영화 매트릭스 카메라

좀더 간결하게 만들수 없을까?

2017년 초에 만들었던 원형 PCB형태는 겨우 2개의 카메라를 콘트롤 하는것에 비해 크기가 너무커서 좀 더 작게 만들어 보기로 했습니다.

( http://raspberrypicamera.tistory.com/59 )

경험없이 급하게 만들다 보니, SD 카드 소켓도 거꾸로 달고... 

HDMI도 오배선 나고... 여러가지 문제가 많기도 했습니다. 

무엇보다 무선 lan은 속도가 느리고, 유선 lan으로 network 연결하면 선도 복잡해지고 지저분해지는 어려움이 있어서 기왕 시작한거 한번더 만들기로 했습니다.

기존 보드는 raspberry pi 3의 형태로 dual 카메라를 제작했다면, 이번에는 CM3 모듈(SD 카드 소켓 없는 모델)을 활용하였습니다.

( https://www.raspberrypi.org/products/compute-module-3/ )

속도는 느려지겠지만 emmc 대신에 메모리 확장이 쉽게 될 수 있도록 하기 위함입니다.(아무래도 사진과 동영상을 많이 촬영하려면 용량이 커야 하기도 하구요)

동시에 여러 카메라를 콘트롤하기 위해서 network 연결이 될 수 있도록 허브칩을 활용해서 간결하게 구성했습니다.( 4채널 허브칩이므로 최대 카메라 8개까지 구성이 가능하지만 파워 문제도 있고 해서 일단 6개 카메라만- CM 보드 3개 - 장착.)

각설하고...

기존원형 PCB와는 다르게 외부 연결선은 파워 USB(마이크로) 외에는 없습니다. 

 빨리 조립해 보고 싶어서 3D 프린터로 간단하게 케이스를 만들다 보니, 깜박하고 충전 배터리 장착할 부분을 못 넣었지만 그냥저냥 평가용으로 사용은 가능합니다.

외부 모니터(HDMI, 또는 터치 LCD) 대신에 스마트폰을 활용하기로 했습니다.

무선으로 연결해야 이동도 편하고, 휴대가 쉽기 때문이기도 하구요

(속도 문제는 5G wifi로 해결 했습니다. 중국산이지만 매우 매우 저렴합니다.)

흠... 이정도면 뭐.....

손에 딱 들어 오는 크기라 맘에 들기는 했지만, 여전히 오배선 문제와 각종 F/w를 구동시키는 문제가 산넘어 산이였습니다. (물론 아직도 하고 있지만요..)

시간이 되면 

그동안 겪었던 S/W 설치와 나름 개발했던 F/w관련 이야기를 정리해 보겠습니다.

기존에 제작했던 매트릭스 카메라는 6개의 카메라를 동시에 콘트롤 하는 방식이 아니라 순차적으로 촬영하는 방식입니다.

(http://raspberrypicamera.tistory.com/44?category=720509) - Multi Camera Adapter Module for Raspberry Pi

장점으로는 비용이 적게 들고 고정된 물체를 촬영하는데는 적합합니다만 단점은 움직이는 물체가 있을 경우 매트릭스 카메라로서 역할을 다하지 못합니다. ㅠㅜ

하여 2개 카메라를 동시에 콘트롤 할 수 있도록 듀얼 카메라 촬영이 가능한 raspberry pi3 보드를 새롭게 제작하고.. 

이것을 다시 적층해서 2개 보드로 카메라 4개를 동시에 콘트롤 할 수 있게 배치했습니다. 

아래쪽에는 고용량 배터리를 장착해서 이동중 촬영이 가능하도록 구성했습니다.(https://www.aliexpress.com/item/Tablet-pc-3-7V-5400mAH-polymer-lithium-ion-battery-Li-ion-battery-for-tablet-pc-7/1695916257.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.cEcbJ3)

4개가 잘 동작하는 것을 확인했으니... 이제 보드 한장 더 올리면 6개까지 동시 촬영이 가능하고, 계속해서 확장할 수 있다는 기대감에 기뻤습니다....

한층더 올려 볼까요?

6개까지 설치했습니다.. ^^

계속 올려서 12개까지 올릴수 있도록 거치대도 만들고..

좌우 상하로 움직일 수 있도록 고프로 카메라 관절(!)도 부착했습니다.

(Bullet time camera) 하나의 바디에 만들어 보자

이번에 카메라가 따로 움직일 수 없도록 하나의 바디에 연결시켰다. 기구 설계를 끝내고 3D 프린터 파일을 보낸후 알게된 사실은 3D 프린터의 사이즈가 작아서

3개 이상 만들수 없다는 것입니다.

하는수 없이 3개씪 만들어서 이어 붙이는 방식은 택했으나, 생각치도 못한 또다는 문제가 발생했습니다.

아래 사진처럼 3개짜리 블럭의 좌,우 측면의 기울기 및 에지에서 뒤틀림이 미세하게 발생했는데, 이는 고온에서 식으면서 발생한 것으로 추정됩니다.

이럴때면 3D 프린터의 한계가 느껴집니다.

이전 버전의 개별 렌즈 카메라와 별반 차이가 없지만, 결과물을 보면 이전 보다 양호하기는 합니다.

나중에 기구물만 잘 만든다면 문제가 없을 것이라고 위안을 삼고 좀더 정교하게 만들기로 했습니다.

