การเปิดรับแสงนานและการถ่ายภาพดาราศาสตร์โดยใช้ Raspberry Pi: 13 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

การถ่ายภาพดาราศาสตร์คือการถ่ายภาพวัตถุทางดาราศาสตร์ เหตุการณ์ท้องฟ้า และพื้นที่ท้องฟ้ายามค่ำคืน นอกเหนือจากการบันทึกรายละเอียดของดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์อื่นๆ แล้ว การถ่ายภาพทางดาราศาสตร์ยังมีความสามารถในการจับภาพวัตถุที่มองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ เช่น ดาวสลัว เนบิวลา และกาแล็กซี สิ่งนี้ทำให้เราทึ่งเพราะผลลัพธ์ที่ได้นั้นน่าทึ่งและสามารถทำได้ด้วยการถ่ายภาพแบบเปิดรับแสงนาน

เพื่อขยายความเก่งกาจของกล้องทั่วไป เราตัดสินใจออกแบบและสร้างโมดูลที่ขับเคลื่อนด้วย Raspberry Pi ที่สามารถเชื่อมต่อกับกล้อง DSLR ได้ ซึ่งช่วยให้ช่างภาพตั้งค่าตัวแปรบางอย่างไว้ล่วงหน้าได้ ซึ่งจะทำให้กระบวนการจับภาพเป็นไปโดยอัตโนมัติในระยะเวลานาน นอกเหนือจากภาพนิ่งการถ่ายภาพดาราศาสตร์แล้ว โมดูลนี้สามารถสร้างเส้นแสงดาวโดยใช้โปรแกรมในตัวและยังสร้างไทม์แล็ปส์ได้อีกด้วย

ทำตามเพื่อสร้างโมดูลของคุณเองและถ่ายภาพท้องฟ้ายามค่ำคืนที่น่าตื่นตาตื่นใจ ลงคะแนนในการประกวด Raspberry-Pi เพื่อสนับสนุนโครงการของเรา

ขั้นตอนที่ 1: ภาพรวมของโมดูล

โปรแกรมที่เราทำจัดการสามกระบวนการที่แตกต่างกัน:

ส่วนหน้าของแอปพลิเคชันหรือส่วนต่อประสานกราฟิกกับผู้ใช้ - นี่คือสิ่งที่ผู้ใช้จะใช้เพื่อโต้ตอบและควบคุมโมดูล

ควบคุมกล้อง - เป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรมที่ทำหน้าที่เปิดกล้องในเวลาที่ถูกต้องในระยะเวลาที่เหมาะสม

การประมวลผลภาพ - นี่คือส่วนของโปรแกรมที่รับผิดชอบในการรวมและรวมภาพที่ถ่ายเป็นภาพ star-trail ที่สวยงามหรือเป็นวิดีโอไทม์แลปส์

GUI จะรวบรวมพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ช่วงเวลาระหว่างรูปภาพและเวลาเปิดรับแสงของกล้องจากผู้ใช้ จากนั้นจะสั่งให้กล้องถ่ายภาพตามปัจจัยเหล่านี้ เมื่อภาพทั้งหมดถูกจับภาพแล้ว ขั้นตอนหลังการประมวลผลจะเกิดขึ้น และผลลัพธ์สุดท้ายจะถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำภายในของ raspberry pi เพื่อให้ผู้ใช้เข้าถึงผ่านระบบคลาวด์หรือในเครื่อง

ขั้นตอนที่ 2: วัสดุที่จำเป็น

ฮาร์ดแวร์สำหรับโครงการนี้ค่อนข้างตรงไปตรงมา รายการต่อไปนี้มีวัสดุทั้งหมดที่จำเป็น

อิเล็กทรอนิกส์และฮาร์ดแวร์:

• ราสเบอร์รี่ปี่
• จอแอลซีดีระบบสัมผัส
• สลักเกลียว M3 x 8
• M3 เม็ดมีดแบบอุ่น x 8
• กล้องที่มีอยู่ในรายการต่อไปนี้ (https://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php)
• Power Bank มาตรฐานสำหรับจ่ายไฟให้กับระบบในพื้นที่ที่ปลั๊กอาจไม่สามารถเข้าถึงได้ง่าย

การเขียนโปรแกรมและการกำหนดค่า raspberry pi จะต้องใช้อุปกรณ์ต่อพ่วงสองสามอย่าง:

