Руководство по интеграции FLIR Lepton: железо, софт и настройка на Raspberry Pi

Введение

Примечание: Это руководство изначально написано для FLIR Lepton KIT‑13233, но FLIR Lepton 2.5 с радиометрией работает так же.

Когда наша команда начала тестировать длинноволновую инфракрасную (LWIR) камеру, мы сразу вдохновились перспективой «видеть невидимое». Будь то мониторинг удалённых джунглей или просто предотвращение обжига горячей кружкой, FLIR Lepton предлагает компактный, доступный вход в тепловизию.

FLIR Lepton — отличный модуль за свою цену, а breakout-плата и документация Pure Engineering делают интеграцию простой.

FLIR Radiometric Lepton Dev Kit

FLiR Dev Kit

Хотя настройка проста, есть несколько нюансов, стоит знать. Ниже мы делимся полученными инсайтами и даём пошаговое руководство.

Необходимые материалы

Для прохождения этого туториала понадобятся несколько аппаратных и программных компонентов. В зависимости от вашей текущей установки, вам может не понадобиться всё из перечисленного. Добавьте товары в корзину, изучите гайд и скорректируйте по необходимости.

Железо

Мы будем использовать пример кода для Raspberry Pi от Pure Engineering, фигурирующий в их продуктовых видео. Минимум вам понадобится:

• Raspberry Pi (любая модель на Raspbian)
• Модуль камеры FLIR Lepton (любая версия)
• Перемычки (F/F) — предпочтительно 20 AWG
• Монитор, клавиатура и блок питания для Pi
• Опционально: 7″ сенсорный экран или SmartiPi Touch для более интегрированного дисплея

Ниже предложенный список деталей. Не стесняйтесь пропускать то, что уже есть.

FLIR Lepton Hookup Guide Wishlist – SparkFun Wish List

Raspberry Pi LCD – 7″ Touchscreen

SmartiPi Touch

Multimedia Wireless Keyboard

Raspberry Pi 3 B+ Starter Kit

FLIR Radiometric Lepton Dev Kit

Совет: Для минимальной установки можно подключить Lepton напрямую к Pi твёрдыми проводами 22 AWG. Для более надёжного соединения рассмотрите пайку кастомного Raspberry Pi HAT.

Hook‑Up Wire – Assortment (Solid Core, 22 AWG)

Jumper Wires Premium 6″ F/F – 20 AWG (10 Pack)

SparkFun Snappable Protoboard

Raspberry Pi GPIO Tall Header – 2×20

Если вы покупаете PureThermal 2 – FLIR Lepton Smart I/O Board, обратите внимание: он не включает модуль камеры Lepton. Однако он предоставляет USB-контроль и сырые видеоданные, что идеально для использования камеры как USB-веб-камеры.

PureThermal 2 – FLIR Lepton Smart I/O Board

USB micro‑B Cable – 6 Foot

Для детальных инструкций по настройке Smart I/O board с вашим компьютером см. видео:

• Windows
• Mac OS
• Raspberry Pi

Софт

Пример кода тестировался на Raspberry Pi Model B, но запустится на любой модели Pi с установленным Raspbian.

RASPBIAN IMAGE

Кроме того, понадобятся инструменты разработки Qt и пример кода Pure Engineering. См. раздел Software ниже для пошаговых инструкций.

Теория

Электромагнитный спектр простирается от высокоэнергетических гамма-лучей до низкочастотных радиоволн. Большинство бытовых камер захватывают видимый свет (380–700 нм). Длинноволновые инфракрасные (LWIR) сенсоры, как Lepton, детектируют излучение в диапазоне 9–14 мкм — именно те длины волн, которые излучают объекты при комнатной температуре.

Электромагнитный спектр с выделенным видимым светом. Изображение courtesy of Wikimedia Commons.

Ядром Lepton является микроболометрическая матрица. Микроболометры меняют электрическое сопротивление в ответ на поглощённую инфракрасную энергию. Измеряя это сопротивление, сенсор вычисляет температуру поверхности и создаёт псевдоцветное изображение, кодирующее температурные данные.

Тепловизия находит применение в диагностике зданий, анализе охлаждения автомобилей, медицинской диагностике и системах ночного видения. В робототехнике тепловые камеры позволяют детектировать тепловые центроиды с использованием стандартных библиотек обработки изображений, таких как OpenCV — делая тепловизионных роботов реалистичным DIY-проектом.

Обзор железа

Ниже ключевые спецификации двух самых распространённых вариантов Lepton. Ячейки, подсвеченные синим, указывают на отличия между оригинальным Lepton и Lepton 2.5 с радиометрией.

	FLIR Lepton	FLIR Lepton v2.5 w/ Radiometry
Разрешение	80 × 60 px	80 × 60 px
Спектральный диапазон	8–14 мкм	8–14 мкм
Горизонтальное поле зрения	51°	50°
Тепловая чувствительность	<50 мК	<50 мК
Частота кадров	<9 Гц	<9 Гц
Интерфейс управления	I²C	I²C
Видеоинтерфейс	SPI	SPI
Время до изображения	<0,5 с	<1,2 с (≈0,5 с в реальных тестах)
Интегральный затвор	✓	✓
Радиометрия	14-битное значение пикселя	14-битное значение пикселя, Кельвины
Потребляемая мощность	≈150 мВт	≈150 мВт

Подключение железа

⚠️ Предупреждение: Хотя модуль Lepton устойчив к электростатическому разряду, это точное изделие. Обращайтесь с осторожностью и избегайте статически заряженных поверхностей.

Схема подключения

Подключите breakout-плату Lepton к GPIO-контактам Raspberry Pi по схеме ниже. Если нужно освежить память о распиновке GPIO, обратитесь к нашему уроку по GPIO Raspberry Pi. Убедитесь, что модуль Lepton надёжно вставлен в гнездо breakout-платы.

Типичные установки с макетной платой и сенсорным экраном проиллюстрированы на изображениях ниже.

Поздравляете — вы завершили аппаратную сборку. Далее настроим софт.

Софт

Начните с установки Raspbian на Raspberry Pi. После загрузки откройте терминал и включите SPI и I²C интерфейсы Pi через утилиту raspi-config:

sudo raspi-config

Перейдите в Advanced Options → SPI, затем повторите для I²C. После каждого выбора перезагрузите Pi для применения изменений.

Пример Pure Engineering — это Qt-приложение, поэтому установите инструменты разработки Qt:

sudo apt-get install qt4-dev-tools

Затем скачайте пример кода из GitHub-репозитория Pure Engineering. Можно клонировать репозиторий или скачать ZIP-архив и распаковать. Затем перейдите в директорию raspberrypi_video:

cd LeptonModule-master/raspberrypi_video

Сначала скомпилируйте Lepton SDK:

cd ../software/raspberrypi_libs/LeptonSDKEmb32PUB
make

Вернитесь в raspberrypi_video и соберите приложение:

qmake && make

После завершения сборки запустите приложение:

./LeptonVideo

Теперь вы должны видеть живую тепловизионную ленту с вашей камеры Lepton. Отсюда можно экспериментировать с OpenCV, логированием данных или интеграцией камеры в робототехнический проект.

Дополнительные ресурсы

• Документация Pure Engineering Lepton SDK
• Учебник по обработке тепловых изображений в OpenCV

Спасибо за прохождение руководства по подключению FLIR Lepton. Удачной визуализации!