Publié le 9 janvier 2023 - par

De nouvelles caméras 12 MegaPixels autofocus HDR pour le Raspberry Pi

Ce lundi 9 janvier 2023 la Fondation annonce la sortie de nouveaux modules de caméra Raspberry Pi version 3. Il y a quatre variantes différentes du module Caméra 3, en fait au prix habituel de 25 $ (les anglo saxons parlent en hors taxe). Voici la traduction d’un article paru sur le blog Raspberry Pi.

Caméras 12Mpx Autofocus v3 pour le Raspberry Pi

Il y a des modules caméra sensibles à la lumière visible et à l’infrarouge, avec un champ de vision standard ou large (FoV). Et à la place de l’optique à mise au point fixe de ses prédécesseurs, le module Caméra 3 offre un autofocus motorisé – que beaucoup d’entre vous ont demandé – permettant de prendre des images nettes d’objets de 5 cm à l’infini. Il y a une démo vidéo plus bas sur la page.

Une fois de plus, c’est Sony qui a collaboré au développement, cette fois en utilisant leur capteur IMX708 à rétroéclairage qui offre une résolution supérieure (douze millions de pixels), un pixel au design plus grand et plus sensible et le support pour l’imagerie à grande plage dynamique (HDR).

Raspberry Pi Camera Module 3

Le module CaméraPi était le tout premier accessoire officiel Raspberry Pi. Lancé en 2013, il a été un succès immédiat. Plus tard cette année-là la variante infrarouge NoIR est sortie. Le module de caméra 2, construit autour du capteur d’image CMOS de 8 mégapixels IMX219 de Sony, a été lancé en 2016 et a beaucoup servi depuis, avec plus de deux millions d’unités vendues, il est devenu le produit phare le plus durable.

Mais le temps passe et la technologie de capteur d’image CMOS avance.

Camera Module 3 Camera Module 3 Wide

La Fondation a pu maintenir le prix de 25 $ pour les variantes à champ de vision standard. Les variantes à champ de vision large ont une optique plus complexe et plus chère et sont vendues 35 $.

Camera Module 3 NoIR Camera Module 3 NoIR Wide

Examinons ces fonctionnalités en détail.

Résolution supérieure avec de plus grands pixels

Comparativement au capteur IMX219 de 3280×2464 (8,1 mégapixels) avec ses pixels de 1,12 µm, l’IMX708 offre une résolution de 4608×2592 (11,9 mégapixels) avec des pixels de 1,40 µm. La résolution horizontale supérieure implique une capacité à saisir des détails plus fins, le format 16:9 permet de capturer des vidéos HD qui utilisent toute la zone de capteur et les pixels plus grands ainsi qu’une architectureplus moderne, se traduisent par une sensibilité supérieure et une meilleure performance en faible luminosité.

Options de champ de vision

Les modules à champ de vision standard du module Caméra 3 offrent un champ de vision de 66° (horizontal), qui est proche du champ de vision de 62° de son prédécesseur; pour ces variantes, la résolution linéaire supérieure de l’IMX708 se traduit directement en une résolution angulaire supérieure et une image plus détaillée. Voici quelques photographies de comparaison pour que vous puissiez voir la différence entre les champs de vision standard et larges.

Un jour d’hiver à Ely

Le même jour d’hiver à Ely, avec un grand angle

Les Modules Grand Angle offrent un champ de vision de 102° (horizontal), ils étendent la résolution linéaire supérieure de l’IMX708 sur un angle plus large, ce qui donne une résolution angulaire légèrement inférieure à celle du module de Caméra 2, mais permet de nouvelles applications intéressantes, y compris le panoramique numérique.

Autofocus

Tous les modules de caméra de la Fondation avaient jusqu’à présent une optique à mise au point fixe : un ensemble statique de lentilles optimisées pour une mise au point à l’infini, mais capable de produire une image raisonnablement nette d’objets aussi proches qu’un mètre.

Le module Caméra 3 introduit pour la première fois un l’autofocus motorisé. L’ensemble de lentilles est monté sur un actionneur à bobine, ce qui permet de le déplacer vers l’avant et vers l’arrière par rapport au capteur jusqu’à ce qu’une zone sélectionnée (par défaut le milieu) de la scène soit parfaitement mise au point. Voici une démo rapide.

