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PiCAM - die etwas andere Raspberry Pi Webcam

Herzlich willkommen bei der PiCAM - einer hochauflösenden PTZ-Webcam basierend auf dem Raspberry Pi und REBOL.
 
Diese Seite zeigt die jüngste Entwicklung von TGD-Consulting im Bereich der Überwachungskameras und richtet sich an alle Anwender und Entwickler, welche den eigenen Raspberry Pi als hochauflösendes Videosystem nutzen möchten.

Nur hier können Sie eine offizielle Lizenz für das Bundle der PiCAM-It! Management Software[1] zum Preis von €19,99 EUR erwerben. Das Softwarebundle beinhaltet bereits alle erforderlichen Module (Webserver, Tracking, Capturing, Time-Lapse), welche für den Betrieb eines Raspberry Pi als autonome, hochauflösende Überwachungskamera erforderlich sind.

Die Software läuft auf allen Raspberry Pi Modellen. Das modulare Konzept der PiCAM-It! Management Software ist ideal für die neue Mehrkern-Architektur des Raspberry Pi 2/3 geeignet und nutzt dessen zusätzliche Rechenleistung optimal aus.

Die PiCAM-It! Management Software zeichnet sich besonders durch
  • ein sehr einfaches Setup,
  • den geringen Speicherbedarf (< 1MB),
  • die effiziente, modulare, smarte Anwendung
  • durch den im User-Space laufenden embedded Webserver,
  • die leichte Anbindung an SmartHome Steuerungszentralen (wie z.B. Gira HomeServer, openHAB, HomeMatic, ...),
  • die integrierte Ansteuerung der Servo-basierten Pan/Tilt-Mechanik
  • mit optionalen Betrieb im Rundgangüberwachungsmodus (PTZ Tour Mode mit automatischem Cruise Control zwischen voreingestellten Positionen/Views),
  • eine variable Auflösung sowie diverse Bildeinstellungen,
  • benutzerdefinierte Wasserzeichen,
  • automatischen Wechsel zwischen Tag- und Nacht-Modus,
  • optionale Steuerung von Aufnahmen über GPIO-Eingang (z.B. bei Einsatz einer Türklingel, PIR-Sensoren, usw.),
  • fortschrittliche Algorithmen zur Bewegungserkennung,
  • frei definierbare Sensoren für die Bewegungserkennung,
  • optionale Ereignisbenachrichtigung per E-Mail oder FTP-Upload bei Bewegungserkennung,
  • individuelles Schalten von GPIOs bei Bewegungserkennung,
  • die automatisierte Erstellung von Zeitraffer-Videos aus den Aufnahmen eines Tages aus (ideal bei Wettercams).
PiCAM-Logo

Eine Übersicht sowie Informationen zur aktuellen Version der Software entnehmen Sie bitte den Release-Notes.

Die Hardware, welche auf den folgenden Fotos abgebildet ist, dient ausschließlich zur Veranschaulichung und als Beispiel wie eine PiCAM ausschauen kann und wie sie zusammengebaut wird. Die erforderliche Hardware müssen Sie bei den jeweiligen Herstellern bzw. über deren Vertriebskanäle beziehen. TGD-Consulting bietet nur IT-Dienstleistungen und Softwarelösungen an.

Sie möchten ihre eigene PiCAM basierend auf der PiCAM-It! Management Software bauen? Dann erwerben Sie eine Lizenz und lesen einfach weiter ...

Hier finden Sie als Schnelleinstieg direkt eine Antwort auf die häufigsten Fragen:

Weitere Antworten auf Fragen finden Sie in der FAQ.


Die PiCAM ist ein hochauflösendes Videosystem mit integriertem Webserver. Sie bietet unter Verwendung des Omnivision 5647 Sensors eine detailreiche Auflösung von bis zu 5MP (MegaPixel) und unterstützt mehrtägige Aufzeichnungen in Abhängigkeit vom Speicherplatz der genutzten SD-Card. Bei Verwendung des neuen Pi-Camera-Boards V2 mit dem Sony IMX219 Sensor sind sogar Auflösungen bis 8MP möglich. Dies erlaubt noch brillantere Aufnahmen bei größerem Zoomfaktor. Der beobachtbare Sichtbereich einer PiCAM ist sehr groß. Aufgrund der Pan/Tilt-Funktion ist nahezu ein 360°-Rundumblick möglich. Details im Sichtbereich lassen sich über die Zoom-Funktion vergrößern. Die PiCAM kann direkt als Webcam im Internet genutzt werden. Hier sieht man die

PiCAM in action: 

PiCAM-Control
Das Control-Center der PiCAM.

