使用 Raspberry Pi 进行长曝光和天文摄影

我们编写的程序处理三个不同的过程：

1. 应用程序的前端或图形用户界面- 这是用户用来交互和控制模块的部分
2. 控制相机 -这是程序的一部分，负责在正确的时间触发相机并拍摄正确的时间
3. 处理图像 -这是程序的一部分，负责将拍摄的照片组合并合并成美丽的星迹图像或延时视频

GUI 从用户那里收集参数，例如照片间隔和相机曝光时间。然后，它根据这些因素指示相机捕捉图像。捕捉完所有图像后，将进行后期处理。最终结果存储在 Raspberry Pi 的内部存储器中，供用户通过云端或本地访问。

我们用 3D 打印出一个外壳来容纳所有组件，并设计了一个夹具来将模块安装在普通三脚架上。这些部件的打印时间约为 20 小时，我们已将以下 STL 文件链接到一个文件。

1. Raspberry Pi 外壳x 1，填充率为 20%
2. 覆盖x 1，20% 填充
3. 三脚架x 1，填充率 40%
4. 三脚架夹x 1，填充率 40%

一旦打印部件准备好了，就可以小心地取出支撑。

为了加固塑料安装孔，我们嵌入了热嵌件。使用烙铁轻轻推入嵌件，直到它们与顶面齐平。对八个安装孔重复此过程，同时确保螺栓轻松拧入且垂直。

使用 M3 螺栓将树莓派固定在相应的安装孔中。然后通过对齐连接器插针插入显示器。最后，将盖子放在屏幕上并拧紧螺栓。模块现在已准备好上传软件。

为了让相机可以轻松接触到模块，我们决定将其放置在三脚架上。我们设计了一个适合标准三脚架的定制安装支架。只需使用两个螺钉将支架夹在三脚架的一条腿上即可。这样就可以轻松地安装和拆卸模块。

模块上的 Raspberry Pi 运行的是名为Raspbian的基于 Debian 的操作系统。截至 Instructable 发布时，操作系统的最新版本是 Raspbian Buster，我们决定使用它。可以使用以下链接下载操作系统。（Raspbian Buster 操作系统）请确保下载标有“带桌面和推荐软件的 Raspbian Buster”的选项，因为一些推荐软件对这个项目很有用。下载压缩文件夹后，您将需要一张内存约为 16 到 32 GB 的微型 SD 卡。

要将操作系统刷入 SD 卡，我们建议使用Balena Etcher软件，因为它使用起来很简单。可以从以下链接下载。（Balena Etcher）打开软件后，系统将指示您选择刚刚下载的压缩文件夹，然后将 SD 卡插入计算机，软件会自动检测，最后单击闪存图标。该过程需要 2 到 3 分钟。完成后，拔下存储卡并将其插入树莓派。

使用 HDMI 电缆将树莓派连接到外部显示器，并通过 USB 端口连接鼠标和键盘。最后，使用微型 USB 端口和 5v 适配器为树莓派供电，树莓派应开始启动过程。然后，操作系统将引导您完成必要的更新和各种其他设置，例如连接到无线网络和设置日期和时间，只需按照说明操作即可。完成该过程后，您已在树莓派上设置了操作系统，现在可以将其用作普通计算机。

为了确保程序运行，Raspberry Pi 需要安装一些库和依赖项。以下是所有库和依赖项的列表（注意：我们在这个项目中使用了 python3，我们建议您也这样做）：

1. Tkinter（下载 Python 时内置）
2. PIL（这也是 Python 预装的）
3. 嘘
4. OpenCV
5. 照片2

在安装任何软件包之前，我们建议使用命令sudo apt-get update更新 Raspberry Pi 的操作系统。打开终端并使用以下命令可以下载并安装 sh 库：

1. sudo pip3 安装 sh

要安装 gphoto2 包，只需使用以下命令：

1. 安装 gphoto2

下载和安装 OpenCV 软件包的过程稍长一些。我们建议使用以下链接，它将引导您完成所有步骤并详细提供所有命令：https://www.pyimagesearch.com/2018/09/26/install-opencv-4-on-your-raspberry-pi/

板载触摸屏需要进行一些简单的配置才能运行。启动树莓派并打开终端，然后使用以下命令：

1. sudo rm -rf LCD显示
2. git 克隆 https://github.com/goodtft/LCD-show.git
3. chmod -R 755 LCD 显示
4. cd LCD 显示/
5. sudo ./LCD35-显示

输入最后一条命令后，外接显示器应变为空白，而 pi 应启动并在板载触摸屏上显示桌面。要恢复到外接显示器，请在板载屏幕上打开终端窗口并使用以下命令。

1. chmod -R 755 LCD 显示
2. cd LCD 显示/
3. sudo ./LCD-hdmi

首先使用电源端口将树莓派连接到外部移动电源。要运行该程序，请下载并解压下面附带的压缩文件夹。将整个文件夹复制到树莓派的桌面上。要运行该程序和 GUI，请打开名为UI.py的文件，GUI 应出现在树莓派的触摸屏上。

接下来，使用 USB 线将相机连接到树莓派。保留 GUI 上的默认值，然后单击开始按钮。这将以 2 秒的间隔触发相机 5 次。完成后，您可以在Images文件夹中看到相机拍摄的照片。

故障排除：如果相机无法触发，请确保您的相机型号在以下列表中。http ://www.gphoto.org/proj/libgphoto2/support.php如果您的相机在此列表中，请确保连接安全并且相机已打开。

以下是我们在进行天文摄影时推荐的一些相机设置。

1. 你的相机应该设置为手动对焦，并将焦距设置为无限远
2. 将相机安装到三脚架上
3. 相机设置应为手动模式
4. 快门速度： 15-30秒
5. 光圈：镜头的最低光圈，f-2.8 是理想的选择
6. ISO： 1600-6400

除了相机设置外，还要确保天空晴朗。为了获得理想的效果，最好在远离城市灯光的乡村拍摄。

GUI 包含三个用户可以调整的值：

1. 曝光时间决定了相机的快门速度。例如，当您在夜空中拍摄星星时，建议使用 15 到 30 秒的快门速度，在这种情况下，将此值设置为 30 秒。如果曝光时间低于 1 秒，您可以将该值保留为 0。
2. 间隔时间决定两次曝光之间的时间间隔。对于延时摄影，我们建议间隔时间为 1 到 5 分钟之间。
3. 曝光次数决定了延时摄影中您想要拍摄的照片数量。标准视频的播放速度约为 30 fps，这意味着如果您点击 30 张照片，您将获得一秒钟的视频。据此，用户可以决定所需的照片数量。

UI 具有一目了然的界面。箭头按钮用于增加或减少值，参数确定后使用开始按钮。这将触发应该已经通过 pi 的 USB 端口之一连接的相机。然后图像将保存在 raspberry pi 的内存中，可以在那里进行进一步的修改。

在频繁使用该模块后，我们对获得的结果感到满意。只要有一点天文摄影经验，就可以拍摄出美丽的静态照片。我们希望这个项目对您有所帮助，如果您喜欢它，请通过投票来支持我们。

快乐制作！