Для сборки собственного тепловизионного прибора ночного видения понадобится:
1) Плата с микроконтроллером. Я взял плату от китайских товарищей с микроконтроллером STM32F407VGT6. Хороший такой контроллер: 168 МГц частота и 192 КБ ОЗУ.
2) Дисплей. Я взял дисплей с разрешением 320x240. Такие дисплеи бывают с различными контроллерами. Мне достался с контроллером hx8347d.
3) Плата для подключения лептона 3 по SPI и I2C.
4) Сам лептон 3. Самый труднодоставаемый и дорогой элемент. Чтобы его получить, я купил неисправный тепловизор Flir One Gen 2 на ebay и вынул лептон из него. Выглядит в увеличении он вот так:
Из данного списка можно исключить пункт 3, если, конечно, вам удастся взять из неисправного тепловизора кроватку под лептон и вы сможете её распаять (а контакты у неё, к слову, будут снизу). К сожалению, расстояние между ножками у лептона достаточно маленькое, поэтому мне этот вариант не покорился.
Чтобы всё это собрать, потребуется просто спаять всё это следующим образом:
Также надо подключить питание. Для питания платы лептона я использую 5 В, для платы STM32 3.3 В. Для получения 5 В от батареи я использую преобразователь TEL3-0511 (входное напряжение от 4.5 до 9 В), а уже эти 5 В понижаю на обычном LP2950CZ-3.3 (кстати, греется до 70 градусов. Тут бы тоже нужно применить DC/DC конвертер, но я его ещё не купил). Кушает лептон 3, между прочим, хорошо. При питании от 6 В ток потребления всем устройством составляет около 250 мА. Когда же лептону захочется щёлкнуть шторкой для калибровки, ток возрастает до 500 мА.
Всё вместе собранное выглядит вот так:
Для работы с лептоном потребуется программа. Я использовал CubeMX и Keil 5. В этом случае вся программная обвязка упрощается до невозможности.
Связь с лептоном осуществляется по SPI. I2C я ещё не использовал, так как особой надобности в нём не было. По I2C можно управлять состоянием лептона, его режимами работы, включать/отключать режим автоматической калибровки и так далее. Но для прибора ночного видения это не особо нужно.
Для расшифровки данных я написал модуль:
#ifndef LEPTON_CONTROL_H
#define LEPTON_CONTROL_H
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
//исходные размеры изображения (не перевёрнутое)
#define LEPTON_ORIGINAL_IMAGE_WIDTH 160
#define LEPTON_ORIGINAL_IMAGE_HEIGHT 120
//высота кадра VoSPI
#define VOSPI_FRAME_HEIGHT 60
//ширина кадра VoSPI
#define VOSPI_FRAME_WIDTH 80
//размер пакета VoSPI а байтах (164 для RAW14 и 244 для RGB)
#define VOSPI_PACKAGE_SIZE 164
//размер строки пакета VoSPI в байтах
#define VOSPI_PACKAGE_LINE_SIZE 160
//размер сегмента VOSPI в байтах
#define VOSPI_SEGMENT_LINE_AMOUNT 60
void LEPTONCONTROL_Init(void);//инициализация
void LEPTONCONTROL_CalculateCRC(unsigned short *crc,unsigned char byte);//вычислить crc
bool LEPTONCONTROL_PushVoSPI(unsigned char data[VOSPI_PACKAGE_SIZE],bool *first_line);//подать данные одного пакета VoSPI на вход модуля
unsigned short *LEPTONCONTROL_GetRAW14Ptr(void);//получить указатель на данные собранного изображения
#endif
leptoncontrol.c
#include "leptoncontrol.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"
static unsigned short RAW14Image[LEPTON_ORIGINAL_IMAGE_HEIGHT*LEPTON_ORIGINAL_IMAGE_WIDTH];//собираемое изображение
static unsigned short CRCTable[256];//таблица для расчета CRC16
//время для ресинхронизации в мс
#define RESYNC_TIMEOUT_MS 19
//код: нет сегмента
#define NO_SEGMENT -1
//код: ошибка пакета
#define ERROR_PACKAGE -2
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
//инициализация
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
void LEPTONCONTROL_Init(void)
{
//инициалдизируем таблицу для вычисления CRC
unsigned short code;
for(long n=0;n<256;n++)
{
code=((unsigned short)n)<<8;
for(unsigned char m=0;m<8;m++)
{
if(code&(1<<15)) code=(code<<1)^0x1021;
else code=code<<1;
}
CRCTable[n]=code;
}
}
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
//вычислить crc
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
void LEPTONCONTROL_CalculateCRC(unsigned short *crc,unsigned char byte)
{
*crc=CRCTable[(((*crc)>>8)^byte++)&0xFF]^((*crc)<<8);
}
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
long LEPTONCONTROL_ReadSegment(unsigned short *raw14_ptr,unsigned char data[VOSPI_PACKAGE_SIZE],bool *first_line)