Der Systempreis inkl. aller benötigten Komponenten liegt bei einer wettergeschützten Ausführung der PiCAM-Kamera bei weit unter 200,- EUR. Darin sind bereits die Lizenzkosten für die Management-Software "PiCAM-It!" enthalten. Die auf dieser Seite gezeigten Versionen der PiCAM besteht aus folgenden Komponenten:

HardwareSoftware

Eine noch kostengünstigere Variante stellt die PiCAM light dar, welche ein Gehäuse von TEKO (TEK-CAM) nutzt. Die PiCAM light verwendet die gleiche Management-Software wie die Dome-Version, besitzt aber keine servogesteuerte Pan/Tilt Mechanik und ist nur für den Innenbereich geeignet. Der Systempreis der PiCAM light liegt bei etwas über 100,- EUR.

Hier sehen Sie unsere Prototypen und Entwicklungssysteme:

PiCAM light 

PiCAM-lightPiCAM-light
Die PiCAM light im TEK-CAM Gehäuse.

vs.

PiCAM Prototyp 

PiCAM-DomePiCAM-Dome
Die PiCAM-Überwachungskamera als Dome.

Das äußere Erscheinungsbild des obigen Prototyps der PiCAM ist von einer gewöhnlichen Überwachungskamera kaum zu unterscheiden. Die einzelnen Komponenten der PiCAM können von jedem ambitionierten Anwender mit etwas Geschick selbstständig zusammengebaut werden. Alle Komponenten lassen sich direkt über das Internet beziehen. Die Bezugsquellen sind zum Teil in den obigen Listen verlinkt. Wir nutzen für unserem Prototypen der PiCAM ein wetterfestes-IP65-Gehäuse einer gebrauchten DOM-Kamera alter analoger Technik, deren analoges Innenleben einfach durch einen Raspberry Pi samt Kamera Modul ausgetauscht wurde. Dadurch lässt sich auf kostengünstige Weise ein digitales hochauflösendes Videosystem zusammenstellen.

Die Pan/Tilt-FunktionPimoroni Pan-Tilt HAT
Das aktuelle Release unserer PiCAM Software unterstützt nun auch den Pan-Tilt HAT von Pimoroni. Hinweise zur Inbetriebnahme des HATs und dessen direkter Ansteuerung per I²C-Bus über die Weboberfläche finden Sie in der FAQ.
der PiCAM ist über eine einfache Mechanik mit zwei Miniaturservos vom Typ "GO-TECK GS-9025MG" realisiert, welche mit Hilfe von pigpiod (PiGPIO-Library) oder servod (Bestandteil von Servoblaster) über die GPIO23 & GPIO24 oder bei Verwendung des Pimoroni Pan-Tilt HATs über die I²C-Schnittstelle angesteuert sind. Im optionalen PTZ Tour BetriebsmodusPTZ Tour Modus
Das aktuelle Release unserer PiCAM Software bietet einen optionalen PTZ Tour Modus mit automatischem, individuellen Cruise Pattern. Hinweise zur Aktivierung dieses Betriebsmodus entnehmen Sie bitte der FAQ.
werden sogar zuvor festgelegte Positionen automatisch wiederkehrend angesteuert. Bei einem ausreichend dimensionierten Netzteil können die beiden Servos direkt vom Raspberry Pi über die GPIO-Schnittstelle mit Strom versorgt werden. Bei unserem Protoypen der PiCAM funktioniert dies im 24/7-Dauerbetrieb bisher einwandfrei.
Achtung: Falls es im laufenden Betrieb zu unerwartenden Systemhängern kommt, sollten die Servos nicht direkt über den Raspberry Pi, sondern mit einer eigenständigen Stromversorgung gespeist werden!