• เมาส์และคีย์บอร์ด
• จอภาพ HDMI ภายนอก

ขั้นตอนที่ 3: ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ

เราพิมพ์เคส 3 มิติเพื่อยึดส่วนประกอบทั้งหมด และออกแบบแคลมป์เพื่อยึดโมดูลบนขาตั้งกล้องปกติ ชิ้นส่วนต่างๆ ใช้เวลาประมาณ 20 ชั่วโมงในการพิมพ์ และเราได้เชื่อมโยงไฟล์สำหรับไฟล์ STL ต่อไปนี้ด้านล่าง

• เคส Raspberry Pi x 1, 20% infill
• ครอบคลุม x 1, 20% เติม
• ขาตั้งกล้อง Mount x 1, 40% infill
• แคลมป์ขาตั้งกล้อง x 1, 40% infill

เมื่อชิ้นส่วนที่พิมพ์ออกมาพร้อมแล้ว ก็สามารถดึงส่วนรองรับออกมาได้อย่างระมัดระวัง

ขั้นตอนที่ 4: การฝังส่วนแทรกความร้อน

เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับรูยึดพลาสติก เราจึงฝังตัวระบายความร้อน การใช้หัวแร้งค่อยๆ ดันเม็ดมีดเข้าไปจนชิดกับพื้นผิวด้านบน ทำซ้ำขั้นตอนสำหรับรูยึดทั้งแปดรู โดยตรวจสอบให้แน่ใจว่าเกลียวของโบลต์เข้าที่อย่างง่ายดายและตั้งฉาก

ขั้นตอนที่ 5: ติดตั้ง Raspberry Pi และ Screen

การใช้สลักเกลียว M3 ยึดราสเบอร์รี่ pi ให้เข้าที่โดยใช้รูยึดที่สอดคล้องกัน จากนั้นเสียบจอแสดงผลโดยจัดตำแหน่งหมุดขั้วต่อ สุดท้าย วางฝาครอบไว้บนหน้าจอแล้วขันน็อตให้แน่น โมดูลนี้พร้อมสำหรับการอัปโหลดซอฟต์แวร์แล้ว

ขั้นตอนที่ 6: การต่อเข้ากับขาตั้งกล้อง

เพื่อให้โมดูลเข้าถึงกล้องได้ง่าย เราจึงตัดสินใจวางโมดูลไว้บนขาตั้งกล้อง เราออกแบบขายึดแบบกำหนดเองให้พอดีกับขาตั้งกล้องมาตรฐาน เพียงใช้สกรูสองตัวเพื่อยึดตัวยึดรอบขาของขาตั้งกล้อง ซึ่งช่วยให้สามารถติดตั้งและถอดโมดูลได้อย่างง่ายดาย

ขั้นตอนที่ 7: การตั้งค่าระบบปฏิบัติการของ Raspberry Pi

raspberry pi บนโมดูลนี้ใช้ระบบปฏิบัติการ Debian ที่เรียกว่า Raspbian ณ เวลาของ Instructable ระบบปฏิบัติการเวอร์ชันล่าสุดคือ Raspbian Buster ซึ่งเป็นสิ่งที่เราตัดสินใจใช้ ระบบปฏิบัติการสามารถดาวน์โหลดได้โดยใช้ลิงค์ต่อไปนี้ (ระบบปฏิบัติการ Raspbian Buster) อย่าลืมดาวน์โหลดตัวเลือกที่ระบุว่า "Raspbian Buster พร้อมเดสก์ท็อปและซอฟต์แวร์ที่แนะนำ" เพราะซอฟต์แวร์ที่แนะนำบางตัวจะมีประโยชน์สำหรับโครงการนี้ เมื่อดาวน์โหลดโฟลเดอร์ซิปแล้ว คุณจะต้องมีการ์ด micro SD ที่มีหน่วยความจำประมาณ 16 ถึง 32 GB

ในการแฟลชการ์ด SD ด้วยระบบปฏิบัติการ เราขอแนะนำให้ใช้ซอฟต์แวร์ Balena Etcher เนื่องจากใช้งานง่าย สามารถดาวน์โหลดได้จากลิงค์ต่อไปนี้ (Balena Etcher) เมื่อคุณเปิดซอฟต์แวร์ คุณจะได้รับคำแนะนำให้เลือกโฟลเดอร์ซิปที่คุณเพิ่งดาวน์โหลด จากนั้นเสียบการ์ด SD เข้ากับคอมพิวเตอร์ของคุณ และซอฟต์แวร์ควรตรวจพบโดยอัตโนมัติ สุดท้ายคลิกที่ไอคอนแฟลช กระบวนการควรใช้เวลา 2 ถึง 3 นาที เมื่อเสร็จแล้ว ให้ถอดการ์ดหน่วยความจำแล้วเสียบเข้ากับ Raspberry Pi ของคุณ