Pour sélectionner la position appropriée de l’objectif, la Caméra utilise les capacités de l’autofocus par détection de phase (PDAF) du capteur IMX708, et se rabat sur l’algorithme d’autofocus par détection de contraste (CDAF) si le résultat PDAF n’est pas fiable. L’avantage du PDAF est qu’il permet d’exécuter l’algorithme d’autofocus en continu pendant l’enregistrement vidéo, en maintenant une mise au point optimale lorsque la caméra et les objets de la scène bougent.

Gamme dynamique élevée HDR

C’est sans doute la fonctionnalité la plus intéressante du module Caméra 3.

Un capteur d’images capture une image en comptant le nombre de photons qui frappent chaque pixel pendant un certain temps d’exposition. Le choix du temps d’exposition est important : pour une scène sombre, nous voulons une exposition longue pour capturer les détails peu éclairés avec le meilleur rapport signal/bruit possible, tandis que pour une scène lumineuse, nous voulons une exposition courte pour éviter de saturer le capteur et de faire exploser l’image.

Pour une scène comportant à la fois des zones claires et des zones sombres (une scène à gamme dynamique élevée), il n’existe pas nécessairement un seul bon choix de temps d’exposition : vous êtes confronté à un choix difficile entre des zones claires surexposées et la des zones sombres sous-exposées. Les capteurs à gamme dynamique élevée (HDR) comme le IMX708 s’attaquent à ce problème en prenant plusieurs expositions simultanées avec des temps d’exposition différents. On peut ensuite sélectionner l’exposition qui capture le mieux les détails de chaque région de l’image, et appliquer un processus de cartographie des tons pour comprimer la gamme dynamique du résultat pour l’affichage ou le stockage.

Les images résultantes ont un quart de la résolution d’une photo non HDR, mais les résultats parlent d’eux-mêmes.

Intérieur sous-exposé pour capturer les détails extérieurs

L’extérieur est correctement exposé ; les détails extérieurs sont « grillés »

L’image HDR capture simultanément les détails intérieurs et extérieurs.

Caméra haute qualité avec monture M12

Lancée en 2020, la caméra haute qualité Raspberry Pi HQ prend en charge les objectifs interchangeables aux normes des montures C et CS. Certains clients industriels ont ajouté des adaptateurs pour leur permettre d’utiliser des objectifs à monture M12 car les objectifs fisheye et autres objectifs spécialisés sont plus facilement disponibles dans ce format.

Pour mieux soutenir ces clients, la Fondation lance aujourd’hui une variante de la caméra haute qualité avec une monture M12 native à 50 $. Cela élimine le besoin d’un adaptateur et permet de prendre en charge une sélection beaucoup plus large d’objectifs grâce à la flexibilité accrue du back focus.

Compatibilité

Le module Caméra 3 est compatible avec tous les ordinateurs Raspberry Pi dotés de connecteurs CSI, c’est-à-dire tous sauf le Raspberry Pi 400 et la version de lancement 2016 du Pi Zero. Les dimensions de la carte et les positions des trous de montage sont identiques à celles du module Caméra 2. En raison de changements dans la taille et la position du module de capteur, il n’est pas mécaniquement compatible avec le couvercle de la caméra pour le boîtier Raspberry Pi Zero.

Le nouveau module Caméra 3 n’est pris en charge que par l’environnement logiciel récent libcamera et par la version bêta de Picamera2 basée sur libcamera sous Raspberry Pi OS Bullseye, et pas par l’ancienne pile de gestion de caméras à code fermé. Vous devrez vous assurer que vous disposez de la dernière version du logiciel avant de vous lancer, car seule la dernière version prend en charge l’autofocus. Mais ne vous inquiétez pas, la documentation matérielle et logicielle a été mise à jour pour vous aider à démarrer, y compris la documentation sur notre bibliothèque Picamera2.