Da ein Dome-Kameragehäuse nicht übermäßig viel Platz bietet, ist bei den älteren Modellen des Raspberry Pi die Verwendung einer Micro SD-Card mit passendem Raspberry Pi Adapter ratsam. Bei den aktuellen Plus-Modellen ist dieser Adapter nicht erforderlich.
Beim Einbau der Komponenten ins Kameragehäuse sollten Kurzschlüsse vermieden werden. Insbesondere beim Einbau des Raspberry Pi und besonders im Umgang mit dem Kamera Modul ist darauf zu achten, dass entsprechende Schutzmaßnahmen gegen statische Aufladungen ergriffen werden. Die Antenne des USB-WLAN-Adapters ist über ein Pigtail-Kabel von außen an das Dome-Gehäuse montiert. So sieht unser Prototyp der PiCAM zur Zeit von innen aus:

PiCAM Innenleben 

PiCAM-InsidePiCAM-Inside Dome
Die PiCAM inside.

Möchten Sie die PiCAM als Wettercam verwenden, empfiehlt sich zur Darstellung der aktuellen Umgebungstemperatur der zusätzliche Anschluss eines 1-Wire Temperatursensors. Die Temperatur wird als semi-transparentes Wasserzeichen in den Aufzeichnungen eingeblendet. Aus allen Aufzeichnungen eines Tages kann optional ein Zeitraffer-Video automatisch erstellt werden. Dadurch ist neben der Wetterentwicklung auch der Temperaturverlauf gut erkennbar.
Einige Beispiele an Zeitraffer-Videos
Beispiel eines Zeitraffer-Videos
von den Aufzeichnungen unserer Wetter-PiCAM finden Sie auf unserem YouTube-Channel.

Bei schwachem Lichteinfall sollte - um störende, interne Lichtreflektionen innerhalb des Kameragehäuses zu vermeiden - darauf geachtet werden, dass die LEDs des Raspberry Pi und des Kamera Moduls z.B. durch ein lichtundurchlässiges Isolierband abgedunkelt sind. Alternativ dazu kann die LED des Kamera Moduls mit Hilfe des GPIO5 bzw. bei den neueren +Modellen über GPIO32 ausgeschaltet werden. Darüber hinaus haben wir in unserer Management-Software "PiCAM-It!" eine Option ("...ein nettes Gimmick das bei Bedarf aktiviert werden kann.") implementiert, welche die LED des Kamera-Moduls bei Nacht blinken lässt. Tagsüber ist diese LED permanent aus und mit beginnender Dämmerung fängt sie an zu blinken.

Weitere konfigurierbare GPIOs können zusätzlich bei Bewegungserkennung im Bild geschaltet werden. Die verwendeten GPIOs und die Schaltzeit lassen sich bei den Alert-Settings individuell anpassen. Darüber hinaus kann auch ein optionaler GPIO-Eingang genutzt werden, um die Aufzeichnung von Bildern zu steuern. Damit lassen sich eine Vielzahl von praktischen Anwendungsfällen realisieren. So kann z.B. beim Drücken einer Türklingel automatisch eine Aufnahme erfolgen, welche als Anlage einer E-Mail verschickt wird. Oder durch den Anschluss eines PIR-Sensors am GPIO-Eingang kann ein Infrarotscheinwerfer über den konfigurierten GPIO-Ausgang geschaltet werden, um die Nachtsichtfähigkeit der PiCAM zu verbessern. Mit letzterem Anwendungsbeispiel lässt sich eine PiCAM auch gut als Wildkamera oder Fotofalle in der Nacht verwenden.

PiCAM-It! Management-Software 

PiCAM-Slideshow
Die PiCAM-Slideshow ein Teil des Webserver-Moduls der Management-Software.

Die Management-Software "PiCAM-It!" besteht aus drei Modulen, dem Capturing-Modul, einem Tracking-Modul und dem Webserver-Modul. Alle benötigen eine REBOL3-Laufzeitumgebung/Interpreter. Wer möchte kann selbst den Source Code des REBOL3-Interpreters für den Raspberry Pi compilieren. Der Master Branch ist unter der Apache2.0-Lizenz auf GitHub veröffentlicht. Alternativ dazu kann ein fertiges Binary für Raspbian direkt hier von unserer Homepage heruntergeladen werden.

