2022年10月15日

USBカメラ変換基板 白黒ビットマップ保存モード

今回はUSBカメラ変換基板に追加した新機能について紹介したいと思います。

ちょっとした機械学習等で画像データを利用する場合、データ処理を軽くするため、2値化した画像を用いることが多くあります。実際に160x120のビットマップ画像を保存すると16ビットカラーで1ファイル37.5kB程度となります。一方、同じ160x120のビットマップ画像でも白黒ビットマップの場合、1ファイル2.4kBと1/10以下にファイル容量自体も減らすことができます。

そのような用途にも容易に導入できるようにUSBカメラ変換基板側で白黒ビットマップの保存ができる機能を追加してみました。機能としてはUSBカメラで取得したカラービットマップ画像を大津の2値化を用いて閾値を求め、白黒ビットマップに変換し、SDカード等に保存できる機能です。


実際に白黒ビットマップ保存機能を実装して取得したイメージを紹介したいと思います。

221004_191332_0.bmp

160x120のカラービットマップ画像


221004_191342_0.bmp

白黒モード有効時に160x120の白黒ビットマップ画像

光の反射や陰の部分等、2値化によって少しカラー画像と比べて変化している部分がありますが、大津の2値化として上手く働いており、概ね意図した白黒変換ができていることが確認できました。今回追加した白黒ビットマップ保存の新機能はgithub上のv1.1.0以降のファームウェアにSDカードを用いてアップデートすることで利用可能です。なお、白黒ビットマップ保存はデフォルトでは無効化されています。monコマンドで白黒ビットマップ保存を有効化した場合でも電源再投入やリセット等で設定が無効化されるため、利用する場合は再度、有効化する必要があります。今後も機会を見つけてUSBカメラ変換基板の応用例や機能等紹介したいと思います。
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2022年09月24日

WebシリアルAPI+Chart.js +USBシリアルI2C変換基板

今回はWebシリアルAPIを用いたツールの応用編として、Chart.jsを組み合わせてみました。USBシリアルI2C変換基板を介してI2Cデバイスをブラウザから制御、取得したデータからChart.jsで可視化するデモツールを実装してみました。実際に作成したツールをgithub.ioに公開しています。

温度湿度センサSHT31、温度湿度気圧センサBME280について、2秒間隔でデータを取得し、取得したデータをChart.jsで可視化するツール(SHT31用BME280用)を実装してみました。


Graph.jpg


データはサーバ等を介さずにブラウザ内で保持され、そのままグラフ化しています。そのたえめ、オフライン環境でも一度、Chart.jsライブラリ含めてダウンロードすれば、オフライン環境でも動作可能です。また、ブラウザ内で保持された変数をcsvとして出力できる機能も合わせて実装してみました。

初めてChart.jsを使ってみましたが、最近のバージョンではAPIの仕様が変わっているようで少し実装に戸惑いました。例えば、各軸の軸ラベルはxAxes、scaleLabelではなく、下記のx、title、textのようにChart.jsバージョン3.xから変更になっているようです。


let options = {
 scales: {
  x:{title:{display: true, text: 'x軸'}},
  y:{title:{display: true, text: 'y軸'}}
 },
 plugins:{legend:{display: false}}
};


また、グラフのデータをクリアする場合はchartXX.destroy()では再度、グラフ設定や軸のオプション等を設定し直す必要があります。そのため、単に描画のみをクリアする場合は下記のようにグラフデータの変数をx軸、y軸ともに配列をクリアして、グラフ更新すると簡単にクリアできることが分かりました。

data.labels=[];
data.datasets[0].data=[];
chartXX.update();


その他、I2Cデバイスのレジスタアドレスを指定した読み書きのツールも実装してみました。


I2CReadWrite.jpg

Chart.js等と組み合わせて簡単にグラフを描画できるのはWebAPIならではの活用だと思いました。今後は他のライブラリやAPI、センサ等にも対応したいと思います。
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2022年09月10日

WebシリアルAPI+USBシリアルI2C変換基板

今回はWebシリアルAPIを用いたツールについて紹介したいと思います。WebシリアルAPIはブラウザのAPIでWebサイトのJavaScriptを使用してPCのシリアルポートにアクセスできる機能です。

WebシリアルAPIで何ができるかというと、新しくソフトやツールをインストールしなくとも、ブラウザからあるサイトにアクセスするとPCのシリアルポートを介してコマンドを送ったり、受信したりすることが簡単に実現できます。残念ならが、WebシリアルAPIに対応したブラウザはEdgeもしくはChromeのみ対応となっており、22年9月時点ではFirefoxやSafariは対応していません。対応したブラウザからアクセスする必要があります。既に有名な使用例として、シリアルターミナルEspruino Web IDE等があります。

今回はWebシリアルAPIを用いて、USBシリアルI2C変換基板を介してI2Cデバイスをブラウザから制御するツールについて紹介します。実際に作成したツールをgithub.ioに公開しています。



メインページ.jpg

メインページから各デバイスのページに移動してください。今回はSHT31のデモを紹介します。USBシリアルI2C変換基板に温度湿度センサSHT31を接続して、ページにアクセスします。


