Bildverarbeitung mit Raspberry Pi und Webcam

Einleitung und Ziel

Die Aufgabe Bildverarbeitung mit Raspberry Pi und Webcam, Weitergabe der Kamera-Objektliste über CAN, Modellbasierte Entwicklung über Matlab/Simulink gliedert sich in die folgenden Teilaufgaben:

• Bildverarbeitung in Matlab/Simulink,
• CAN-Schnittstelle,
• Test,
• Planung und
• Dokumentation.

Das Ziel der Aufgabe ist die Aufzeichnung der Fahrbahn mit der Webcam. Die aufgenommen Bilder werden auf dem Raspberry Pi weiterverarbeitet und die Spurinformationen werden aus der aufgenommenen Fahrbahn extrahiert. Die Spurinformationen werden anschließend über den CAN-Bus ausgegeben.

Verwendete Hardware

Zur Umsetzung der Aufgabe wurde ein Raspberry Pi Modell B, eine Logitech HD Webcam C310, ein Micro-USB Netzteil und ein Netzwerkkabel verwendet. Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau und wie die einzelnen Komponenten miteinander verbunden sein müssen.

Versuchsaufbau zur Fahrspuridentifizierung mit Raspberry Pi und Webcam

Die eingesetzte Hardware wird in den folgenden Kapiteln beschrieben.

Raspberry Pi

Der Raspberry Pi ist ein Ein-Platinen PC in der Größe einer Kreditkarte. Es wird ein ARMv6-Prozessor mit 700MHz, 512MB Arbeitsspeicher und eine Broadcom VideoCore IV GPU eingesetzt. Zur Verbindung mit Peripheriegeräten verfüht der Raspberry Pi Modell B über zwei USB 2.0 Anschlüsse, einer RJ45 Büchse zur Verbindung mit 10/100MBit Ethernet, einer 3,5mm Klinkenbuchse als Audioausgang, einem Composite Video-Ausgang, einem HDMI-Ausgang, 21 GPIO-Pins und einem SD-/MMC-Karten Slot. Die Stromversorgung des Raspberry Pi wird über eine Micro-USB Buchse hergestellt. Zum Betrieb sind mindestens 700mA notwendig, weshalb eine USB 2.0 Schnittstelle nicht ausreicht, da diese nur 500mA zur Verfügung stellt. Daher ist ein externes Netzteil erforderlich. Das Betriebssystem des Raspberry Pi wird mit einem PC auf eine SD-Karte geladen. Es stehen verschiedene Linux-Distributionen als Betriebssystem zur Verfügung, die frei heruntergeladen werden können. Zur Verwendung des Raspberry Pi mit Matlab/Simulink wird bei der Konfiguration von Matlab ein Betriebssystem auf eine SD-Karte geladen. Die Einrichtung des Raspberry Pi und die Matlab Konfiguration werden unter Punkt XYZ beschrieben.

Webcam

Als Webcam wird die Logitech HD Webcam C310 eingesetzt. Diese hat eine Auflösung von 1280x720 Pixel für Videos und kann Bilder mit einer Auflösung von bis zu 5 Megapixeln aufnehmen. Zusätzlich verügt die Kamera über ein integriertes Mikrofon. Über eine USB 2.0 Schnittstelle wird die Webcam mit dem Computer verbunden.

Einrichtung von Matlab/Simulink und des Raspberry Pi

Zur Verwednung des Raspberry Pi mit Matlab/Simulink muss Matalb 2013a oder neuer installiert sein. Das Simulink Support Package for Raspberry Pi Hardware enthält die Simulink-Blöcke zur Programmierung des Raspberry Pi. Einen guten ersten Einstieg in die Verwendung des Raspberry Pi mit Matlab/Simulink bietet das Mathworks Webinar Raspberry Pi Programming using Simulink unter Raspberry Pi Support from Simulink. Die Installation des Support Packages und die Einrichtung sowie die Verbindung des Raspberry Pi mit dem PC werden in den Folgen Schritten beschrieben.

1. installation des Compilers