Encyklopedia FPV(2)

Poprzednia Część I http://fpvdrones.pl/?q=node/4

aktualizacja: 20120808 15:31

6. Kamery video (analog) - czyli oczy pilota
Dostępne np tu:

http://www.securitycamera2000.com

Kamera to jeden z ważniejszych elementów systemu FPV, m.in. od jakości obrazu jaki przekazuje zależy czy pilot na ziemi będzie w stanie pilotować zdalnie maszynę. Stosujemy kamery analogowe CCD z wyjściem Video zazwyczaj stosowane w TV Przemysłowej CCTV.
Pracujące w systemie NTSC lub PAL (w tym samym systemie musi tez pracować nadajnik video jak i monitor/google na ziemi). W Europie popularny jest system PAL, w USA, Chiny będą dostępne NTSC dla tego nalezy zwrócić uwagę podczas zakupu w jakim systemie pracuje kamera.

Kamery jakie stosujemy w FPV to w większości przypadków kamery przemysłowe CCD. Poniżej kamerka w obudowie, z której wymontowujemy płytke z kamera"
Fot. securitycamera2000.com
ObrazekObrazekObrazek

UWAGA!
Kamerę którą używamy do pilotowania modelu montujemy stabilnie do kadłuba/ramy modelu. W sposób uniemożliwiający np. zmianę położenia obiektywu na wskutek silnego przeciążenia, jakiemu może być poddana cała konstrukcja podczas akrobacji w powietrzu. Zaniedbanie mocowania kamery lub pozostawienie ruchomego obiektywu może mieć przykre konsekwencje - dezorientacja pilota i utrata modelu.
Doświadczeni Piloci samolotów/parapetów itp. stosują czasem obrotowe głowice z kamerą. Pozwala to zaobserwować np. pracę usterzenia, spojrzeć w "bok" :) jak przez okno. Stosuje się tego typu rozwiązania jednak w modelach które nie wymagają pernamentnej kontroli lotu - odradzam tego typu rozwiązania w Helikach bez automatycznej stabilizacji.

Poniżej film demonstrujący przypadkowe odchylenie "ruchomego" obiektywu kamery Sony Bloggie PM5 (w 2 min filmu YT) podczas wychodzenia z nurkowania Helikoptera Gaui 550 z 105m na 80m.

(model Heli Gaui550 - z silnymi wibracjami pochodzącymi od zbyt luźnego mocowania łopat w okuciach, aktualnie wyeliminowano wibracje)
Udało się szczęśliwie wrócić, orientację w powietrzu pomógł zachować sztuczny horyzont, od 60m sprowadzony już bez użycia podglądu na OSD tylko obserwując model w powietrzu...

WDR - Wide Dynamic Range (Szeroki Zakres Dynamiki) - w dużym skrócie duża dynamika oferuje możliwość obserwacji kamerą m.in. "pod światło" - czyli w sytuacji gdy jeden fragment obrazu jest mocno prześwietlony w stosunku do innego. Bardzo ważne dla pilotów FPV gdy staramy się wrócić na lądowisko pod słońce. Parametry WDR oraz inne ustawienia kamery powinny być testowane i konfigurowane przed lotem.

Co to TVL? zacytuję:

http://www.videoaudio.pl/forum/index.php?showtopic=6860

"TVL - Linie (poziomej) rozdzielczości (ang. "Lines of (horizontal) resolution") zwane też "TV lines per picture height", w skrócie TVL, TVL/PH, TVLh lub LoHR. Jest to pojęcie stosowane powszechnie w przypadku analogowych sygnałów wideo i urządzeń stosowanych do ich odtwarzania. Jest to ilość możliwych do rozróżnienia pionowych linii obrazu przy założeniu, że szerokość ekranu (w zwykłych jednostkach długości, np. centymetrach lub calach) jest równa jego wysokości (tzn. ekran jest kwadratowy). Jeśli np. w instrukcji obsługi telewizora (załóżmy że jest to tradycyjny odbiornik kineskopowy czyli CRT) mamy podaną wartość TVL=450, a ekran ma proprcje 4:3 (jak prawie wszystkie telewizory CRT), to może on wyświetlić maksymalnie 450*(4/3)=600 linii pionowych."

