La caméra du Raspberry Pi est dotée d’un objectif minuscule. On trouve des caméras équipées d’une monture de type CS permettant d’utiliser des optiques de meilleure qualité. Il existe aussi des adaptateurs intermédiaires entre la monture CS et les objectifs de marque (Nikon, Canon…)

Utiliser un objectif Nikon sur la caméra du Raspberry Pi

Nikoniste de longue date (depuis le F80) j’ai un certain nombres de « cailloux » que je souhaite tester avec la caméra du Raspberry Pi.

Ne voulant pas courir de risque avec ces « cailloux » – dont le prix se rapproche plutôt de celui des pierres précieuses –  j’ai trouvé sur un site de vente en ligne un F50 avec son zoom pour une trentaine d’euros (alors que le zoom seul est souvent proposé autour de 50 €)… Allez comprendre !

Il faut dire que c’est du bas de gamme… Tout en plastique, y compris la monture. C’est du léger… dans tous les sens du terme. Mais bon… pour un test avec la caméra Pi, c’est bien assez 🙂

Le zoom Nikkor 35-80mm 1:4-5.6D

Ce zoom Nikon est sorti en 1994. Les premières versions avaient une baïonnette en métal, par la suite pour alléger l’objectif… et augmenter la marge, le fut de l’objectif a été entièrement moulé en plastoc. Malgré son prix abordable (il équipait les kits bas de gamme de Nikon) il permet d’obtenir des images de qualité acceptable.

Pourquoi l’image est plus grande avec cet objectif

Ce sont les propriétés de l’objectif (distance focale) et celles du capteur (ou de la pellicule) qui déterminent le résultat obtenu.

Avec l’objectif « normal »

On dit qu’un objectif est « normal » lorsqu’il donne le même champ de vision que la vision humaine (environ 47 degrés). « Or lorsque la focale de l’objectif est égale à la diagonale du film ou du capteur numérique de l’appareil, l’angle de vision de l’appareil est voisin de 47°.
La focale est dite « normale » lorsqu’elle est égale à la diagonale du film ou du capteur numérique de l’appareil.  » (Source T. Dehesdin)

Pour une pellicule 24×36 mm qui sert de référence, la diagonale est de 45mm et c’est l’objectif de 50mm qui est considéré comme « normal ». Si la focale est plus petite, l’angle de vision augmente (c’est un grand angle), lorsque la focale est plus grande que la diagonale, l’angle de vision devient plus petit (c’est un téléobjectif). Un zoom est un objectif dont on peut faire varier la distance focale à volonté.

Dans le cas de la caméra Pi (V1 ou V2 il y a peu de différence sur la taille du capteur, ce lien vous donnera toutes les infos exactes) la diagonale du capteur mesure environ 5 mm et la focale de l’objectif est de 3,5 mm. Le paysage défini par le rectangle est intégralement projeté sur le capteur.  La caméra Pi donne donc un angle de vision plus large que la vision humaine. Son objectif est un grand angle (50 à 60 degrés).

Cette image prise avec une caméra Pi (V2) montre la zone vers laquelle le zoom sera pointé.

Avec un téléobjectif

Équipée avec le zoom Nikon la caméra Pi fonctionne comme ci-dessus : L’objectif étant prévu pour « illuminer » une pellicule 24×36 mm, il fonctionne de façon identique et envoie l’image du paysage sur la surface jaune.

La caméra Pi est placée au centre de cette image (zone bleue au milieu du rectangle jaune). Son minuscule capteur ne reçoit que la partie du paysage correspondant. On voit sur l’image ci-contre que l’effet « téléobjectif » permet de distinguer l’antenne TV située sur le Mont St-Vincent (71) situé à une vingtaine de kilomètres du lieu de prise de vue.

Avec une focale de 50 mm on obtient un grossissement de 14 (environ) par rapport à l’objectif d’origine. Avec 80 mm on arrive à un facteur d’agrandissement de 22…

Avec un appareil photo numérique

A titre de comparaison voici l’image obtenue avec un Nikon D300s équipé d’un objectif Nikkor 105 mm VR.
Je ferai par la suite des essais avec cet objectif sur la caméra pi… On devrait obtenir un grossissement de 30x avec une bonne qualité d’image (pour la lune ?).  Mais ça c’est une autre histoire.