เชื่อมต่อ raspberry pi กับจอภาพภายนอกโดยใช้สาย HDMI และเชื่อมต่อเมาส์และคีย์บอร์ดผ่านพอร์ต USB สุดท้าย จ่ายไฟให้กับ pi โดยใช้พอร์ต micro-USB และอะแดปเตอร์ 5v และ pi ควรเริ่มกระบวนการบูท จากนั้น OS จะแนะนำคุณเกี่ยวกับการอัปเดตที่จำเป็นและการตั้งค่าอื่นๆ เช่น การเชื่อมต่อกับเครือข่ายไร้สายและการตั้งค่าวันที่และเวลา เพียงทำตาม เมื่อกระบวนการเสร็จสมบูรณ์ คุณได้ตั้งค่าระบบปฏิบัติการบน pi ของคุณ และตอนนี้คุณสามารถใช้มันเป็นคอมพิวเตอร์ทั่วไปได้

ขั้นตอนที่ 8: ไลบรารีและข้อกำหนดเพิ่มเติม

เพื่อให้แน่ใจว่าโปรแกรมทำงาน raspberry pi ต้องมีการติดตั้งไลบรารีและการพึ่งพาบางตัว นี่คือรายการทั้งหมด (หมายเหตุ: เราใช้ python3 สำหรับโครงการนี้ และเราขอแนะนำให้คุณทำเช่นเดียวกัน):

• Tkinter (สิ่งนี้มา inbuilt เมื่อคุณดาวน์โหลด python)
• PIL (สิ่งนี้มาพร้อมกับ python ที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้าด้วย)
• NS
• OpenCV
• gphoto2

ก่อนทำการติดตั้งแพ็คเกจใดๆ เราแนะนำให้อัปเดตระบบปฏิบัติการของ raspberry pi โดยใช้คำสั่ง sudo apt-get update ไลบรารี sh สามารถดาวน์โหลดและติดตั้งได้โดยเปิดเทอร์มินัลแล้วใช้คำสั่งต่อไปนี้:

sudo pip3 ติดตั้ง sh

ในการติดตั้งแพ็คเกจ gphoto2 เพียงใช้คำสั่งต่อไปนี้:

sudo apt-get ติดตั้ง gphoto2

การดาวน์โหลดและติดตั้งแพ็คเกจ OpenCV นั้นใช้เวลานานกว่าเล็กน้อย เราขอแนะนำให้ใช้ลิงก์ต่อไปนี้ ซึ่งจะแนะนำคุณตลอดขั้นตอนและให้คำสั่งทั้งหมดโดยละเอียด: https://www.pyimagesearch.com/2018/09/26/install-opencv-4-on-your-raspberry- ปี่/

ขั้นตอนที่ 9: ไดรเวอร์เพิ่มเติมสำหรับหน้าจอสัมผัสออนบอร์ด

หน้าจอสัมผัสออนบอร์ดต้องการการกำหนดค่าง่ายๆ เพื่อให้ทำงานได้ เพิ่มพลังให้กับ raspberry pi และเปิดเทอร์มินัลแล้วใช้คำสั่งต่อไปนี้:

• sudo rm -rf LCD-show
• โคลน git
• chmod -R 755 LCD-show
• cd LCD-แสดง/
• sudo./LCD35-show

เมื่อคุณป้อนคำสั่งสุดท้าย จอภาพภายนอกของคุณควรว่างเปล่า และ pi ควรบู๊ตและแสดงเดสก์ท็อปบนหน้าจอสัมผัสออนบอร์ด หากต้องการเปลี่ยนกลับเป็นจอภาพภายนอก ให้เปิดหน้าต่างเทอร์มินัลบนหน้าจอออนบอร์ดและใช้คำสั่งต่อไปนี้

• chmod -R 755 LCD-show
• cd LCD-แสดง/
• sudo./LCD-hdmi

ขั้นตอนที่ 10: เรียกใช้โปรแกรมโมดูลไทม์แลปส์

ขั้นแรกให้เชื่อมต่อ raspberry pi กับพาวเวอร์แบงค์ภายนอก โดยใช้พอร์ตจ่ายไฟ ในการรันโปรแกรม ให้ดาวน์โหลดและคลายซิปโฟลเดอร์ซิปที่แนบมาด้านล่าง คัดลอกโฟลเดอร์ทั้งหมดไปยังเดสก์ท็อปของ raspberry pi ในการรันโปรแกรมและ GUI ให้เปิดไฟล์ชื่อ UI.py และ GUI ควรปรากฏบนหน้าจอสัมผัสของ raspberry pi