Jak wynika z powyższego tekstu nie ma sensu inwestować w kamery powyżej 600TVL, ze względu na ograniczenia monitorów LCD (AV) oraz problemy które mogą wystąpić z systemami OSD (brak synchronizacji).

Rozdzielczość TVL:
420TVL - słaba jakość obrazu
520TVL - OK
600TVL - OK
650TVL - możliwe problemy z OSD czasem zgłaszane na forach
700TVL - możliwe problemy z OSD czasem zgłaszane na forach

------
Uwaga: kolegi Rurek z forum rc-fpv.pl
Prawda jest taka że przetwornik w kamerze może mieć 700TVL i więcej (skądinąd kolejne zmyślone pojęcie - przez "monitoringowców" i branżę kamerek płytkowych do monitoringu - parametr TVL) , procesor DSP znajdujący się za przetwornikiem lepiej sobie radzi z przetworzeniem większej ilości informacji co przekłada się na lepszy wynikowy obraz. Ostatecznie na końcu kamerka za wszystkimi szpejami elektronicznymi wypluwa sygnał PAL/NTSC zgodny z normami i nie ma tu miejsca na żadne "za dużo linii". Zawsze będzie dla PAL i Europy 625 linii poziomych i niemierzalna (w związku z analogowym przebiegiem sygnału w czasie) rozdzielczość "pozioma" czyli hipotetyczna ilość punktów (czy też linii pionowych)
BTW jakąś bzdurą jest TVL jeszcze z jednego powodu - przetwornik w kamerze CCD jest analogowy i nie zawiera w związku z taką swoją konstrukcją żadnej rozdzielczości w poziomie, tam się nic nie próbkuje.

Najważniejsze funkcje kamer i ich opis (nie oznacza, że są dostępne we wszystkich kamerach):

WDR - Wide Dynamic Range (Szeroki Zakres Dynamiki) wyrównywanie różnic poziomu oświetlenia pomiędzy obiektem a tłem. Umożliwia np. obserwację pod słońce lub reflektory.
OSD - wyświetlanie menu konfiguracyjne kamery na ekranie, alternatywą są przełączniki poszczególnych funkcji na tylnym panelu kamery.
ATW (Auto Tracing White Balance) - automatyczne trasowanie bieli - funkcja kamer kolorowych, w których kamera cały czas monitoruje światło i dostosowuje kolor, aby utrzymać białe obszary. Kamery z tą funkcją automatycznie dostosowują ustawienia koloru w celu osiągnięcia jednolitej jakości w białych obszarach obrazu.
AWB - kolor biały kolor jest wykrywany i balansowany automatycznie, status ustawienia jest zapisany w momencie włączenia tej funkcji. Jest odpowiedni dla środowiska o niewielkich zmianach temperatury oświetlenia.
AWC - zapamiętanie przez kamerę wzorcowego białego przedmiotu. Gdy warunki oświetlenia ulegną zmianie należy przeprowadzić kolejną kalibrację.
AGC (Automatic Gain Control) - automatyczna regulacja wzmocnienia, utrzymuje stały poziom sygnału wyjściowego zwiększając tym samym odstęp sygnał–szum, obraz jest bardziej wyraźny lecz traci na naturalności. Wyłączenie powoduje poprawę naturalności, ale zwiększenie zaszumienia.
BLC (Backlight Compensation) - kontrola światła wstecznego - automatycznie dostosowuje wyrównanie jasnego światła tak aby dać więcej szczegółów na ciemnych obszarach obrazu. Dobrym przykładem może być skupienie się na szczegółach twarzy osoby, która oświetlona jest światłem słonecznym z tyłu.
HLC - Zasłonięcie prześwietlonych punktów na obrazie.
AES (Auto Electronic Shutter) - automatyczna elektroniczna migawka - system ten stosowany jest najczęściej w kamerze w celu dostosowania zmian oświetlenia bez użycia obiektywu auto - iris.
DNR (Digital Noise Reduction) - cyfrowa redukcja szumów - to system, który z łatwością zmniejsza przypadkowy, jak i również stały szum, tym samym zapewnia wysoki stosunek sygnału do szumu. DNR w wersji 3D porównuje klatkę obrazu do następującej po niej. Jeśli w rezultacie tej analizy znajdzie różnicę pomiędzy obrazami wynikającą z zakłóceń o charakterze szumowym, to usuwa mikroskopijne fragmenty, zastępując je punktami z klatki o lepszej jakości.