L’adaptateur Nik-C

La baïonnette

Le problème pour monter un objectif Nikon (ou Canon) sur une monture C, c’est que l’objectif a une baïonnette de 45,6 mm alors que la monture C a un diamètre de 1 pouce (25,4 mm):
Les objectifs pourvus en monture C se vissent sur la caméra. Le diamètre est d’un pouce (25,4 mm), avec un « pas de vis » de 32 filets pour 1 pouce, désigné comme « 1-32 UN 2A » selon le standard ANSI B1.1. Le tirage mécanique est de 17,526 mm (0,69 pouce) pour une monture C, et 12,50 mm pour sa variante CS. (Source Wikipedia)
On voit également que le « tirage » (distance entre la partie arrière de l’objectif et le capteur) est différent entre les montures C et CS… des soucis de réglage en prévision 😀

Et c’est parti pour une recherche sur les sites de vente. Vérifiez soigneusement le type de monture avant de commander, que vous soyez Nikon, Canon ou… autre

Un adaptateur à 15€

Mon choix s’est arrêté sur ce modèle à 15 euros (en fonction du cours du dollar). La qualité mécanique semble bonne mais… peut-on se fier à une photo ?

Ci-dessus les photos de la pub… Ce que j’ai reçu est conforme à la description (ouf!):

Un zoom Nikon sur l’adaptateur

Les instructions qui suivent s’appliquent à un objectif Nikon. Il faudra adapter les instructions en fonction de votre modèle/marque d’objectif.

On va commencer par cet ergot qui sert à verrouiller l’objectif sur l’adaptateur. Le montage est parfait. Pas de jeu, un encliquetage franc.

Sur le zoom 35-80mm positionnez le verrou comme ci-dessus (entre les chiffres 22 et 16) et mettez l’objectif en place. Tournez l’objectif dans le sens anti-horaire (comme si vous le dévissiez).

Les commandes du zoom

Verrouillage obligatoire

Après une fraction de tour, un clic indique le verrouillage et l’objectif ne s’enlève plus. Les deux photos ci-dessus montrent l’objectif et l’adaptateur après le verrouillage. Bien entendu la mise au point automatique est inutilisable et il faudra régler la netteté de l’image en tournant la bague la plus à gauche (Bague de réglage de distance).

Pour débloquer l’objectif il suffit de déplacer légèrement l’ergot vers l’arrière. Le verrou s’efface et vous pouvez démonter l’objectif en le tournant dans le sens horaire (vissage) sans relâcher l’ergot…

Le zoom est monté sur la bague adaptatrice. En haut à droite la poire qui m’a servi à chasser les poussières (enfin à essayer). C’est tout ce qu’avait à me proposer mon pharmacien. Si c’est efficace pour les lavements (enfin… c’est ce qu’il m’a dit 🙂 ) ça ne vaut rien quand il s’agit de chasser la poussière d’un capteur. Je vous en parle un peu plus loin.

La caméra pi à monture CS

Passons à l’autre morceau de cet ensemble. C’est une caméra Pi dotée d’une monture CS dont je vous avais parlé dans un article de 2014.

Elle était livrée avec un objectif CS qu’il suffit de dévisser pour accéder au capteur.

Ici c’est un capteur « lumière normale » qui est donc muni de son filtre infrarouge (on le voit sur les photos avec sa couleur rouge). Le fait d’enlever ce filtre laisse passer les infrarouges vers le capteur. Celui-ci étant sensible à ces radiations IR on obtient naturellement une caméra PiNOIR (No Infrared).

On voit le capteur au centre de la monture CS.

Ici il s’agit d’une caméra v1 avec un capteur de 5 Mpx.

La partie arrière de l’adaptateur. C’est elle qui va venir se visser sur la monture CS.

Le capteur semble minuscule lorsque l’adaptateur Nikon => CS est monté sur la caméra 🙂

Allez hop, l’ensemble est monté, presque prêt à être utilisé.

Un bel assemblage mécanique. Si le verrou de la partie Nikon ne pose pas de problème, pensez à serrer la vis de la monture CS pour bloquer la caméra sur le reste de l’équipement. Surtout si la caméra est soumise à des vibrations!!

Il conviendra également de protéger la carte de la caméra contre les courts circuits et les décharges d’électricité statique.

On branche la nappe (câble plat) dans le connecteur caméra du Raspberry Pi. Vous trouverez bien entendu sur framboise314 les explications pour connecter la caméra sur votre Raspberry Pi dans les meilleures conditions 🙂

Les premiers essais

L’ensemble Raspberry Pi + Caméra Pi est positionné sur un rebord de fenêtre, l’objectif est dirigé vers le Mont St-Vincent.

C’est ce que verra la caméra. Ici la photo est prise avec un appareil photo « normal » (Panasonic TZ40). Le Mont St-Vincent est dans la brume de chaleur.

Allez on met la caméra en route!

Le moniteur permet de vérifier ce que la caméra filme. Le temps d’affichage se règle avec l’option -t de raspistill (suivie du temps en millisecondes).

Il donne aussi un moyen de parfaire le réglage de la netteté de l’image, même si ce n’est pas évident.

