Практическое руководство: real-time панорамирование/наклон для отслеживания лиц на Raspberry Pi

С небольшими вложениями времени и $25 в запчастях вы можете превратить Raspberry Pi в легкий real-time панорамирующий/наклоняющийся веб-камера, следующая за лицами. Комбинируя детекцию лиц OpenCV, два хоббийных сервопривода и драйвер servoblaster, Pi может держать камеру центрированной на объекте со скоростью выше одного движения в секунду.

Шаг 1: Приобретение оборудования

Что понадобится:

• Raspberry Pi — Model A или B подойдут; более новая Model A (или Pi Zero) полностью достаточна.
• Панорамирующий/наклоняющийся кронштейн (много бесплатных дизайнов на Thingiverse)
• Два хоббийных сервопривода (например, SG90 или MG995)
• GPIO-ленточный кабель
• Pi-совместимая веб-камера (я использовал Logitech C210)

Предполагая, что у вас уже есть Pi и веб-камера, дополнительные детали обойдутся примерно в $25.

Шаг 2: Подготовка Raspberry Pi

Используйте официальный Raspbian OS (hard‑float) и держите его обновленным. Разгон до 800 МГц может дать дополнительный CPU-запас для real-time детекции, но имейте в виду, что это может снизить стабильность.

Установите OpenCV для Python:

sudo apt-get install python-opencv

Скачайте и установите servoblaster, драйвер сервоприводов от Richard Hirst:

git clone https://github.com/richard-hirst/servoblaster.git
cd servoblaster
make install_autostart

Опционально: настройте таймаут, чтобы драйвер прекращал посылку импульсов после секунды бездействия. Добавьте эту строку в /etc/modules:

servoblaster idle_timeout=1000

Запустите драйвер:

sudo modprobe servoblaster

Настройка камеры: Благодаря Gmoto за инсайт, что настройка модуля uvcvideo исправляет проблемы с латентностью. Выполните эти команды один раз при загрузке или добавьте в /etc/modules:

rmmod uvcvideo
modprobe uvcvideo nodrop=1 timeout=5000 quirks=0x80

Шаг 3: Сборка рига

Следуйте инструкциям кронштейна, установите сервоприводы и прикрепите веб-камеру к верху кронштейна (скотч подойдет). Подключите камеру к USB-порту Pi; питание USB-хаб опционален, но может помочь, если камера потребляет больше тока.

Шаг 4: Подключение сервоприводов

Servoblaster отображает servo‑0 на GPIO 4 и servo‑1 на GPIO 17. Типичные провода сервопривода:

• Красный — +5 В
• Коричневый/Черный — GND
• Управление — сигнальная линия

Используйте ленточный кабель для подключения управляющих проводов к правильным GPIO-пинам. Код трактует servo‑0 как панорамирование (влево-вправо) и servo‑1 как наклон (вверх-вниз).

Питание сервоприводов: Малые хоббийные сервоприводы часто могут питаться прямо от 5 В GPIO Pi, но более крупные или требовательные модели могут требовать внешний источник 5–6 В. Подключите +5 В и GND сервоприводов к внешнему источнику, затем соедините внешний GND с GPIO-землей Pi.

Шаг 5: Запуск программы отслеживания

Скачайте предоставленный скрипт PiFace.py, поместите его на Pi и выполните:

cd /path/to/PiFace.py
python PiFace.py

OpenCV запускает детекцию лиц на разрешении 320×240, ища правый профиль, левый профиль и фронтальные лица. Сервоприводы корректируются со скоростью выше одного раза в секунду, удерживая камеру в центре обнаруженного лица.

Посмотрите демо-видео, ссылки на которые в оригинальной статье, для справки.