En janvier 2023 je vous ai présenté les nouvelles caméras proposées par la Fondation Raspberry Pi. En voici un nouveau modèle, plus spécialisé cette fois. Aujourd’hui, sort quelque chose d’un peu différent : la Raspberry Pi Global Shutter Camera, disponible dès maintenant au prix de 50$.

Une nouvelle caméra Raspberry Pi à obturateur global pour la vision industrielle – Monture C/CS – Objectif interchangeable

Cet article est traduit d’après ces deux articles de la Fondation : article1  article2

Construite autour du capteur Sony IMX296 de 1,6 mégapixel, la Global Shutter Camera est capable de capturer des mouvements rapides sans introduire d’artefacts de type rolling shutter. Elle est donc parfaitement adaptée à la photographie sportive et aux applications de vision industrielle, où la moindre distorsion peut sérieusement dégrader les performances d’inférence.

Obturateurs roulants, obturateurs globaux

Tous les appareils photo que la Fondation a sortis jusqu’à présent, depuis le module CameraPi 1 de 2014 jusqu’à la caméra HQ, utilisent un capteur à obturateur mobile (roulant). Ces capteurs comportent un réseau bidimensionnel de pixels sensibles à la lumière, qui génèrent une valeur analogique proportionnelle à la quantité de lumière tombant sur le pixel pendant le temps d’exposition, ainsi qu’une rangée de convertisseurs analogique-numérique (ADC), qui convertissent ces valeurs analogiques en valeurs numériques qui sont renvoyées à votre Raspberry Pi.

La rangée de convertisseurs analogiques-numériques est connectée à chaque rangée de la matrice de pixels à tour de rôle, de sorte que chaque rangée est échantillonnée à un moment légèrement différent. S’il n’y a pas de mouvement dans la scène, cela ne pose pas de problème, mais dès que les choses commencent à bouger, et en particulier si elles bougent rapidement, on commence à observer des artefacts d’obturateur roulant. Le mouvement linéaire entraîne une compression, un étirement ou un cisaillement de l’objet en mouvement. Le mouvement rotatif peut créer des formes très étranges.

 

Artéfacts créés par l’obturateur roulant en présence de mouvements rotatifs et linéaires. (Crédit Cmglee).

Les artefacts d’obturateur roulant importants sont inesthétiques et difficiles à détecter et à corriger, mais même les artefacts imperceptibles peuvent interférer avec le fonctionnement des algorithmes de vision industrielle. Si on veut les éliminer complètement, il faut utiliser un capteur à obturation globale. Lorsque l’obturateur se déclenche, chaque pixel copie immédiatement sa valeur analogique dans son élément de stockage, d’où elle peut être lue et convertie à loisir.

L’élément de stockage ajoute de la complexité et de la surface à chaque pixel. Les capteurs à obturateur global ont tendance à avoir une résolution inférieure à celle des capteurs à obturateur roulant de même taille : comparez le capteur IMX477 de 7,9 mm et 12 mégapixels utilisé dans la caméra de haute qualité avec le capteur IMX296 de 6,3 mm et 1,6 mégapixel.

La caméra Raspberry Pi à obturateur global

Malgré les problèmes liés aux artefacts de l’obturateur roulant, les camérasPi existantes sont largement utilisées dans les applications de vision industrielle et amateur, souvent avec une réelle ingéniosité : pour compenser les artefacts lors de l’imagerie de produits sur un convoyeur à grande vitesse, un client industriel a fini par former ses modèles en utilisant des données d’entrée pré-calibrées.

Pour ces applications, un capteur à obturateur global présente des avantages évidents. La réduction de la résolution n’est pas un problème, car les images haute résolution sont généralement sous-échantillonnées avant d’être introduites dans les modèles de vision industrielle.

La caméra à obturateur global Raspberry Pi combine la structure métallique à monture C/CS de la caméra de haute qualité avec le capteur IMX296 de Sony. Elle est compatible avec la même grande variété d’objectifs, y compris les objectifs CGL à monture CS de 6 mm et à monture C de 16 mm que proposent les revendeurs agréés.