-------

obiektywy:
Zalecane szerokokątne z przedziału od F=2,5 do F=3,6 ; oczywiście dla Copterów / Heli im szerszy kąt tym lepiej, dla "parapetów" już niekoniecznie.
Co decyduje o kącie ? :) Między innymi F - ogniskowa.
rys. Autor na podstawie danych producentów/sklepów
Obrazek

Uwaga, sklepy różnie podają obiektywy dla kamer mini 12mm / 13mm
rys. Autor na podstawie danych z internetu
Obrazek

Im szerszy kat widzenia tym większe pole obejmujemy wzrokiem w bezpośredniej bliskości kamery. Dzięki szerokiemu kątowi możemy dostrzec przeszkody w pobliżu modelu np. drzewa, budynki, których nie moglibyśmy zauważyć dysponując zwykłym standardowym obiektywem np. 3,6mm. Gdybyśmy siedzieli na pokładzie modelu dysponowalibyśmy dwoma parami oczu - dużo szersze pole widzenia niż jedno oko - oraz możliwością kręcenia głową na boki :). Dosyć trudno wykonywać lot pomiędzy przeszkodami "rozglądając się" modelem na boki, gdy nie odczuwamy przeciążeń i nasz błędnik nie podpowiada nam że spoglądając w bok zaczynamy się cofać.
Szeroki kąt nam to w pewnym sensie umożliwia - szerokie patrzenie przed model.

Dla czego szeroki kąt dla copterów / heli ? Dla tego iż w odróżnieniu od samolotów czy parapetów potrafią latać również bokiem co niestety nie zawsze można w porę "wykryć" patrząc na obraz z kamery z wąskim kątem. Samolot jeżeli już leci to na 95% przypadków z stałą prędkością przed siebie (tak wiem są wyjątki ;) hamowanie - aerodynamika), nie potrafi lecieć bokiem, nie grozi nam więc zawadzenie skrzydłem w zawisie o drzewo lub inną przeszkodę.

Ze względu na szeroki kat pojawiają się też zniekształcenia obrazu. Im szerszy kąt tym obraz jest "wycinany" z kawałka sfery o mniejszym promieniu, powoduje to silne odkształcenia prostych linii zwłaszcza przebiegających z boku obrazu (Dystorsja -

http://pl.wikipedia.org/wiki/Dystorsja

). W aparatach cyfrowych stosuje się zaawansowaną optykę oraz procesory obrazu, w kamerach przemysłowych mamy tylko jedno szkiełko i prostą analogową kamerę.
rys. Autor (poglądowy w przybliżeniu)
Obrazek

Poniżej przykład zastosowania obiektywów o różnej ogniskowej z wskazaniem obszaru roboczego.
Fot. Autor (poglądowy w przybliżeniu)
Obrazek

Mały test z kamerą GoPro, niestety obiektyw o stałej ogniskowej ale stanowi dobry przykład dystrosji beczkowatej obrazu (

http://pl.wikipedia.org/wiki/Dystorsja

).
Fot. Autor + Maciek S.
ObrazekObrazek
ObrazekObrazek

---------------------------------------------------------------------------------

8. IMU/AHI ?
IMU - Inertial Measurement Unit, system informujący o położeniu w przestrzeni - jest potrzebne aby wyliczyć sztuczny horyzont
(inaczej w efekcie końcowym dla FPV otrzymujemy tzw. sztuczny horyzont)

