بإسقاط التصويت.

صنع سعيد!

الوصيف في مسابقة Raspberry Pi لعام 2020