株式会社アルゴ

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ラズパイ × GigEカメラ

Windows
Linux

初めに：
Raspberry Pi（ラズパイ）は、小型でUSBやLAN、GPIOインターフェースを持っており、Wi-Fi、Bluetoothも搭載されています。 最大の特徴である小型、ローコストであるという２点により、ラズベリーパイを使えば産業用カメラの用途を大幅に広げることが期待できます。

カメラ TheImagingSource社製産業用GigEカメラ
　GigE：DFK(DMK)33Ge/33G/23Gシリーズ
　　　　DFKZシリーズ
PC Raspbery Pi 4 Model B （memory 4GB）
・SoC：Broadcom BCM2711
・CPU：1.5GHz クアッドコア Cortex-A72（ARMv8、64bit L1=32KB、L2=1M）
・メモリ：4GB （DDR4-2400低電圧）
・ストレージ：microSDカード
・ビデオ出力：Micro HDMI×2 （4Kデュアル）
・USB：USB2.0×2、USB3.0×2
・Ethernet （有線LAN）：10/100/1000 Base-T
・Wi-Fi （無線LAN）／Bluetooth：IEEE 802.11 b/g/n/ac 2.4/5GHz デュアルバンド／Bluetooth 5.0
・電源：5V3A（USB Type-Cメス）、またはピンヘッダまたはPoE HAT
・寸法：85mm×56mm×18mm
・工事設計認証 （技適・電波法）／設計認証（電気通信事業法） 番号：[007-AF0184]／[D190067007]
https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-4-model-b/
OS環境 Raspbian Buster with desktop and recommended software
Version:September 2019
Release date:2019-09-26
Kernel version:4.19
Size:2541 MB
https://www.raspberrypi.org/software/

１. ラズパイ側のアップデート

sudo date --set="2019/12/11 11:46"
sudo apt update
sudo apt upgrade

解説.１OSをインストールしたら最初に時刻の設定をしてください。Linuxのリポジトリから様々なモジュールをダウンロードする必要がありますが、時刻の設定をしていないとLinuxサーバからのダウンロードに失敗します。時刻設定をしたら環境のアップデートをします。

２. TISの環境のインストール編

sudo apt-get install git
git clone https://github.com/TheImagingSource/tiscamera.git
cd tiscamera
sudo ./scripts/dependency-manager install
mkdir build
cd build
cmake -DBUILD_ARAVIS=ON -DBUILD_LIBUSB=ON -DBUILD_V4L2=ON -DBUILD_GST_1_0=ON -DBUILD_TOOLS=ON -DBUILD_DOCUMENTATION=ON ..
sudo make
sudo make install

解説.２公式リポジトリからgitをインストールし、TheImagingSource社の公式リポジトリからgitのコピーをダウンロードします（OSによっては既にgitがインストールされているものもあります）。tiscameraのディレクトリに移動し、そこでTISカメラを動作させるのに必要な依存パッケージをインストールします。dependencies.shは、tiscameraがDebianベースのシステムで動作するのに必要な依存関係パッケージを自動でインストールする為のシェルスクリプトです。 --compilationでコンパイル、--runtimeでランタイム依存関係のインストールをします。buildフォルダーを作成しそこに移動し、cmakeします。cmakeしたらmakeしてインストールします。

補　 足ラズパイやJetsonでsudo makeで処理が毎回同じ箇所で詰まる場合はメモリ不足やCPU処理速度が不足している場合があります。その場合は「スワップの拡張」と「Makeの並列化」を行ってください。拡張方法については、CONF_SWAPFILEで検索してご確認ください。Makeの並列化については、sudo makeコマンドではCPUを1コアしか使いませんが、sudo make -j2とすると2コア使ってmake処理を行います。このように開発時におけるメモリ不足とCPU処理速度不足によるパフォーマンス低下を回避してください。

補　 足Aravisとは？
Aravisとは、GEN<i>CAM準拠カメラ用のglib / gobjectベースのライブラリです。現在、産業用カメラで使用されるGigEおよびUSB3プロトコルを実装しています。また、基本的なイーサネットカメラシミュレータとシンプルなビューワも提供しています。