ถัดไป เชื่อมต่อกล้องกับ raspberry pi โดยใช้สาย USB เก็บค่าเริ่มต้นไว้บน GUI และคลิกที่ปุ่มเริ่มต้น สิ่งนี้ควรทริกเกอร์กล้อง 5 ครั้งในช่วงเวลา 2 วินาที เมื่อเสร็จแล้ว คุณจะเห็นภาพที่กล้องถ่ายในโฟลเดอร์รูปภาพ

การแก้ไขปัญหา: ในกรณีที่กล้องไม่ทำงาน ตรวจสอบให้แน่ใจว่ารุ่นของกล้องของคุณมีอยู่ในรายการต่อไปนี้ https://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php หากกล้องของคุณอยู่ในรายการนี้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อนั้นปลอดภัยและเปิดกล้องแล้ว

ขั้นตอนที่ 11: การตั้งค่ากล้องที่แนะนำสำหรับการถ่ายภาพดาราศาสตร์

ต่อไปนี้คือการตั้งค่ากล้องบางส่วนที่เราแนะนำขณะถ่ายภาพดวงดาว

• กล้องของคุณควรอยู่ในโฟกัสแบบแมนนวลและตั้งค่าโฟกัสเป็นอินฟินิตี้
• ติดตั้งกล้องเข้ากับขาตั้งกล้อง
• การตั้งค่ากล้องควรอยู่ในโหมดแมนนวล
• ความเร็วชัตเตอร์: 15-30 วินาที
• รูรับแสง: ต่ำสุดสำหรับเลนส์ของคุณ f-2.8 คืออุดมคติ
• ISO: 1600-6400

นอกจากการตั้งค่ากล้องแล้ว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าท้องฟ้าปลอดโปร่ง ทางที่ดีควรอยู่ในชนบทให้ห่างจากแสงสีของเมืองทั้งหมดเพื่อผลลัพธ์ที่ดี

ขั้นตอนที่ 12: ทำความเข้าใจ GUI

GUI ประกอบด้วยค่าสามค่าที่ผู้ใช้สามารถปรับได้:

Exposure Time เป็นตัวกำหนดความเร็วชัตเตอร์ของกล้องของคุณ ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณกำลังถ่ายภาพดวงดาวบนท้องฟ้ายามค่ำคืน ขอแนะนำให้ใช้ความเร็วชัตเตอร์ 15 ถึง 30 วินาที ในกรณีเช่นนี้ ให้ตั้งค่านี้เป็น 30 วินาที หากเวลาในการเปิดรับแสงต่ำกว่า 1 วินาที คุณสามารถคงค่าไว้เป็น 0 ได้

Interval Time กำหนดระยะเวลาที่คุณต้องการระหว่างการถ่ายภาพสองครั้ง ในกรณีของไทม์แลปส์ เราขอแนะนำช่วงเวลาระหว่าง 1 ถึง 5 นาที

จำนวนการรับแสงกำหนดจำนวนภาพที่คุณต้องการถ่ายสำหรับไทม์แลปส์ วิดีโอมาตรฐานจะเล่นที่ 30 fps ซึ่งหมายความว่าหากคุณคลิก 30 ภาพ คุณจะได้วิดีโอหนึ่งวินาที จากข้อมูลนี้ ผู้ใช้สามารถกำหนดจำนวนรูปภาพที่ต้องการได้

UI มีอินเทอร์เฟซที่อธิบายตนเองได้ ปุ่มลูกศรใช้เพื่อเพิ่มหรือลดค่าและปุ่มเริ่มต้นเมื่อพารามิเตอร์เสร็จสิ้น สิ่งนี้จะกระตุ้นกล้องที่ควรเชื่อมต่อผ่านพอร์ต USB ของ pi ตัวใดตัวหนึ่งแล้ว รูปภาพจะถูกบันทึกไว้ในหน่วยความจำของ raspberry pi ซึ่งสามารถแก้ไขเพิ่มเติมได้

ขั้นตอนที่ 13: สู่ความไม่มีที่สิ้นสุด and

หลังจากใช้โมดูลนี้บ่อยครั้ง เราก็พอใจกับผลลัพธ์ที่ได้ ด้วยประสบการณ์เพียงเล็กน้อยในการถ่ายภาพดวงดาว คุณก็สามารถถ่ายภาพนิ่งที่สวยงามได้ เราหวังว่าโครงการนี้จะเป็นประโยชน์ หากคุณชอบโปรดสนับสนุนเราด้วยการลงคะแนน

มีความสุขในการทำ!

รองชนะเลิศการแข่งขัน Raspberry Pi 2020