Voilà les premières images. Elles ont été réalisées avec raspistill. L’image de gauche avec une luminosité normale (-br 50 : br = brightness/luminosité) et l’image de droite avec un peu plus de luminosité (-br 60). Vous pouvez cliquer sur les images pour les voir dans leur taille réelle.
L’image a été réalisée en zoom 50 mm diaph. 1:8. Les arbres sont à environ 30 mètres de la caméra, alors que le Mont St-Vincent et son pylône sont à 20 km à vol d’oiseau (dixit Google Map). Le pylône mesure 100 mètres de haut.

Je ne trouve pas que la qualité de l’image soit extraordinaire, mais vu la distance et la légère brume c’est compréhensible.

Un problème de mise au point

Le réglage de distance ne fonctionne pas avec le zoom réglé sur 35 mm. Le tirage de l’objectif  normalement monté sur un appareil 24×36 est plus grand que celui  qui est disponible ici. Il est alors impossible de mettre au point, l’image reste floue alors que la bague de réglage de distance est en butée. Seule solution… Passer le zoom à une valeur plus élevée.

Tu es poussière…

Oh la tache !

En observant les photos (sur les parties de ciel clair) on voit de petites taches. OVNI ? Que nenni! comme tout appareil dont les objectifs se démontent, la caméra Pi à objectif CS voit son capteur exposé à l’air ambiant et… aux particules qu’il transporte. On a parfois également le problème lorsque les objectifs ne se démontent pas.

Le problème existe également avec les réflex numériques dont les capteurs sont souvent ornés de poussières nettement visibles sur les images. Si vous ne savez pas comment vérifier cela, lisez cet article dans un premier temps. Débrayez l’automatisme d’ouverture de votre objectif, réglez le diaphragme manuellement sur 1:22 et photographiez un mur blanc ou un ciel bleu. Les points qui apparaissent sont des poussières déposées sur le capteur !

Vous allez me dire : « Tu exagères! à chaque fois que je change mon objectif, je fais ça très rapidement et dans un endroit très propre. J’évite au maximum les poussières.« 
Bin oui… Mais non !

Un terrain de foot

Je vous explique le cas du capteur du Raspberry Pi (le 5 Mpx) : Le capteur est constitué d’un rectangle de 2592×1944 pixels soit exactement 5 038 848 pixels (ça c’est pour les sodomiseurs de diptères). Ses dimensions sont de 3.76 × 2.74 mm et chaque pixel occupe 1.4 µm × 1.4 µm.

Nota : 1 µm = un millième de millimètre.

Supposons qu’on agrandisse le capteur jusqu’à ce que sa longueur soit égale à celle d’un terrain de foot soit 105 mètres (sans les joueurs à 200 millions d’euros!). Il faudra l’agrandir de 27925 fois. Donc chaque pixel mesurera 1.4 µm x 27925 = 39 mm

 

Bon et après ? Après, un grain de pollen mesure entre 7 µm (pour le Myosotis) et 150 µm pour la courge. Les autres se situent entre ces deux valeurs mais la taille moyenne se situe entre 20 et 60 µm. Si vous avez une bonne vue, vous pouvez voir un objet aussi petit que 50 µm. Sinon, la plupart des pollens échapperont à votre vigilance et iront se déposer là où ça fait le plus mal… sur le capteur ! (loi de Murphy)

Les particules

Je ne vous parle même pas des particules fines émises par un diesel (entre 2.5 et 10 µm) ni des autres poussières d’un diamètre inférieur à 500 µm (« La poussière est présente en grande quantité dans les habitations, bureaux, usines, véhicules… Elle est composée généralement de fibres textiles, de poils, particules de peau et autres phanères provenant des humains ou des animaux familiers, d’insectes morts et spores de moisissures, ainsi que de déchets alimentaires et d’usure de béton et ciment, mais sa composition varie selon les pays et l’environnement. La poussière est mise en suspension et transportée par les flux d’air : courants d’air, turbulences induites par le mouvement d’objets, animaux ou personnes, ou l’exposition d’un objet empoussiéré au Soleil. – Source Wikipedia)« )

Alors même avec les plus grandes précautions de la poussière va « forcément » venir garnir votre précieux capteur. Imaginez, sur notre terrain de foot, chaque pixel mesure environ 40 mm et un grain de pollen de 25 µm a la taille d’un ballon de foot (70 cm). J’espère qu’il n’y a pas de courge près de vous 😀

Nettoyage du filtre

Pour nettoyer le capteur d’un appareil numérique reflex, il faut… lire la notice (RTFM). Sur certains (mon D300S par exemple) le capteur est monté sur des piezo qui vibrent à la demande pour essayer de décoller les poussières. Sinon il faut souffler sur le capteur.

Une bonne poire

En gros, batterie chargée à fond, on relève le miroir et on souffle sur le capteur (non pas avec la bouche ni avec une bombe d’air sec!) avec une poire, dont il existe des modèles spéciaux. Vous pouvez aussi l’utiliser pour le capteur de la caméra Pi. Les poussières « sèches » sont en général chassées (elles vont se loger dans un recoin du boîtier en attendant le moment le plus propice pour réapparaître sur le capteur 😀 ).