Nie wszystkie systemy OSD posiadają możliwość samodzielnego generowania Horyzontu. Podawany w opisie OSD Remzibi dysponuje jedynie wejściem TX z którego czyta informacje o współrzędnych na ekranie na których ma wyświetlać Horyzont. Dane o pozycji Horyzontu do OSD przekazuje zewnętrzny moduł. W swoich kompilacjach użyłem płytki Multiwii by Kuki (0.6) wraz z modyfikowanym kodem 1.9 Multiwii by Pirzol.
Reasumując - płytka multiwii dysponuje czujnikami gyro oraz accelerometr, których pomiary są odczytywane przez program i wysyłane do OSD.
Zmiana orientacji płytki (zamontowanie bokiem, lub do góry nogami - wymaga zmiany w kodzie pozycji czujników)

program do multiwii + IMU
uwaga: w kodzie ustawiono orientacje czujników gyro i acc - "płytka do góry nogami"

http://www.fpvdrones.pl/galerie/heli/multiwii ... 120430.zip

Poniżej ekran aplikacji do konfiguracji płytki Multiwii (niezbędny do np. ustawienia orientacji czujników i sprawdzenia poprawności działania) oraz sama płytka w wersji 0.6
Fot. Kuki/Autor
ObrazekObrazek

płytka multiwii zainstalowana na KDS 450SV (zielona nad odbiornikiem), oraz w roli kontrolera gimbala
Fot. Autor
ObrazekObrazek

--------------------------------------------------------------------
9. GPS - RTH z satelity

GPS - "Global Positioning System" Zbudowany przez Armię USA - Departament Obrony Stanów Zjednoczonych, obejmujący swoim zasięgiem całą kulę ziemską -system globalnej nawigacji, umożliwia precyzyjnie określenie położenia obiektu na globie ziemskim, za pomocą sygnałów przesyłanych przez satelity (31) krążące wokół ziemi. Do prawidłowego określenia lokalizacji jest wymagane minimum 3 satelity.
W zastosowaniach FPV interesuje nas zwiększona precyzja minimum 8-9 (z max. widocznych 12).

Wikipedia:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Global_Pos ... .C5.82ania

Fot. Wikipedia, Autor
ObrazekObrazek

Za pomocą modułów GPS możemy określać:
- wysokość - jedynie zgrubnie pod warunkiem, że obiekt jest w ruchu,
- prędkość obiektu,
- położenie geograficzne N/E - pomocne gdy zgubimy model, szukamy na podstawie zapisu video z OSD itp...
- elektroniczny kompas - wskazujący kierunek na lądowisko
- czas
- RTH - Return to Home - autopilot

RTH - Return to Home - autopilot
System przejmujący pilotowanie maszyny, współpracujący z GPS. Za jego pomocą w przypadku utraty sygnału sterującego z ziemi lub na podstawie innych warunków - model jest kierowany do zdefiniowanego punktu na kuli ziemskiej. Dostępne są systemy w zasadzie na każdy typ maszyny latającej, znaczącym ograniczeniem jest cena (przynajmniej w przypadku Helikopterów) ... Proste systemy RTH nie potrafią określić np ilości energii niezbędnej do powrotu - może jej więc zabraknąć, wymagają również myślenia od programującego je Pilota. Jeżeli zaprogramujemy dane nawigacyjne "HOME" będąc np w domu w Krakowie a wystartujemy z lotniska w Warszawie i utracimy połączenie z modelem... to model poleci na współrzędne HOME w Krakowie. :D kiedyś był taki przypadek opisywany "VAT".

przykładowy moduł RTH z OSD itp..

http://www.fpvflying.com/products/RC-Fl ... -unit.html

Fot. fpvflying.com
ObrazekObrazek

---------------------------------------------------------------------------------

