Raspberry Pi -pohjainen RGB- & IR- kuvantamis- ja mittausjärjestelmä

Abstract

Insinöörityön tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa Raspberry Pi -pohjainen kuvantamis- ja mittausjärjestelmä. Työn tilaajana oli Oulun yliopiston mittaustekniikan yksikkö CEMIS-Oulu. Kuvantamis- ja mittausjärjestelmä testattiin, suunniteltiin ja valmistettiin CEMIS-Oulun tiloissa Kajaanissa. Insinöörityössä käytetään luottokortin kokoista Raspberry Pi tietokoneen RPI B+ versiota järjestelmän pohjana. Työssä RPI:hin liitetään kaksi kappaletta Raspberry Pi -kameroita: normaali RGB- ja NOIR-kamera. Kameroiden liittäminen ja ohjaus tapahtuu erillisellä lisäkortilla, koska RPI:ssä on suunniteltu liitettäväksi vain yksi kamera. Lisäksi kuvantamis- ja mittausjärjestelmään asennettiin sarjaliikennettä käyttävä GPS-vastaanotin ja I²C-rajapintaa käyttävä digitaalinen mit-tausanturi. Kuvantamis- ja mittausjärjestelmän käyttökohde on Phantom 2, kauko-ohjattava UAV-helikopteri. Insinöörityö käsitellään kahdessa osassa: suunnittelu ja testaus. Suunnittelu tapahtui Raspberry Pi:n teknisten ja järjestelmän vaatimusten pohjalta. Ohjelmointi tapahtui Python-ohjelmointikielellä, ja järjestelmän ohjelmarunko suunniteltiin säikeistyväksi. Säikeistetty ohjelma mahdollisti järjestelmään liitettävien kameroiden, GPS-vastaanottimen ja digitaalisen anturin yhtä'aikaisen toiminnan. Lisäksi uusien antureiden liittäminen säikeistettyyn ohjelmarunkoon on varsin helppoa. Järjestelmän testaus tapahtui porrastetusti. Jokainen liitettävä komponentti ja anturi testattiin toimivaksi ennen kokonaisuuden asennusta ja testausta. Toimintoja testattiin insi-nöörityön aikana laboratorio-oloissa. Työn tuloksena oli Raspberry Pi:llä toimiva kuvantamis- ja mittausjärjestelmä, jonka toiminta on varmistettu testeissä. Järjestelmä pystyi toimimaan kahdella kameralla, lukemaan GPS-paikkatiedon arvoja ja synkronoimaan paikkatiedon otettuun kuvaan. Lisäksi järjestelmä pystyi lähettämään kuvia ja paikkatiedon langattomasti toiselle valvontaohjelmalle. Kaiken tämän lisäksi digitaalisen anturin luku ja mittaukset pystyttiin tallentamaan järjestelmässä.The aim of this Bachelor’s thesis was to design and create a Raspberry Pi-based imaging and measurement system. The commissioner of the thesis was Oulu University’s unit CEMIS-Oulu that specializes in measurement technology. Imaging and measurement system was tested, designed and produced in CEMIS-Oulu’s facilities in Kajaani A Raspberry Pi B+ model credit card-sized computer system was the basis in this thesis. Two pieces of Raspberry Pi cameras are connected to Raspberry Pi. Cameras are normal RGB and NOIR cameras. The camera connection and control is a separate additional card, because the RPI is designed to connect only one camera module at the time. In addition, the imaging and measurement system will be installed in a serial communication using GPS receiver and an I²C interface using digital measurement sensor. The target use of imaging and measurement is the Phantom 2 remote-controlled UAV helicopter. There are two parts in this thesis; design and testing. Raspberry Pi was designed with technical and system technical requirements. Programming took place in the Python programming language environment and the system's program frame was designed to multithreading. Multi-threaded program enabled the system to connect cameras, a GPS receiver and a digital sensor simultaneously. In addition, it is quite easy to connect new sensors to the multithread program. The system was tested in cascades. Each connected component and sensor was tested before the whole assembly and testing took place. The software and hardware were tested in laboratory work conditions. The result was the Raspberry Pi- based imaging and measurement system whose operation has been verified in tests. The system was able to work with two cameras, read the GPS location data values and synchronize GIS data at captured image. In addition, the system was able to send images and GIS data wirelessly to another control program. Added to all this, it was possible to save the digital sensor readings and the measurements to the system