Usare l’ottica e obiettivi Canon e Nikon su Raspberry Pi


Introduzione

Ultimamente molti iscritti a Meccanismo Complesso mi stanno chiedendo la possibilità di poter utilizzare la loro ottica professionale come Nikon o Canon direttamente con Raspberry Pi. Mi sono andato a documentare e bene, ho una buona notizia per voi…. si può fare. Basta utilizzare la PiCamera come sensore digitale e aggiungere una serie di adattatori che permettono di avvitare direttamente l’obiettivo sulla scheda della PiCamera. Personalmente non ho potuto testare la funzionalità effettiva dell’idea, però in questo articolo troverete moltissime informazioni che vi risulteranno davvero utili, sia per i Makers che troveranno ottimi spunti per fabbricarsi da soli gli adattatori, sia per chi vuole direttamente utilizzare gli adattatori disponibili in vendita.

Materiale necessario per iniziare

Se già siete degli appassionati di Raspberry Pi certamente avrete tutto il materiale necessario e può quindi saltare questa sezione. Comunque per chi non disponesse di alcun materiale voglio dare delle indicazioni necessarie sul materiale di partenza.

Raspberry Pi

Per prima cosa è necessario avere a disposizione una scheda Raspberry Pi. Attualmente sul mercato consiglio tutti vivamente di comprare una Raspberry Pi 3 (l’ultimo modello) che in quanto a prestazioni è molto superiore rispetto ai modelli precedenti. Inoltre ha la wireless incorporata e così potrete scattare le vostre foto comandando la scheda da remoto (per esempio da cellulare) e farvi inviare la foto.

Raspberry PI 3 Model B Scheda madre CPU 1.2 GHz Quad Core, 1 GB RAM

Per chi dovesse partire da zero, e non dispone di alcun accessorio necessario per farla funzionare, come alimentatore, scheda SD, cavi, ecc, consiglio vivamente di comprare il kit già completo.

Raspberry Pi 3 Starter Kit

Il modulo PiCamera  per Raspberry

Raspberry PiCamera

Il secondo componente necessario è il modulo contenente la camera con sensore già predisposta per essere integrata con tutti i modelli Raspberry. Questa camera si chiama PiCamera. Consiglio di leggere una serie di articoli che spiegano bene la PiCamera, come è fatta, come funziona ed una serie di tutorial su come si programma e varie applicazioni possibili con codice di esempio.

Sostituire le lenti sulla PiCamera con altri modelli (tra cui ottica Nikon e Canon)

Richard J Kinch ha ideato e messo in vendita una soluzione per incorporare direttamente il modulo della PiCamera nell’ottica professionale, progettando e costruendo una serie di adattatori che permettono di avvitare l’ottica e centrare il loro fuoco direttamente sul sensore della PiCamera.  In questo modo potrete scattare le foto da Raspberry utilizzando un’ottica professionale.

Potete andare a vedere la pagina con tutta la documentazione qui. In questo articolo viene eseguita un’analisi tecnica approfondita della PiCamera e vengono descritte accuratamente tutte le informazioni tecniche.

Interessante è la tabella in cui riporta tutte le possibili ottiche e le procedure necessarie per montarle.

Raspberry Pi Camera Module Field of View (FOV)
With Various Typical Alternative Lenses
Lens

(Focal Length
and Mount)

Diagonal FOV
Angle in Degrees

(Full-frame still
preview/capture)
Diagonal FOV
Angle in Degrees

(HD video
preview/capture)
Adapter
Required
Modification
Required(See table
footnotes)
Footnotes:
[1] Remove stock lens, install M12 adapter, install new lens.
[2] Remove stock lens, install universal adapter, install new lens.
[3] First attach additional DSLR/C-mount adapter to new lens. Examples: Canon EF, Nikon F.
[4] If given lens-mount is not M12 or C-mount, first attach additional lens-to-C-mount adapter to lens.
3.6mm stock lens 65 ° 46 ° None None
6mm M12 lens 41 ° 29 ° M12 or Universal [1] or [2]
12mm M12 lens 21 ° 15 ° M12 or Universal [1] or [2]
25mm C-mount lens 10 ° 7.0 ° Universal [2]
35mm C-mount lens 7.4 ° 5.0 ° Universal [2]
50mm DSLR lens 5.2 ° 3.5 ° Universal + DSLR/C-mount [2] + [3]
Any given lens with
focal length f
2·atan(2.27mm ÷ f ) 2·atan(1.54mm ÷ f ) Universal [2] + [4]

Prendendo il modulo PiCamera potrete vedere che la rotazione delle lenti in senso antiorario avvicinerà il fuoco, in senso orario lo porterà ad infinito. Svitando completamente l’ottica, si rimuoverà da modulo. Togliendo l’ottica, potrete vedere immediatamente sotto il filtro IR. Questo filtro inoltre serve come barriera per la polvere, proteggendo così la superficie del sensore ottico sottostante.

