In diesem Projekt stelle ich eine Anwendung des Raspberry PI im Bereich Bilderfassung vor. Es gibt zu diesem Thema etliche Foren und Beiträge im Internet, doch eine direkt geeignete Lösung war nicht zu finden. Darum poste ich hier meine Lösung.

Als Aufgabenstellung  soll eine Platinen Bohrmaschine der Firma Lemmen von der optischen Version (Bohrlochzentrierung per Lupe) in eine opto-elektronische Version (Bohrlochzentrierung auf Bildschirm Monitor) kostengünstig umgebaut werden.

Die Bohrmaschine soll dahingehend modifiziert werden, dass die zur Sichtkontrolle verwendete Lupe mit sechsfacher Vergrößerung durch eine Kamera ersetzt wird. Das Kamerabild soll auf einem LCD Computermonitor dargestellt werden. Eine geeignete Kamera war schnell gefunden. Hier gibt es günstige Mikroskop Kameras, die eine variable Vergrößerung bis 200fach erreichen. Eine solche Kamera ist beispielsweise die DigiMicro Scale von „dnt“. Allerdings ist das eine USB-Kamera, die einen PC und eine geeignete Software benötigt, um ein Bild anzuzeigen. Und ein PC ist wiederum nicht unbedingt eine kostengünstige Lösung. Weiters käme auch eine CVBS Kamera (also eine analoge Videokamera) in Frage, die einfach an einen geeigneten Bildschirm (oder PC-Monitor mit Upscaler/Converter) geschaltet werden müsste. Aber das ist nicht zeitgemäß …

Weiters soll das Bild ja nicht nur das Bohrloch vergrößern, sondern auch noch die Vorzüge eines Zielvisieres, also eines Fadenkreuzes oder Kreisabsehens implementieren. Dafür bräuchte man im analogen Bereich wieder einen OSD- (OnScreenDisplay) Generator oder zumindest einen Edding, der das Kreuz gemalt auf dem Bildschirm darstellt 🙂

USB Mikroskop Kamera

Also die Varianten PC oder analoges Kamerasystem fallen durch. Aber es gibt ja noch den Raspberry PI, den kleinen Einplatinencomputer mit einem integrierten USB-Host und wunderbaren Grafikfähigkeiten.  Das Projekt wird also mit einem Raspberry PI 3 realisiert.

Als Betriebssystem kommt das Raspbian-Jessi zur Anwendung. Das Image kann hier heruntergeladen werden. Nach dem Entpacken der ZIP Datei und dem Beschreiben der MicroSD Karte mit dem Win32DiskImager, kann der Raspberry gebootet werden. Jetzt gibt es zwei Möglichkeiten an den Raspberry eine Kamera anzuschließen:

-mittels Flachbandkabel an den Kamera Port (hier kann nur die PI-Kamera angeschlossen werden)

-oder über den USB-Port jede USB2.0 Kamera.  

Voraussetzung hierbei ist, dass die Cam auch erkannt wird. Hier kann mit >lsusb in der Linux Konsole nachgesehen werden, ob die angeschlossene Cam auch in der Devicelist erscheint. Als einfaches Tool, um am Desktop das Kamerabild zu sehen, kann guvcview verwendet werden. Das würde jetzt auch schon genügen, wenn man nur das Bild sehen will. Unser Ziel ist jedoch, in das Kamerabild ein Overlay mit Fadenkreuz einzublenden.

Das lässt sich in Python mit der PI-Kamera und der der picamera Library wunderbar lösen. Die Library besitzt eine integrierte Overlayfunktion. Es geht aber auch mit der USB-Kamera. Hierfür müssen ein paar Module installiert werden. In der Linux Konsole sind folgende Zeilen einzugeben:  

zuerst einmal die üblichen Aktualisierungen:  

sudo apt-get update >sudo apt-get upgrade

dann installieren wir numpy

sudo apt-get install python-numpy
und danach das Bildverarbeitungstool schlechthin: OpenCV

sudo apt-get install python-opencv

Die Python-Version die ich hier verwende ist 2.7.9

Jetzt kann ein Python Skript erstellt werden, das die USB-Kamera initialisiert, und in einer Endlosschleife die Bilder an ein Desktopfenster übergibt. Mit den Bildbearbeitungsfunktionen in opencv lässt sich auch das Erstellen eines Fadenkreuzes realisieren. Auch das Fixieren des Ausgabefensters am Desktopbildschirm ist möglich. Siehe folgendes Skript:  

#usb camera mit osd für platinenbohrsystem
#version 1.0 03/2017 by bihlo

import numpy as np
import cv2

cam = cv2.VideoCapture(0)
cam.open(0)

cam.set(3,800)
cam.set(4,600)

while(True):

# bei jedem schleifendurchlauf wird ein frame genereriert

# frame von der camera holen
ret, frame = cam.read()

# fadenkreuz mit der funktion line zeichnen mit 2 pixeln linienbreite
cv2.line(frame,(0,300),(800,300),(255,0,0),2)
cv2.line(frame,(400,0),(400,600),(255,0,0),2)

# zwei kreise zeichnen
cv2.circle(frame,(400,300), 50, (255,0,0), 2)
cv2.circle(frame,(400,300), 100, (255,0,0), 2)

#text ins bild einblenden
font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
cv2.putText(frame,'Platinenbohrsystem V1.0',(10,50), font, 1,(255,255,255),2)

# ausgabe des frames in fenster/ beenden mit taste "q"
cv2.nameWindow('Platinenbohranlage CAM')
cv2.moveWindow('Platinenbohranlage CAM',0,0)
cv2.imshow('Platinenbohranlage CAM',frame)
if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
break

# nach beendigung das device freigeben und das fenster schlissen
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

Nach Starten des Scripts sollte am Bildschirm das Kamerabild und das Fadenkreuz zu sehen sein:

Will man, dass das Python Skript (in meinem Fall habe ich es „camtest9.py“ genannt) nach dem Hochfahren und Laden des Desktops automatisch gestartet wird, so kann man am einfachsten im LXSession Konfigurationsfenster einen Eintrag hinzufügen. Dazu ist  im Desktopmenu unter >Einstellungen >Default applications for LXSession anzuklicken.

Im LXSession Menü ist dann unter „Autostart“ der folgende Eintrag hinzuzufügen:

@python /(Pfad zum Python Skript)/camtest9.py

Jetzt muss nur mehr neu gestartet werden und das Skript sollte nach dem Start direkt ausgeführt werden. Die folgenden Bilder zeigen den umgebauten Variodrill…