Crédits

Le matériel du Camera Module 3 et la caméra HQ mise à jour ont été conçus par Simon Martin. Naush Patuck, Nick Hollinghurst, David Plowman, Serge Schneider et Dave Stevenson ont écrit le logiciel. Alasdair Allan, David Plowman, Andrew Scheller et Liz Upton ont travaillé sur la documentation. Austin Su s’est occupé de l’approvisionnement. Jack Willis a conçu l’emballage, et Brian O Halloran (non fourni avec l’appareil photo) a pris les superbes photos.

Merci à Phil Holden et John Conroy de Sony, Chongqing TS-Precision Technology et Shenzhen O-HN Optoelectronic pour leur aide.

Conclusion

Avec cette gamme de caméras, vous allez pouvoir améliorer les résultats des prises de vue, en particulier grâce à l’autofocus.

Ces modèles sont disponibles en France chez Kubii :

Caméra v3  normale  –   Caméra v3 normale Grand angle

Caméra v3 Infrarouge –  Caméra v3 Infrarouge Grand angle

Sources

New autofocus camera modules!

https://www.raspberrypi.com/documentation/accessories/camera.html#hardware-specification

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À propos François MOCQ

Électronicien d'origine, devenu informaticien, et passionné de nouvelles technologies, formateur en maintenance informatique puis en Réseau et Télécommunications. Dès son arrivée sur le marché, le potentiel offert par Raspberry Pi m’a enthousiasmé j'ai rapidement créé un blog dédié à ce nano-ordinateur (www.framboise314.fr) pour partager cette passion. Auteur de plusieurs livres sur le Raspberry Pi publiés aux Editions ENI.

5 réflexions au sujet de « De nouvelles caméras 12 MegaPixels autofocus HDR pour le Raspberry Pi »

  1. Arnauld

    Bonjour,

    Merci pour cette introduction. Je me pose la question du maniement de l’autofocus. En effet j’utilise actuellement (et utiliserai eventuellement cette dernière version) la Picam avec deux logiciels, Motioneye et Pikrellcam, surtout pour filmer mon jardin et les petits oiseaux (et quelques autres animaux) qui s’y trouvent, rien de bien professionnel donc.

    L’autofocus est il automatisé ?

    Merci,

    Arnauld

    Répondre
  2. Joe

    Merci pour cet article.

    Question bête : les modèle infra-rouges ne peuvent servir *que* dans des conditions de nuit/noir ou bien elles peuvent aussi servir aussi en conditions normales (jour, éclairage…) ?

    Vu que leur prix sont identiques j’ai l’impression qu’elles peuvent ne servir qu’un seul cas d’usage à la fois (jour *ou* nuit).

    J.

    Répondre
    1. François MOCQ Auteur de l’article

      bonjour
      il n’y a pas de question bête !
      Une caméra « normale » est une caméra qui reçoit toute la bande lumière visible y compris l’infra rouge !
      Pour qu’elle donne une image « normale » avec des couleurs « habituelles » les fabricants placent un filtre infrarouge devant le capteur
      Ce filtre élimine l’infrarouge et on a des couleurs « réelles », enfin, les mêmes que les couleurs vues par un oeil humain
      Pour faire une caméra infrarouge, on ne met pas ce filtre (ou on l’enlève s’il est déjà en place)
      De ce fait la caméra recoit les longueurs d’onde IR. Attention, il faut éclairer la scène avec des LEDs IR pour voir quelque chose, on ne fait pas de la thermographie
      mais bien de la prise de vue classique. Donc de nuit (dans le noir) et si la scène est éclairée en IR (lumière invisible par l’humain) la caméra IR filme des images plutot en noir et blanc
      De jour, la caméra filme la lumière visible, mais comme il n’y a pas d’infrarouge, elle filme aussi l’IR et on a des images avec des teintes bizarres allant vers de tons violets (je suis daltonien, désolé)
      Ensuite avec des filtres de couleur on peut capturer certaine couleurs de l’infrarouge réfléchies par les plantes qui permettent par exemple de se faire un idée de leur état de santé…
      https://digital-photography-school.com/20-stunning-infrared-photographs/
      cdt
      francois

      Répondre
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