Bullet time 기법 카메라를 좀더 작게 만들수 없을까?

훌라후프 봉에 연결해보고 나서 느낀점은 " 너무 크고, 불편하다" 였습니다. 멋진 영상을 만드는 것은 좋은데 휴대가 불편하다면 어떻게 자유롭게 사진을 찍을 수 있나? 하는 반문을 하게 되었고, 그래서 좀더 작게 만들어 보기로 했습니다.

이정도로 작아진다면 휴대하기도 좋고 쓸만할 것 같은데....

문제는 카메라를 수십개를 집어 넣을 수 있느냐 이며, 동작하는데 무리는 없을까? 이런 저런 걱정이 들었습니다.

평소 대로, 문제점은 일단 뒤로하고 작게 만드는것에 집중하기로 했습니다.

카메라 렌즈 마운트는 기존것을 활용하고 아크가 유지될 수 있도록 받침대를 제작하여 그 위에 고정하는 방식을 택했습니다.

Raspberry Pi2 보드에 카메라는 1개 밖에 사용할 수 없지만 알리익스프레스에서 판매중인 Multi camera Adapter module fully compatible for official Raspberry Pi A/B/B+ /Pi 2 멀티 카메라 아뎁터를 사용해서 12개까지 동작할 수 있도록 간단하게 구성했습니다. (2017.1.17일 확인해 보니 지금은 시판하지 않는다고 되어 있네요.) 사용법 및 기능은 추후에 Raspberry Pi H/W를 참조 바랍니다.

(update) 국내에서도 파는 곳이 있습니다. 알리익스프레스가 45.99$였는데,국내는 6.1만원~7.6만원 사이입니다.( 가치창조기술, 샘플전자 )(제조사는:ArduCam.com을 참조)

< 촬영 결과 >

원했던 영상은 아래처럼 각 렌즈로 부터 얻은 영상의 높낮이가 균일하고 피사체도 중앙에 위치했을 것이라 판단했는데,

렌즈 마운터를 거치대에 꼽을 때 차이가 발생한 다는 것을 알겠되었습니다. 실제 사진은 아래처럼 높낮이가 심하게(?) 차이가 발생하고 사진들도 중앙에 오지 않는 다는 것이 문제였습니다.

Bullet time 기법을 적용한 라즈베리파이 카메라 만들기

영화 메트릭스에서 나온 Frozen moment( Bullet Time,Time slice) 기법에 대한 자료를 찾다가 잘 정리해 놓은 회사를 알겠되었습니다. digitalair라는 회사인데 관련된 자료와 원리를 알차게 설명해 놓고 있습니다. 80개의 렌즈를 사용해서 66도 아크의 3m짜리 다시점 카메라를 만들고 피사체 대상은 약 2.5m에 놓고 촬영하는 방식을 택한것 같습니다.

즉, 80프레임으로 인상적인 영상을 만들어 낸것이 놀라웠습니다. 초당 60 프레임  60fps) 짜리 동영상을 만든다면, 1.3초 정도 영상이 될텐데 위의 동영상을 보면 6초짜리 멋진 영상으로 편집됩니다. 일종에 얼음효과(?)인데, 이장면을 볼때 마다 감동과 전율이 느껴집니다.

설치된 거대한(?) 장치에 비하면 보잘것 없는 영상이라고 할지 모르겠지만 2001년에 만들어진것 치고는(영화 메트릭스가 1999년 개봉) 대단히 멋진인것 같습니다.

문제는 설치가 어렵고 비용이 많이 들고 전문가들만 사용이 가능하다는 것인데, 일반인이 사용할 수 있으면 얼마나 좋을까? 하는 생각이 들어서 직접 만들어 보기로 했습니다.

기존에 만든 RaspberryPi camera들을 훌라후프 플라스틱 봉을 잘라서 아크 기구물로 할용하고 그 위에 연결해 보았습니다.

막상 연결해 놓고 보니, 여러가지 문제점이 발생합니다. ㅠ.ㅜ

1) 카메라를 플라스틱 봉에 고정이 쉽지 않았습니다. 기구설계 당시 옷 걸어 두는 행거(쇠봉)에 맞게 마운트에 맞췄기 때문에 크기가 달라서 덜렁거렸습니다.

(종이박스를 잘서서 삽입후 임시 조치)

2)훌라후프 플라스틱봉이 연성이 높아 휘어졌습니다. 이는 카메라 높이를 맞추는데 많은 어려움이 있다는 것을 알게 되었습니다.

아크형 거치대에 견고하게 고정하는 것은 추후에 해결하는 것으로 하고, 일단 여려 형태로 카메라를 연결(가로 또는 세로)하면서 추가 적인 문제점을 확인했습니다.

추가로 발견된 것중, 가장 먼서 해결해야 할 부분은 개별로 동작하는 카메라를 동시에 동작시켜야 한다는 것입니다. 그렇치 않을 경우 Frozen time 기법으로 촬영하는 것이 아니기 때문입니다.

Raspberry Pi GPIO를 이용해서 카메라에 셔터 스위치를 연결하려고 했는데, 포기했습니다. 동시에 연결시 복잡해지기 때문입니다. Bluetooth나 Direct WiFi를 통해서 해결하는 방향으로 결정했습니다.