La vidéo ci-dessous illustre les avantages d’un obturateur global en présence d’un mouvement rapide. On voit d’abord la sortie de la caméra de haute qualité, qui présente des artefacts caractéristiques de l’obturateur roulant, puis la sortie sans artefacts de la caméra à obturateur global.

Comme pour toutes les caméraPi, vous pouvez utiliser la Global Shutter Camera avec n’importe quel ordinateur Raspberry Pi doté d’un connecteur de caméra CSI, et la documentation matérielle a été mise à jour pour y inclure tout ce que vous devez savoir sur ce nouveau produit. Vous devrez mettre à jour Raspberry Pi OS pour utiliser la nouvelle caméra :

et c’est parti.

Une caméra pour la photographie de mouvement et la vision industrielle

La Raspberry Pi Global Shutter Camera est une caméra spécialisée de 1,6 mégapixel capable de capturer des mouvements rapides sans introduire les artefacts typiques des caméras à obturateur roulant. Elle convient parfaitement à la photographie de mouvements rapides et aux applications de vision industrielle, où même de petites distorsions peuvent sérieusement dégrader les performances d’inférence.

Avec une grande taille de pixel de 3,45μm × 3,45μm offrant une grande sensibilité à la lumière, la caméra à obturateur global peut fonctionner avec des temps d’exposition courts (aussi bas que 30μs avec un éclairage adéquat), ce qui est un avantage pour la photographie à grande vitesse.

Elle est dotée d’un capteur Sony IMX296 de 1,6 mégapixel et possède la même monture d’objectif C/CS que la Raspberry Pi High Quality Camera, pour une compatibilité avec la même grande variété d’objectifs. Comme les autres capteurs à obturateur global, le capteur IMX296 a une résolution inférieure à celle des capteurs à obturateur roulant de taille similaire ; un faible nombre de pixels est approprié pour les applications de vision industrielle, où les images haute résolution sont difficiles à traiter en temps réel. La faible résolution de la Global Shutter Camera signifie qu’avec un grossissement approprié de l’objectif, une image adaptée au traitement par un modèle de vision industrielle peut être capturée en mode natif.

La caméra Global Shutter du Raspberry Pi est livrée avec un adaptateur de monture C à CS, un tournevis et un câble ruban de 150 mm, ainsi qu’un couvercle arrière en plastique amovible pour la protection. Elle est compatible avec tout ordinateur Raspberry Pi doté d’un connecteur CSI.

Spécifications

Facteur de forme : 38 × 38 × 19,8 mm (adaptateur de 29,5 mm et capuchon anti-poussière)
Poids : 34 g (41 g avec adaptateur et cache-poussière)
Capteur : Sony IMX296LQR-C
Résolution : 1,58 mégapixels (couleur)
Taille du capteur : 6,3 mm de diagonale
Taille des pixels : 3,45μm × 3,45μm
Sortie : RAW10
Longueur de mise au point arrière de l’objectif : Réglable (12,5-22,4 mm)
Normes d’objectif : Monture CS, monture C (adaptateur C-CS inclus)
Filtre de coupure IR : Intégré
Longueur du câble : 150mm
Accessoires inclus : Adaptateur pour monture C-CS, tournevis
Montage sur trépied : 1/4″-20

Crédits

Comme tous les produits récents, le matériel de la Global Shutter Camera a été conçu par Simon Martin. Naush Patuck, Nick Hollinghurst, David Plowman, Serge Schneider et Dave Stevenson ont écrit le logiciel. Alasdair Allan, Simon Martin, David Plowman, Andrew Scheller et Liz Upton ont travaillé sur la documentation. Austin Su s’est chargé de l’approvisionnement. Jack Willis a conçu l’emballage et Brian O Halloran (non fourni avec l’appareil photo) a pris les photos et la vidéo.

Merci également à Phil Holden et John Conroy de Sony, ainsi que Shenzhen O-HN Optoelectronic pour leur aide.

Une caméra que vous trouverez en France chez Kubii.

Sources

New Raspberry Pi Global Shutter Camera for machine vision and more

https://www.raspberrypi.com/documentation/accessories/camera.html

https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-global-shutter-camera/

Raspberry Pi Global Shutter Camera Product Brief
Raspberry Pi Global Shutter Camera mechanical drawing
Raspberry Pi Global Shutter Camera documentation