Das Capturing-Modul übernimmt die Kommunikation mit dem Kamera-Modul des Raspberry Pi und ist für die Erkennung von Bewegung im Bild und anschließender Speicherung der Bilder auf der SD-Card oder einem beliebigen Pfad im Filesystem zuständig. Das Tracking-Modul ist für die automatische Nachführung der Kamera und für die manuelle Pan/Tilt-Steuerung der PiCAM verantwortlich. Mit Hilfe des Webserver-Moduls wird PiCAM-It! selbst einfach über einen normalen Web-Browser konfiguriert. Über den Browser können neben der Pan/Tilt-Steuerung auch die aufgezeichneten Bilder in Form einer Slideshow betrachtet werden. Eine Übersicht der verschiedenen Einstellungsmöglichkeiten ist auf dem folgenden Bild ersichtlich.

PiCAM-Settings 

PiCAM-Settings
Das Konfigurationsinterface der PiCAM (PiCAM-Settings).

Anmerkung: Werksseitig ist das Konfigurationsinterface (PiCAM-Settings) nur über das selbe Netzsegment erreichbar, indem sich auch die PiCAM befindet. Bei Bedarf kann dies entsprechend der eigenen Sicherheitsanforderungen angepasst werden. Falls keine Adresse für die Admin IP oder keine IP-Range festgelegt wird, ist die PiCAM von jeder beliebigen IP-Adresse aus konfigurierbar! Optional kann auch ein Zugriffsschutz aus einer Kombination von Benutzername und Kennwort individuell festgelegt werden.

Über den folgenden Link können Sie eine Lizenz von "PiCAM-It!" sowie die Software selbst kostenpflichtig beziehen (Hinweis: Sie erhalten nach Zahlungseingang spätestens innerhalb von 3 Werktagen das Softwarebundle per gesonderter E-Mail zugesandt). In der Lizenz für das Softwarebundle ist bereits das Nutzungsrecht für die jeweiligen Module enthalten. Eine zusätzliche Lizensierung der einzelnen Module ist nicht erforderlich. Trotzdem können bei Bedarf neben einzelnen Lizenzen für die jeweiligen Module ( Capturing / Tracking / Webserver ) auch Volumenlizenzen unserer Software erworben werden. Genaue Angaben zu den Preisen und Mengenrabatten zu Volumenlizenzen erhalten Sie auf Anfrage.

Bestandskunden können hier ein Upgrade ihrer Lizenz auf die jeweils aktuelle Version der PiCAM-It! Management Software zum vergünstigten Preis von 6,99 EUR erwerben.

Installation & Start: Die Software kommt als Tarball, welcher nur entpackt werden muss (tar xvf PiCAMIt.tar) und schon steht PiCAM-It! einsatzbereit auf dem Raspberry Pi zur Verfügung. Durch manuellen Aufruf des Shell-Skripts ./PiCAMIt.sh start werden die PiCAM-It!-Module auf dem Raspberry Pi gestartet. Dieses Skript kann natürlich auch als init-Skript zum automatischen Starten von PiCAM-It! ins System eingebunden werden. Als Alternative zum Shell-Skript lassen sich die PiCAM-It!-Module auch einzeln ausführen. Durch Eingabe von ./bin/r3 PiCamIt.r & wird das Capturing-Modul gestartet. Der Start des Webserver-Moduls erfolgt durch diesen Befehl ./bin/r3 Webserver.r & . Wir empfehlen aber die Einbindung des Webserver-Moduls als ReSpawn-Process in der /etc/inittab oder als systemd-Service. Dies bietet den Vorteil, dass das Webserver-Modul jedesmal neu startet, sobald es beendet wurde. Das Tracking-Modul braucht nicht explizit gestartet werden, da es direkt von den anderen Modulen aus angesprochen wird.

Anwendung: Die weitere Nutzung sowie die Konfiguration der PiCAM-It! Software erfolgt, wie oben bereits schon erwähnt, ausschließlich über den Browser des PCs, Tablets oder Smartphones. Geben Sie dazu einfach als URL die IP-Adresse des Raspberry Pi und den verwendeten Port des Webserver-Moduls in dem Browser ein ( z.B.: http://192.168.0.100:8080 ). Alles Weitere ist selbsterklärend oder erschließt sich von selbst.


Wir hoffen Sie sind von den Vorteilen der PiCAM und vom smarten Design der Software ebenso überzeugt wie wir. Falls Sie Fragen, Wünsche oder Verbesserungsvorschläge zur PiCAM oder zu der "PiCAM-It!" Management-Software haben, wir freuen uns auf Ihre Anfrage.

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