{
static long current_package=-1;
static long segment=-1;
long n;
*first_line=false;
if ((data[0]&0x0F)==0x0F) return(NO_SEGMENT);//отбрасываемый пакет
unsigned short crc=data[2];
crc<<=8;
crc|=data[3];
//считаем CRC
unsigned short crc16=0;
LEPTONCONTROL_CalculateCRC(&crc16,data[0]&0x0F);
LEPTONCONTROL_CalculateCRC(&crc16,data[1]);
LEPTONCONTROL_CalculateCRC(&crc16,0);
LEPTONCONTROL_CalculateCRC(&crc16,0);
for(n=4;n<VOSPI_PACKAGE_SIZE;n++) LEPTONCONTROL_CalculateCRC(&crc16,data[n]);
if (crc16!=crc) return(ERROR_PACKAGE);//ошибка CRC
//определяем номер пакета
unsigned short package=data[0]&0x0F;
package<<=8;
package|=data[1];
if (package==0)
{
*first_line=true;
current_package=0;
}
if (package==20)
{
unsigned char ttt=(data[0]&0x70)>>4;//номер кадра бывает только в 20 пакете
segment=ttt;
}
if (current_package<0) return(NO_SEGMENT);
if (current_package!=package)
{
current_package=-1;
return(ERROR_PACKAGE);
}
unsigned short *raw_ptr=raw14_ptr+current_package*VOSPI_PACKAGE_LINE_SIZE/2;
for(n=0;n<VOSPI_PACKAGE_LINE_SIZE/2;n++,raw_ptr++)
{
//байты заданы в порядке big-endian: старший, младший
unsigned short value=data[n*sizeof(short)+4];
value<<=8;
value|=data[n*sizeof(short)+5];
*raw_ptr=value;
}
current_package++;
if (current_package!=VOSPI_FRAME_HEIGHT) return(NO_SEGMENT);
current_package=-1;
return(segment);
}
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
//подать данные одного пакета VoSPI на вход модуля
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
bool LEPTONCONTROL_PushVoSPI(unsigned char data[VOSPI_PACKAGE_SIZE],bool *first_line)
{
*first_line=false;
static long waitable_segment=1;
long segment=LEPTONCONTROL_ReadSegment(RAW14Image+(waitable_segment-1)*VOSPI_FRAME_WIDTH*VOSPI_SEGMENT_LINE_AMOUNT,data,first_line);
if (segment==ERROR_PACKAGE) HAL_Delay(RESYNC_TIMEOUT_MS);
if (segment==ERROR_PACKAGE || segment==0) waitable_segment=1;
if (segment==ERROR_PACKAGE || segment==NO_SEGMENT || segment==0) return(false);
if (segment!=waitable_segment)
{
waitable_segment=1;
if (segment!=1) return(false);
}
waitable_segment++;
if (waitable_segment!=5) return(false);
waitable_segment=1;
return(true);
}
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
//получить указатель на данные собранного изображения
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
unsigned short *LEPTONCONTROL_GetRAW14Ptr(void)
{
return(RAW14Image);
}
Вся работа с этим модулем заключается в простой подаче данных, полученных по SPI.
while(1)
{
//ищем начало кадра
while(1)
{
HAL_SPI_Receive(&hspi1,buffer,VOSPI_PACKAGE_SIZE,0x1000);
bool first_line=false;
unsigned char *buffer_ptr=buffer;
LEPTONCONTROL_PushVoSPI(buffer_ptr,&first_line);
if (first_line==true) break;
}
//читаем остаток пакета от lepton3
unsigned char *buffer_ptr=buffer;
HAL_SPI_Receive(&hspi1,buffer_ptr,VOSPI_PACKAGE_SIZE*SPI_READ_VOSPI_AMOUNT,0x1000);
buffer_ptr=buffer;
for(long n=0;n<SPI_READ_VOSPI_AMOUNT;n++,buffer_ptr+=VOSPI_PACKAGE_SIZE)
{
bool first_line=false;
bool res=LEPTONCONTROL_PushVoSPI(buffer_ptr,&first_line);
if (res==true) CreateImage();//расшифровываем данные и рисуем изображение
}
}
После сборки кадра, показания датчика просто нормируются, приводятся к диапазону [0..255] и отображаются на дисплее в виде градаций серого. Впрочем, ничто не мешает использовать и любую палитру для раскраски изображения.
Для вывода изображения на дисплей я использую встроенный в этот контроллер модуль FSMC в режиме шины данных 8 бит.
Полностью программу можно скачать тут.
Видео работы (к сожалению, снимал на старый фотоаппарат с соответствующим качеством- видеокамеры у меня сейчас при себе нет).
P.S. Между прочим, можно подключить приставку-тепловизор Flir One Gen 2 к отладочной плате STM32F407Discovery прямо по USB. Однако, соединение получается нестабильное — тепловизор часто теряется.
Программа для такого подключение вот тут. Может быть, кто-нибудь поймёт, в чём там дело и как сделать соединение устойчивым.
Так же данный модуль лептон 3 легко и просто подключается к Raspberry Pi.
В данном случае мне пришлось доработать программу из репозитория, сделав свою версию, работающую с лептоном 3.
Комментариев нет:
Отправить комментарий