10. Na ziemi - Stacja bazowa, google ?
Stacja bazowa czyli niezbędnik na ziemi pilota FPV. Co może zawierać stacja bazowa:
- odbiornik Video RX (zgodny z nadajnikiem na pokładzie modelu)
- złącze do anteny / antene odbiornika video
- monitor LCD (odporny na brak sygnału AV lub słaby poziom - brak bluescreen)
- zasilania w/w elementów akumulator Li-Pol lub Pb / zasilacz
- walizka na powyższe graty
opcjonalne
- rejestrator video AV
- statyw

rys. poglądowy
Fot. Autor
Obrazek

Polecam na początek zakup monitora LCD z demobilu. Używany monitor LCD 7"-11" można kupić od 50-150zł co stanowi około 1/10 ceny googli LCD.
Powyżej widać monitor który w zasadzie jest zestawem DVD :), kupiony jako uszkodzony (nie działa DVD) ale doskonale czyta filmy z Pendriva jak i wyświetla na ekranie LCD z wejścia AV. Dodatkowo posiada regulację jasności - przydatne w polu i dużym słońcu.

- Google / LCD FPV
Inaczej specjalne okulary w których zamiast szkieł mamy mini ekrany LCD. Podobnie jak w standardowych ekranach mamy różną nominalną rozdzielczość jaką są w stanie pokazać nam wbudowane ekrany LCD. Należy wiec uważać "na okazje", czasem lepszy jest używany zwykły monitor LCD niż google z rozdzielczością 320x240 pikseli.

Ceny zestawów zawierają się pomiędzy 290 - 400 $. W zestawie otrzymujemy, google, [opcja] odbiornik Video RX, [opcja] nadajnik video Tx.

Google mają oprócz ceny jeszcze inne wady:
- cena,
- dla pilotów noszących okulary trudno stosować szkła korekcyjne,
- gdy zachodzi potrzeba szybkiego zdjęcia googli i zlokalizowania modelu w powietrzu (awaria video itp), nasze oczy muszą się dostosować do nowych warunków oświetleniowych co zajmuje cenny czas...,
- pomimo dwóch ekranów LCD nie generują obrazu 3D.

W sklepach FPV szukamy "Headset System"
Fot. Hobbyking/Foxtechfpv
ObrazekObrazekObrazekObrazek

- Diversity
Moduł elektroniczny analizujący jakość sygnału Video przesyłanego z pokładu modelu (stosujemy wtedy dwa nadajniki i odbiorniki video pracujące równolegle na różnych częstotliwościach). Moduł diversity automatycznie wybiera sygnał o najlepszym parametrze i podaje go na monitor LCD. Instalujemy go w bazie - "na ziemi".

http://www.rangevideo.com/index.php?mai ... cts_id=216

Fot. rangevideo.com
Obrazek

- Recorder - Nagrywamy + kamery HD

Latamy już FPV, podziwiamy widoki z góry i ... pasuje się pochwalić rodzinie i znajomym :P.
W brew pozorom rejestrator video lotu nie służy tylko promocji własnych osiągnięć. Dzięki rejestratorowi w stacji bazowej mamy swego rodzaju czarną skrzynkę w której zapisujemy przebieg lotu.
Jeżeli utracimy nasz model, gdzieś spadnie i sie rozbije, to dzięki zapisanym informacjom na filmie możemy znaleźć jego ostatnią pozycję z GPS (zakładając że link video działał do końca).

zapis video z przebiegu lotu, dwa podejścia:
- na pokładzie modelu
- na ziemi w stacji bazowej

Pierwsze podejście na pokładzie modelu.
Kilka minusów, gdy stracimy model nasza skrzynka równiez przepadnie, ponadto często wibracje (heli)mogą wpływać ujemnie na jakość materiału filmowego.
Niewątpliwą zaletą jest jednak fakt, iż gdy zastosujemy lekką kamerkę HD otrzymamy wspaniałe zdjecia i filmy z powietrza. Zapis realizowany na kartach SD lub innych nośnikach danych. Rozdzielczość zależy od kamery, FULL HD to już chyba standard (Helikowcom polecam 720P 60fps - minimalizujemy jednak wibracje czyli wszystko wyważone).

