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[ESP8266/ESP32] 基于M5StickC Plus+AMG8833制作的的双线性插值红外摄像头

本帖最后由 aramy 于 2024-5-16 15:05 编辑

1、硬件介绍：

M5StickC PLUS主控采用ESP32-PICO-D4模组，，具备蓝牙4.2与WIFI功能，小巧的机身内部集成了丰富的硬件资源，如红外、RTC、麦克风、LED、IMU、按键、蜂鸣器、PMU等，屏幕尺寸1.14寸、135*240分辨率的TFT屏幕，电池容量达到120mAh。

AMG8833这款传感器是 8x8 红外热传感器阵列。它将通过 I2C 返回一组 64 个单独的红外温度读数。测量范围从 0°C 到 80°C（32°F 到 176°F）的温度，精度为 ± 2.5°C (4.5°F)。最远可探测7 米的距离，最大帧速率为 10Hz。

2、开发环境：

软件开发上使用Vscode+platformIO，使用Arduino进行开发。调用了官方的M5stack的库和AMG88的库文件。

[env:m5stick-c]
platform = espressif32
board = m5stick-c
framework = arduino
monitor_speed = 115200
lib_deps =
  # RECOMMENDED
  # Accept new functionality in a backwards compatible manner and patches
  m5stack/M5StickCPlus @ ^0.1.0
  sparkfun/SparkFun GridEYE AMG88 Library @ ^1.0.2
复制代码

3、软件开发：

软件流程很简单，首先读取AMG8833，读取出的信息为一个8*8的浮点数温度矩阵。因为传感器的限制，读取到的原始温度矩阵分辨率只有64个点，这里需要对矩阵进行扩大，每两个点之间插入5个点，使得矩阵扩展到43*43个点的矩阵。扩展的方式为双线性插值法。即在两个方向分别进行一次线性插值（首先在一个方向上使用线性插值，然后再在另一个方向上使用线性插值执行双线性插值。尽管每个步骤在采样值和位置上都是线性的，但是插值总体上不是线性的，而是在采样位置上是二次的。

float BilinearInterpolation(float q11, float q12, float q21, float q22, float x1, float x2, float y1, float y2, float x, float y)
{
  float x2x1, y2y1, x2x, y2y, yy1, xx1;
  x2x1 = x2 - x1;
  y2y1 = y2 - y1;
  x2x = x2 - x;
  y2y = y2 - y;
  yy1 = y - y1;
  xx1 = x - x1;
  return 1.0 / (x2x1 * y2y1) * (q11 * x2x * y2y + q21 * xx1 * y2y + q12 * x2x * yy1 + q22 * xx1 * yy1);
}

//插值算法 8*8点阵过于稀疏，使用插值方式 放大点阵
void zoommix()
{
  //取4个点的值
  float q11, q12, q21, q22;
  uint8_t x11, x22, y11, y22;
  for (uint8_t row = 0; row < SHARP; row++)
  { //遍历原始数据的每一个点
    for (uint8_t col = 0; col < SHARP; col++)
    {
      q11 = pixels[row][col];
      x11 = row * INSERT + row;
      y11 = col * INSERT + col;
      q12 = pixels[row][col + 1 == SHARP ? SHARP - 1 : col + 1];
      q21 = pixels[row + 1 == SHARP ? SHARP - 1 : row + 1][col];
      q22 = pixels[row + 1 == SHARP ? SHARP - 1 : row + 1][col + 1 == SHARP ? SHARP - 1 : col + 1];
      x22 = (row + 1) * INSERT + row + 1;
      y22 = (col + 1) * INSERT + col + 1;

      //插入值
      for (uint8_t xpos = 0; xpos <= INSERT; xpos++)
      {
        for (uint8_t ypos = 0; ypos <= INSERT; ypos++)
        {
          if (x11 + xpos < SHARP + INSERT * (SHARP - 1) && y11 + ypos < SHARP + INSERT * (SHARP - 1))
          {
            HDTemp[x11 + xpos][y11 + ypos] = BilinearInterpolation(q11, q12, q21, q22, x11, x22, y11, y22, x11 + xpos, y11 + ypos);
          }
        }
      }
    }
  }
}
复制代码

扩展后的矩阵是一个43*43个点的浮点数矩阵。需要使用图像的方式将矩阵展示出来。首先获取矩阵中最高、最低的温度值。将最低到最高温度映射到色彩空间上去，然后使用伪彩色对矩阵进行展示。

void Getabcd()
{
  a = MinTemp + (MaxTemp - MinTemp) * 0.2121;
  b = MinTemp + (MaxTemp - MinTemp) * 0.3182;
  c = MinTemp + (MaxTemp - MinTemp) * 0.4242;
  d = MinTemp + (MaxTemp - MinTemp) * 0.8182;
}

//浮点数转颜色  伪彩色
uint16_t GetColor(float val)
{
  byte red = 0, green = 0, blue = 0;
  red = constrain(255.0 / (c - b) * val - ((b * 255.0) / (c - b)), 0, 255);
  if ((val > MinTemp) & (val < a))
  {
    green = constrain(255.0 / (a - MinTemp) * val - (255.0 * MinTemp) / (a - MinTemp), 0, 255);
  }
  else if ((val >= a) & (val <= c))
  {
    green = 255;
  }
  else if (val > c)
  {
    green = constrain(255.0 / (c - d) * val - (d * 255.0) / (c - d), 0, 255);
  }
  else if ((val > d) | (val < a))
  {
    green = 0;
  }

  if (val <= b)
  {
    blue = constrain(255.0 / (a - b) * val - (255.0 * b) / (a - b), 0, 255);
  }
  else if ((val > b) & (val <= d))
  {
    blue = 0;
  }
  else if (val > d)
  {
    blue = constrain(240.0 / (MaxTemp - d) * val - (d * 240.0) / (MaxTemp - d), 0, 240);
  }

  // use the displays color mapping function to get 5-6-5 color palet (R=5 bits, G=6 bits, B-5 bits)
  return M5.Lcd.color565(red, green, blue);
}
void DisplayGradient()
{
  uint8_t row, col;
  for (row = 0; row < SHARP + INSERT * (SHARP - 1); row++)
  {
    for (col = 0; col < SHARP + INSERT * (SHARP - 1); col++)
    {
      M5.Lcd.fillRect(row*3,col*3,3,3, GetColor(HDTemp[row][col]));
    }
  }
}
复制代码