ワンポイントアドバイス

上記の【２. TISの環境のインストール編】で以下のようなエラーがでる場合があります。

[ERROR] [TcamView.py:509] - ERROR: displaysink : Could not initialise Xv output

このエラーが出る場合、gstreamerやGObject Introspectionなどの一部のパッケージのインストールに失敗している可能性があります。
これらのパッケージはtiscameraのモジュールの一部として利用されており、使用しているPCの環境によってはインストールに失敗する事があります。パッケージの一部のインストールに失敗してそうな場合は、別のバージョンのtiscameraをインストールしてみてください。

別のバージョンのtiscameraにアクセスするには、【tiscamera】＞ master(画面左上コンボボックス) ＞ Tagsからアクセスができます。

別のバージョンのtiscameraをインストールする為に、既にインストールしてしまったtiscameraを以下の通りいったんアンインストールしてください。

cd tiscamera/build
sudo make uninstall

git cloneの部分に別バージョンのtiscameraを指定し下記の例のように再度インストールします。

sudo apt-get install git
sudo apt-get install v4l-utils
git clone https://github.com/TheImagingSource/tiscamera.git -b v-tiscamera-0.12.0
cd tiscamera  
sudo ./scripts/install-dependencies.sh --compilation --runtime
mkdir build
cd build
cmake -DBUILD_ARAVIS=ON -DBUILD_LIBUSB=ON -DBUILD_V4L2=ON -DBUILD_GST_1_0=ON -DBUILD_TOOLS=ON -DBUILD_DOCUMENTATION=ON ..
sudo make
sudo make install

ここでは、例としてtiscameraのバージョン0.12.0のバージョンでインストールを行っていますが、tiscameraのバージョンによってインストール手順が若干異なる場合があります(sudo ./script…の部分など)。インストール手順は上記リンク内にある各バージョンのREADMEファイルをご確認ください。


３. 動作確認編

tcam-capture

解説.３GUIでTISの産業用GigEカメラを操作できるビューワツールtcam-captureとtiscameraを動作する環境が整ったので、実際にtiscameraが動作するかtcam-captureで確認します。tcam-captureの立ち上げ時は特にパスを指定する必要はありません。カメラやラズパイはデフォルトがDHCPなので１対１で接続している場合はIPアドレスの設定は特段必要はありませんが、固定IPアドレスにしたい場合は以下の３－１と３－２を参照ください。
（※古いTcam-Captureでは動作が不安定でアプリが落ちることがあります。その場合はジャンボフレームの設定を行ってください。）

ワンポイントアドバイス

Pyenvなどでpythonのバージョンを切り替え時にtcam-capture実行時に下記のエラーが出る場合、

$ tcam-capture
Traceback (most recent call last):
  File "/usr/bin/tcam-capture", line 28, in <module>
    from tcam_capture.TcamDevice import TcamDevice, TcamDeviceIndex
ModuleNotFoundError: No module named 'tcam_capture'

tcam-captureのモジュールの場所「/usr/lib/python3/dist-packages/tcam_capture/」をシェルの環境変数PYTHONPATHに追加することでpyenvなどの環境下でもtcam-captureを動作します。

３－１．動作確認編（NIC側のIPアドレスの設定）
sudo nano /etc/network/interfaces
auto eth0
iface eth0 inet manual
sudo nano /etc/dhcpcd.conf
Interface eth0
static ip_address=192.168.10.10/24
sudo ifconfig -a eth0 down
sudo ifconfig -a eth0 up
（10秒待つ）
iconfig