COM_Select.jpg

接続ボタンを押すと、PCに接続れたCOMポートの一覧が表示されるため、USBシリアルI2C変換基板のポートを選択します。今回はCOM7を選択しました。PC環境やこれまでの接続履歴によってポートは変わるため、不明な場合はデバイスマネージャ等からUSBシリアルI2C変換基板を抜き差しして該当するCOMポートを確認してください。


SHT31.jpg

初期化ボタンを押して、取得ボタンを押すと上記のように温度と湿度を取得することが簡単にできました。コードはMITライセンスとして各htmlファイル内に埋め込んでいます。htmlファイルのみでオフラインやローカル環境(htmlファイルをダウンロードしてからローカルで使用する)でも動作可能です。

今回はWebシリアルAPIを用いてUSBシリアルI2C変換基板から温度湿度センサSHT31と通信しました。今後は他のデバイス等を含めた応用的な機能を開発し、メインページに順次公開したいと思います。ただ、Windows環境では使用する中でWebシリアルAPIはサンプルAPIそのままのコードであっても時折、接続できなくなることがあり、ページの再読み込みやPCの再起動等が必要になる場合がありました。非常に便利なAPIであるものの、少し未完全な部分があるようです。
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2022年07月02日

FPGA入門に最適なicestudio

今回はFPGA入門に最適なicestudioを紹介します。FPGAの開発をする場合、一般的にはメーカ提供のFPGAの開発環境をインストールしますが、開発環境のディスク容量が大きく、パッケージの追加等、インストール作業自体もなかなかハードルが高いのが現状です。

今回紹介するicestudioはメーカが提供する開発環境ではなく、OSSのプロジェクトの1つとしてFPGAの開発環境が開発、提供されています。対応しているFPGAは主にLattite社のiCE40系列、ECP5系列となっていますが、様々なiCE40系列の開発ボードに対応しています。今回はAliexpressで購入したIcesugar-nano開発ボードでicestudioを使ってみました。Icesugar-nano開発ボードはボード上にFPGA書き込みアダプタ、USBシリアル変換機能のマイコンが実装されているため、別に書き込みアダプタ等を購入せずに単体で書き込みや動作確認、デバッグ等を行うことが可能です。

話をIcesugar-nanoから戻して、icestudioの特徴は下記の通りです。
・一言でArduino IDEのFPGA版というイメージ
・Linuxはもちろんのこと、Windows、Macでも動作
・icestudioだけで論理合成、書き込みに対応
・インストールサイズが0.5GB前後と小さい
・評価ボードのサンプルが充実
・ブロックでの記述に対応、Verilogにも対応
・Verilogが分からなくとも、インストール後、すぐにLチカできる
・RISC-V等のブロック等もあり、様々な拡張が可能

今回はicestudio 0.9.0を利用してみました。


ice_studio9.jpg



0.9.0時点で対応しているボードは下記のようです。

ice_studio7.jpgice_studio8.jpg


様々なサンプルプロジェクトが準備されています。

ice_studio2.jpg

ice_studio4.jpg

ice_studio3.jpg

ice_studio5.jpg

ice_studio6.jpg


実際にLチカのサンプルプロジェクトを実行してみました。SelectからIcesugar-nanoを選択し、Examples→04.Muxes内の「01.Blinking Fixed LED」を選択します。

ice_studio1.jpg

右下のUploadボタンを押すと自動的に論理合成が行われ、合成が成功するとIcesugar-nanoに書き込みが行われます。

9zco1-uovw5.gif

上記のようにLEDが点滅したら成功です。デフォルトのブロックの他に有志でRISC-V等の様々なブロックが開発されているため、ブロックだけでちょっとしたFPGAの機能を実現できそうです。icestudioはまだ0.9.0ですが非常に完成度が高いと思いました。icestudioはもともとLinux環境でのFPGA開発環境のOSS、APIO等を開発してきたプロジェクトの1つで、以前からも注目していたため、今後のプロジェクトの発展が楽しみだと思いました。
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2021年09月18日

USBカメラ接続

今回は昨年から試行錯誤しながら取り組んでいるプロジェクトを少し紹介します。組込系でカメラ機能を利用する場合、昨今ではOpenMVやM5Camera、ESP32-Cam等を利用することが多いと思いますが、いまいち継続的な入手性や汎用性に欠けます。


そこで汎用的なUSBカメラから取り込むことで汎用性高く実装することを検討しています。ただ、USBカメラはUVC(USB Video Class)という規格があるものの、非常に帯域を要するため、組込系では処理がギリギリです。また、USBカメラの機種やメーカによっても細かい挙動が異なるため、なかなか苦戦中です。

まだ動作に改善の余地がありますが、LCDに表示させてみました。


uvc1.jpeg


uvc2.jpeg

もともとはSTM32マイコンで実装予定でしたが、Isochronous転送が安定しないことと、、昨今の半導体不足で入手困難であるため、断念しました。FTDIのVinculum2ではRTOSのオーバーヘッドが無視できず、SPIの転送速度が遅すぎて断念しました。現状はPIC32マイコンで実装しています。

紆余曲折あって、苦戦していますが、もう少しファームの作りこみや動作確認を継続して、検討中のプロジェクトに組込たいと思います。
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