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2015年12月

手ブレ補正装置の部品の選定・発注

前回の記事の自作手ブレ補正装置に関して部品を選定・発注した。発注は昇圧回路を除き送料が相対的に安かったRSコンポーネンツとした。

充電回路
BQ24075を使う。1セルのリチウムポリマー電池を充電できるICである。また機器を使用しながらの充電も可。素晴らしい。
※一般的にリチウムポリマー電池は正しく充電しないと爆発するので注意が必要である。このブログを参考にして充電回路を自作する場合は自己責任でお願いします。


昇圧回路
S7VF5を使う。リチウムポリマー電池は電圧が4.2Vから3.0Vまで変動するため、このままでは5Vが必要なRaspberry Piには使えないので一度昇圧する必要がある。SWITCH SCIENCEでユニット化されているのがあるのでそれを使う。昇圧回路は過去に自作したは良いがまともに動かなかった経験があるので、私は自作しないことにしている。


レベル変換
FXMA108を使う。Raspberry Piは5V系だが後述のAD変換やジャイロセンサは3.3V系であるため、相互をつなぐためにはレベル変換ICが必要である。8bitあるので多分信号線の本数は足りる。


6軸
9軸ジャイロセンサ
MPU-9250を使う。角速度だけでなく加速度と地磁気をそれぞれ3軸計測できるSPI接続の9軸センサである。豪華。あとでいろいろ遊べそう。


A/D変換IC
AD7477を使う。これはSPI接続で使える10bit1chのA/D変換ICである。小型なので使いやすい。信号源近くにこいつを配置すれば誘導ノイズを受けにくくなるはず。


平滑化
3.3VのリニアレギュレータであるTPS73633を使う。小さくて使いやすい。A/D変換ICやジャイロセンサといった3.3V系の素子のすぐ近くに配置。昇圧回路で生成した5Vを降圧・平滑化する役割を担う。


明日は回路図を書くか。

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自作手ブレ補正装置構想

最近ミラーレス一眼で動画を撮ることが私の楽しみの一つになっています。ミラーレス一眼なら、レンズをF値の小さい明るいレンズに交換することで背景をぼかした柔らかい印象の動画を撮ることができるためです。

しかし、ミラーレス一眼を使って動画を撮る上で問題になるのがやはり手ブレです。
今市販されているミラーレス一眼カメラの多くは、手持ち撮影時の手ブレには対応できますが、歩きながらや走りながら録画する場合は、手ブレが大きすぎて補正しきれません。

このような背景から、動画に生じる比較的大きな手ブレを補正する様々な技術が開発されています。たとえば以下の動画のようなジンバル機構を組み合わせたブラシレスジンバルを用いると手ブレを打ち消してヌルヌルと動く動画を撮影することが出来ます。






このような装置には、大きく分けると1.電子補正方式、2.カメラの揺れを物理的に取り除く方式、の2つの方式があります。以下に両方式の画質と装置のサイズを軸に撮ったポジショニングマップを示します。

7



私には、ミラーレス一眼のレンズ資産を活かしたいけれど、何かしらの大きな装置は荷物になるため持ち運びたくない、しかも高画質でお願いしたい、という欲張りな希望があります。

既存方式について考えると、1の電子補正方式は手軽ですがスマホ用のはレンズを交換できなせん。またソフトウェアの後処理だけで手ブレを軽減してくれる動画編集ソフトはたくさんありますが計算が重く、またレンズの収差の関係か補正した動画に変な歪が出ることがあるたり補正精度に限界があるように感じます。

2のカメラの揺れを物理的に取り除く方式は装置が大きくなるため荷物をなるべく小さくしたい私のニーズを満たしてくれません。DJIのosmoのように専用設計された比較的コンパクトなブラシレスジンバルも発売されていますがやはりレンズ交換が出来ないためここでは除外します。

最近、私が注目していたのはSteadXPと呼ばれる、後付でジャイロセンサ内蔵のユニットを一眼カメラに取り付けることで、どんなカメラでも手ブレ補正機能をあとづけできる製品です。Kickstarterで大きな話題を呼びましたなお、このKickstarterのプロジェクトを見つける前に実は私も独自にジャイロセンサをあとづけして動画を後処理するという同様のアイデアを思いついていましたが、どうやら思いついた時期は同時期ですしSteadXPの方が先にWebに公開したわけですから、別に考案者を名乗るつもりはありません 笑

一瞬、SteadXPは一眼カメラのレンズ資産を活かせつつコンパクトなため、私の希望を見事に解決してくれる素晴らしい製品かと思いましたが、デジタル一眼カメラにSteadXPを取り付けるときは。HDMIケーブルやHDMI to AC変換器を通じてカメラとSteadXPを接続する必要が有るため見た目がスマートとは言えません。結婚式やパーティーに持ち込むのはちょっと気が引けます。

そこで私は、一眼カメラで動画を撮影した時の3軸角速度+3軸加速度=合計6軸の動きを記録し、その情報をソフトウェアの後処理で利用することで手ブレを補正する装置を開発することにします。

動画編集ソフトとの違いは、センサで取得したカメラの動き情報があるか否かです。
SteadXPとの違いは、カメラと装置をつなぐケーブルが存在しないことです。上図にこの装置のポジショニングを目標のポジションとして示します。

以下に構想段階ですが手ブレ補正装置のブロック図を書きます。

Photo_2


基本的には、ミラーレス一眼カメラの動画撮影にタイミングを合わせて、6軸ジャイロセンサの波形をRaspberry Piが定期的に読みだしてmicroSDカードに記録する形になります。

手ブレ補正処理自体は、microSDに記録された6軸の手ブレ波形を使ってPC上で後処理によって実現します。

ところで、市販の一眼カメラに後付でこのようなユニットを載せた時に問題になるのが、撮影された動画と、センサ波形のタイミング合わせだとおもいます。センサ波形と動画のタイミングが合っていなければ正しい手ブレ補正効果は得られないでしょう。
市販品の一眼カメラからはおそらく電気的に撮影開始のタイミングを引き出すことができないので、撮影開始と終了のタイミングを別の方法で知る必要があります。上図では?マークで表してあります。

私は、タイミング検出に関してちょっといいアイデアを思いついたので、これを実証してみようと思います。この計画は、画像処理と計算機科学、Linuxにおけるリアルタイム処理の良い勉強になりそうです。
またロボット競技のためでもなく、仕事のためでもない、自分のためのものづくりができるのでとても楽しみです。土曜日は使用するICの選定と回路の設計でもしますかね。

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