Quando si progetta un sensore digitale così piccolo (come anche quello degli smartphone) e si costruiscono apparati ottici miniaturizzati, si generano molte problematiche a cui i progettisti devono andare incontro. Infatti con il diminuire delle dimensioni del sistema ottico, il comportamento ideale del sistema ottica via via sempre meno, ottenendo delle distorsioni sull’immagine acquisita via via sempre più evidenti (incluse anche distorsioni cromatiche).

Per ovviare a questi problemi i progettisti, invece di modificare le ottiche in modo da risolvere tali problematiche, hanno creato dei sistemi di correzione post processing. Cioè l’immagine viene acquisita distorta e poi il firmware interno si occuperà di eliminarle “programmaticamente” prima di salvare l’immagine come file.  Anche il modulo PiCamera effettua queste operazioni, in cui il firmware corregge le distorsioni di colore.

L’approccio di questa soluzione che ha portato alla realizzazione di camere digitali di dimensioni minuscole e a prezzi molto economici, genera però ulteriori problematiche a cui dobbiamo andare incontro. Infatti le distorsioni sono specifiche di un particolare apparato ottico montato sopra il sensore. Sostituendo l’apparato ottico, le distorsioni prodotte saranno diverse e la soluzione post-processing non ovvierà al problema. Noi nel nostro progetto abbiamo bisogno di sostituire le ottiche originali della PiCamera con altri modelli.

Quindi anche andando ad utilizzare delle ottiche professionali di qualità molto superiore, i risultati saranno pessimi. Infatti

ottica migliore non significa migliori immagini

Se vogliamo sostituire l’ottica dovremo per forza modificare il firmware che effettua le correzioni post-processing. Ma questa è un’operazione davvero complessa, dato che non sappiamo come vengano effettuate tali correzioni e non esistono strumenti che permettano di modificare tali applicazioni.

 

Un’alternativa a questo approccio è quello di catturare l’immagine con le varie distorsioni e poi utilizzare l’applicazione ImageMagick per effettuare le correzioni. Questa applicazione è a riga di comando e un semplice scripting può automatizzare il processo di conversione. Generalmente le distorsioni a cui si andranno incontro saranno di tipo cromatico, in particolare saranno richieste delle correzioni di colore radiale.

Adattatore per lenti M12

Le Camere M12 sono le camere per WebCam dei PC di maggiore livello, le camere di sorveglianza, ecc. Vengono spesso utilizzate per la loro qualità e le piccole dimensioni.

L’adattatore per queste lenti proposto da Richard J Kinch è il seguente

Adattatore per lenti universale (tra cui obiettivi Canon e Nikon)

Per quanto riguarda le ottiche professionali a cui siete interessati Richard J Kinch propone un adattatore universale.

Montare obiettivi e ottica Canon su Raspberry Pi

Per quanto riguarda l’ottica e obiettivi Canon esiste in commercio questo adattatore che permette di montare tutti gli obiettivi di questo genere sull’adattatore universale di tipo C.

Fotodiox Pro – Adattatore di montaggio con apertura grande per obiettivo C Mount

Con questo adattatore potrete montare i vostri obiettivi Canon direttamente su Raspberry

 

Montare obiettivi e ottica Nikon su Raspberry Pi

Per quanto riguarda obiettivi e ottica NIkon, esiste anche qui un adattatore universale.

Fotodiox Pro NikG-CMount-Pro

Altre applicazioni – Fotografia su Microscopi

Un’altra interessante applicazione è quella di poter acquisire le immagini direttamente dall’ottica di un microscopio, in modo da poter poi far delle analisi di immagini successivamente. Questo grazie proprio all’adattatore C-mount

Conclusioni

Spero che questo articolo vi sia stato utile per prendere spunto ed informazioni utili per i vostri progetti. Per chi volesse inviare il suo progetto o le sue esperienze in merito, saremmo lieti di pubblicarle a vostro nome (potete inviare una mail o contattarmi tramite il modulo).

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