przykłady lekkich kamer:

- Sony Bloggie PM5 (Full HD, +720p 60fps)
Fot. Autor
Obrazek
ObrazekObrazek

- HD HERO2 (full HD)
fot. gopro.com
Obrazek
fot. MaciekS
ObrazekObrazek

- Horyzon HD 1080p

http://www.foxtechfpv.com/horyzonhd-ful ... p-567.html

fot. foxtechfpv.com
Obrazek

- HD Wing Camera 1280x720p 30fps 5MP CMOS
Fot. hobbyking.com
Obrazek


- HD Wing Camera II - Full HD 1920x1080P 30FPS
Fot. hobbyking.com
Obrazek

- Turnigy KeyChain Camera w/o memory card
Fot. Hobbyking
Obrazek

- JVC GC-XA1 ADIXXION (nowość: stabilizacja obrazu, waży jedynie 126 gramów)
Fot. JVC
ObrazekObrazek

itp. możliwości i wersji lekkich kamer jest dużo :)

Odradzam stosowanie równoległe kamery HD do zapisu materiału oraz do pilotowania maszyny. Część kamer daje taką możliwość, np. Sony Bloggie PM5 (posiada wyjście Video), jednak opóźnienia jakie występują w transformacji obrazu cyfrowy/analog w znacznym stopniu utrudniają pilotowanie maszyny On-LINE. Inne minusy np. przechodzenie w "tryb USB" lub wyłączenie się ze względu na słaby akumulator itp. przypadki pokazano powyżej w rozdziale "Kamery video".
Przykład opóźnień widać na poniższym filmie:

Drugie podejście - zapis na ziemi w stacji bazowej

Bardzo często stosowany równolegle z pierwszym podejściem. Materiały zapisane w stacji bazowej nie ulegną zniszczeniu na wskutek katastrofy modelu. Stanowią zabezpieczenie pilota w sytuacjach
gdy utraci sterowanie modelem (zapisana lokalizacja GPS na filmie video). Ze względu na transmisję analogowego sygnału video poprzez link radiowy jego jakość nie jest zachwycająca - w sumie to tylko czarna skrzynka.
Jednak zapis video z lotu oraz informacje OSD pokazywane na ekranie - czas lotu, dystans , wysokość czy prędkość stanowią również dużą atrakcje dla zainteresowanych tematem FPV.

Na czym nagrywać na ziemi - w stacji bazowej ? Na wszystkim co potrafi zapisać analogowy sygnał Video PAL. Nośnikiem są kasety DV, karty pamięci, pendriv, wszystko zależy od rodzaju rejestratora jaki użyliśmy. Rozdzielczość ograniczona jakością analogowego sygnału, zazwyczaj 640x480pix.
Przykłady:

- Manta HD2000 (zapis na Pendrive, HDD, SD)
Fot. Autor
Obrazek

- Kamery mini-DV itp.
diem znalazł - link do listy kamer z wejściem Video AV przez które możemy nagrywać. Od siebie dodam że większość kamer z oznaczeniem "i" posiada taką możliwość. przed zakupem jednak radzę sprawdzić kartę katalogową producenta, często właściciel kamery nie wie o jej możliwościach.

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1070357

Fot. Sony
Obrazek

- Portable D1 AV Recorder
Coraz wiecej tego typu urządzeń pojawia się na rynku...
Fot. Foxtechfpv.com
Obrazek

- Notebook + sprzęt w postaci USB Video Graber
zapis do pliku za pomocą programów:
* programem VLC

http://www.videolan.org

* programem Polskiej produkcji - breweryhills , dedykowanym do zadań FPV

http://rc-fpv.pl/viewtopic.php?t=4080&start=0

Fot. Autor + HP + China
Obrazek

itp. itd... wszystko co zapisuje Analogowy sygnał Video na dowolnym nośniku...

---------------------------------------------

cdn...

Ciag dalszy w Części III http://fpvdrones.pl/?q=node/6