閑置樹莓派：種朵花然後做延時攝影吧

2022 年 5 月 16 日
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閑置樹莓派：種朵花然後做延時攝影吧

家裡的樹莓派閑置一段時間了，一直不知道做什麼。最近春天到了，看著小樹苗慢慢長大的樣子，真的很想記錄下來，所以就動手啦！

準備工作

首先請出主角：一個閑置的樹莓派、攝影機，當然還有花種、花盆。

考慮到樹莓派需要長期開機，最好有一個散熱風扇，某寶有很多這樣的：

攝影機我就用了非常普通的pi camera V2.1，幾十塊錢就可以買到：（圖片來自網路）

搭一個支架，調整焦距

之後需要想辦法把攝影機固定在一個合適的位置。pi Camera 周圍有固定用的小圓孔，加上一個手機支架基本可以固定起來。淘寶上也有賣的，但是不建議買（因為真的沒啥用）。保證攝像角度清楚、穩定是最重要的。我的長這樣：

之後需要調整相機的焦距。Pi camera 是定焦攝影機，理論上來講是不能調焦的，好在這個鏡頭在製作的時候是螺旋擰上去的，這就給了我們操作的空間。

拿一個鑷子對鏡頭上的十字部分旋轉。向右旋轉焦距變小，旋轉半圈基本就差不多了。各位根據自己的距離可以多嘗試

旋轉前vs旋轉後的清晰度變化

這些都做完之後，可以把樹莓派擺好了。選擇位置的時候需要考慮以下幾個問題：

電源：注意樹莓派是沒有電池的，因此需要一個穩壓電源來供電。如果盆栽選在了沒有電源的位置，只能考慮多個充電寶輪流接力，比較麻煩。而且充電寶的電壓一般比額定的2。5V要低一些，可能會出現意外的情況。
散熱。如前面所說的最好整一個風扇。如果溫度過高的話可能拍照會失敗。（使用 cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/temp 查看溫度）
防水。這個就不多說了，罩一個塑料布即可。
除此之外最好放在一個有無線網路鏈接的地方，否則每次配置都要連網線，可能會不小心把相機碰歪。

樹莓派配置

下一步開始進入正題。延遲攝影其實就是拍攝一些比較低幀率的影片。我們可以直接拍很多照片，然後手動拼接起來：

首先，拍照片的任務使用一行raspistill命令即可實現，而定時任務的部分可以用crontab來做。拿到照片後，再用opencv或者直接使用ffmpeg把圖片拼起來。思路比較簡單，我們就從最基礎的部分開始：

1 首先需要保證樹莓派的攝影機可以正常工作：

把Pi camera 的排線插進樹莓派的卡槽裡面，然後把卡扣壓緊。（注意這一步最好在關機狀態下做好，否則可能無法識別到攝影機）

然後遠程連接到樹莓派，輸入sudo raspi-config ，進入設置，找到interface options

然後enable camera。

做完這一串之後，使用指令raspistill -v -o test.jpg -ex auto 可以測試自己的攝影機是否完全就緒了。如果正常的話，在用戶空間下應該可以找到一個test.jpg文件。

2 寫一個拍攝腳本。

其實理論上來講根本不用寫腳本，直接用raspistill命令就可以實現了。用腳本實現的好處是可以比較輕鬆的控制拍攝時間和文件名。一般延時攝影的圖片格式考慮使用jpg格式就夠了，否則合成影片的時候壓力會比較大。

#!/bin/bash
DATE=$(date +"%m-%d_%H%M")
raspistill -o /home/pi/flower_pics/$DATE.jpg

把腳本保存之後記得新建對應存放照片的路徑：mkdir /home/pi/flower_pics

3 修改許可權

注意修改腳本的許可權，否則crontab沒辦法自動化執行：chmod +x take_photo.sh

4 配置crontab。

這裡拍照的間隔需要提前考慮好，因為涉及到最後合成影片的品質。

如果拍攝開花的影片，一般間隔可以選擇20s-60s，拍攝2-3個小時；如果只是記錄植物生長則可以間隔更長一點。我的影片大概拍了兩周時間，每20分鐘拍一次，最後影片約25s（考慮到我刪去了夜間的照片，和偶爾一些採光不好的殘次圖）。如果時間比較刁鑽，比如必須是每隔40、50分鐘，這種情況可以在腳本裡面用if條件語句另行做判斷。

輸入crontab -e ，在對應的文件內輸入自己執行的時間，和腳本文件的位置：0,20,40 * * * * sh /home/pi/scripts/take_photo.sh 2>&1

都調整完之後，就可以躺平等著香菜慢慢長大了~

照片的調整&合成

單純的圖片拼接是比較簡單的。使用ffmpeg或者直接上pr都可以實現。但是為了考慮影片的品質，在合成影片前需要做一下簡單的處理。

上面是我出的圖。雖然清晰度還可以，但是很大的一個問題是畫面的曝光程度差別太大了。學校sb宿舍只有早上有陽光直射，導致下午和晚上的香菜都有些不同程度的欠曝，幾張圖片直接拼接到一起會不太舒服，所以需要靠後期，給下午和晚上的照片補光。

考慮到需要對特定時間的圖片批量處理，還是用opencv一條龍操作下來比較方便。

提升亮度方面，一方面增強的是對比度，另一方面考慮畫面的整體亮度，所以主要考慮gamma變化和歸一化處理。各位可以看一下效果自行決定。

gamma變換

gamma變換是一個比較好的選擇。對輸入影像的亮度做一個非線性的變換，主要提升暗部的細節，這樣變換得到的結果相比直接增加亮度更自然一些。

\[s = cr^\gamma,{ }r\in[0,1] \]

    gamma = 0.65
    gamma_table=[np.power(x/255.0,gamma)*255.0 for x in range(256)]
    gamma_table=np.round(np.array(gamma_table)).astype(np.uint8)
    img =  cv2.LUT(img,gamma_table)

看下效果：gamma = 0.65

歸一化

實現只需要一行程式碼就夠了：

img = cv2.normalize(img,dst=None,alpha=255,beta=30,norm_type=cv2.NORM_MINMAX)

其中，NORM_MINMAX表示使用歸一化的類型，alpha和beta分別為歸一化後的最大值最小值，也就是max'，min'。

\[x' = \frac{x-min}{max-min} * (max' - min') + min' \]

除了NORM_MINMAX之外，也可以選擇切比雪夫距離（cv2.NORM_INF）/歐式距離（cv2.NORM_L2）/曼哈頓距離（cv2.NORM_L1）作為歸一化的距離計算方式。

min_max歸一化：max = 250,min = 20

完整程式碼在這裡

拿到影片之後就很簡單了。打開pr配一段音樂，就完成啦！

結果

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