Un coup de balai

Pour les poussières « grasses » c’est plus compliqué, elles restent obstinément en place. Il existe des kits de nettoyage avec une espèce de raclette et un produit de nettoyage sans trace (c’est relativement cher). Bon, si vous ne le sentez pas, confiez votre reflex à un atelier de SAV.

Pour le capteur de la caméra Pi, j’ai utilisé ma poire (avec peu de succès). Comme on est sur de la caméra pas très chère j’ai décidé de frotter (délicatement) le filtre avec une chiffonnette à lunettes en fibre (neuve, jamais servi). J’ai pu enlever une grande partie des poussières. Si vous réalisez la même opération, ayez la main légère et sachez que vous le faites à vos risques et périls. Enfin, à ceux de votre caméra 😉

Et soudain… plus rien

Un incident pendant la réalisation des prises de vue que je veux vous raconter.

Disparition suspecte de fichiers

Lors de la réalisation d’un timelapse, à la fin de l’enregistrement, je vérifie la présence des fichiers (commande ls). J’ouvre une image. Pas de souci les 1440 images sont là. J’éteins le Raspberry Pi pour le ramener vers le PC et récupérer les images. Je remets le Raspberry Pi sous tension et… plus d’images !

Euh… j’ai dû en jouer une (ça ne vous est jamais arrivé à vous ?). Retour à la fenêtre. Nouveau timelapse (plus court cette fois 🙂 ). Un ls -al pour vérifier la présence des fichiers. Toutes les images sont là. J’en ouvre quelques unes. Pas de souci. Je ne déplace pas le bestiau. Je l’éteins et le rallume. Oups encore parties mes images.

On recommence tout

N’ayant rien de spécial sur la carte micro SD je décide de la refaire. Etcher (à vos souhaits) et une version toute fraîche de Raspbian. Etcher me dit que ma carte est protégée en écriture. c’est un blague ? Je n’ai pas vu de petit interrupteur sur la carte micro SD. Par acquit de conscience je vérifie… Non, pas de switch. J’en étais sûr. C’est une EVO 16 comme j’en utilise une dizaine. Rien de spécial.
Nouvelle tentative avec Etcher puis Win32DiskImager… Bof!

Allez on reformate SDFormater à toi de jouer. Mais non, lui aussi me dit que la carte est protégée en écriture. C’est un complot, ou quoi ?

C’est quoi ct’embrouille ?

Une courte recherche me permet de découvrir que nombre de raspinautes ont été confrontés au problème. Pour moi c’est la première fois depuis les débuts du Raspberry Pi et ma multitude de cartes SD 🙁

Il semble que la carte SD, une fois trop endommagée (le nombre d’écritures est limité car l’écriture détériore peu à peu les cellules de stockage de la carte) la carte se verrouille et se met en mode « LECTURE SEULE ». Une mémoire tampon doit stocker les infos avant l’écriture et c’est elle qui permet de relire les fichiers et de les ouvrir… tant qu’on ne coupe pas l’alimentation.

Maintenant si ça vous arrive… vous saurez !

Vidéo

Cette vidéo montre un timelapse réalisé avec une caméra Pi v2, puis avec la caméra v1 équipée du zoom Nikon. Sur ce dernier timelapse il y a une zone colorée de chaque côté dont j’ignore la cause (pour le moment…). L’objectif n’avait pas de pare soleil et le soleil (même masqué par les nuages était presque en face de l’objectif, un peu au dessus. Les essais avec un autre objectif apporteront peut-être des éclaircissements.

Autre chose pour ce timelapse final, l’objectif était fixé avec une bande de scratch. Le câble plat relativement long offrait une prise au vent qui a fait vibrer l’objectif et l’a doucement décalé vers le haut. Pour les prochains essais je prévoirai quelque chose de plus costaud 🙂

Conclusion

Ces essais montrent que l’utilisation d’un zoom destiné à un reflex est possible avec la caméra du Raspberry Pi.

Le rendu n’est pas excellent c’est un premier test… Il sera suivi par d’autres dont vous lirez sans doute la suite sur ce blog.

Si vous avez réalisé des photos avec un objectif de ce type et une caméra Pi, n’hésitez pas à le dire dans les commentaires et je publierai vos photos avec plaisir

Pour info (merci @dodutils) il existe un calculateur pour calculer des équivalences 35mm pour des optiques plus petites genre celles des caméras IP https://www.digified.net/focallength/

Sources

• https://media4.obspm.fr/public/AMC/pages_instruments-optiques/impression.html
• https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/camera/
• http://forums.cnetfrance.fr/topic/1208793-comment-nettoyer-le-capteur-d-un-appareil-photo-reflex/