解説.４まず、PC側のNICカードのIPアドレスから固定に設定します。テキストエディタ経由でinterfacesとdhcpcd.confファイルにアクセスしてIPアドレスを設定します。sudo nanoでテキストエディタを起動し、まずはinterfacesという設定ファイルを開きます。interfacesファイルは管理者権限がないと書き込みができないのでコマンドでsudoで実行しています。interfacesのファイル内のsource-directory…の下部に“auto eth0” と”iface eth0 inet manual“を追記します。追記したらテキストエディタをctrl＋oで保存をし、Enterを押下すると、「11行を書き込みました」と表示されます。Ctrl＋xで画面を閉じます。
次に、dhcpcd.confを開きます。そこでは#Interface eth0と#static ip_addressの#を削除し、指定したいIPアドレスを入力します。/24はサブネットマスクで255.255.255.0です。dhcpcd.confも同じく、ctrl＋oで保存⇒Enterを押下し、「11行を書き込みました」と表示されるのでCtrl＋xで画面を閉じます。設定を終えると、ネットワークの再起動（=down,up）をします。再起動後は10秒ほどお待ちください。最後にIPアドレスが固定（192.168.10.10/255.255.255.0）になったか確認をします。

３－２－１．動作確認編（カメラ側のIPアドレスの設定 - 探索パケットでデバイス認識）
tcam-gigetool list 
tcam-gigetool info <serial>
出力例：

解説.５カメラ側のIPアドレス設定は、tcam-gigetoolを使います。tcam-gigetoolでブロードキャストパケットによって認識された同一ネットワーク内にあるGigEカメラを一覧表示しシリアルNOを確認します。シリアルNOが判明したらinfoで指定したカメラのハードウェア＆ネットワーク情報を取得します。この時、カメラ側は出荷時設定のDHCPですが、３－１でNIC側をDHCPから固定IPアドレスにしたので、”Camera is currently not reachable”とエラーが出ます。このエラーが出る場合はNICのIPアドレスとカメラのIPアドレスが食い違っています。以下３－２－２で仮のCurrent IPアドレスを設定し、３－２－３で固定（Static）のPersistent IPアドレスを設定していきます。

３－２－２．動作確認編（カメラ側のIPアドレスの設定 - 固定IPを設定する為のCurrent IP）
tcam-gigetool rescue --ip 192.168.0.251 --netmask 255.255.255.0 --gateway 0.0.0.0 <serial>
tcam-gigetool info <serial>
出力例：

解説.６現在のCurrent IPアドレスを設定します。Current IPはカメラの電源をOFFにしたりネットワークを切断したりすると消えてしまいます。rescueでCurrect IPを設定したらinfoで”Camera is currently not reachable”が消えたかどうか確認してください。

３－２－３．動作確認編（カメラ側のIPアドレスの設定 - Persisten IPを設定する）
tcam-gigetool set --ip 192.168.0.251 --netmask 255.255.255.0 --gateway 0.0.0.0 --mode static <serial>
tcam-gigetool info <serial>
出力例：

解説.７Current IPでカメラに臨時的なアドレスが割り振られている間に、setで固定IPアドレスを設定します。setで設定されたPersistent IPはカメラの電源をOFFにしてもカメラ内部に保存されています。次にPersistent IPアドレスでカメラを動作させる為にmodeをstaticに切り替えます。（DHCPに戻したい場合はtcam-gigetool set --mode dhcp ） カメラの固定IPアドレスの設定はしましたが、固定IPアドレスを通じて動作させるという事も明示的に実行しなければなりません。modeを切り替えたらカメラの電源を再起動します。最後にinfoで、”Camera is currently not reachable”というエラーが出ず、Staticがenabled、DHCPがdisableになっているか確認します。

補　 足３－２－１ ～ ３－２－３までの補足
GigEカメラは、デバイスブート時にカメラ内部のEEPROMから①固定IPアドレスのON/OFF、②DHCPのON/OFF、③LLAのON/OFF（厳密には常にON）を読み込んでいます。固定IPアドレスがONなら固定IPアドレスがCurrent IPに、固定IPアドレスがOFFでDHCPがONならDHCPサーバから割当られるアドレスがCurrent IPに、DHCPサーバが同一ネットワークになければLLA（169.254.xxx.xxx/255.255.0.0）がCurrent IPとしてカメラに割当られます。①⇒②⇒③という優先順位でCurrent IPアドレスはデバイスブート時に割当られるので３－２－１のPC側からの探索パケットの送信前の時点で既に割り当てられています。しかし、Current IPとPC側のIPアドレスが一致していない場合は、探索パケットはカメラに届きinfoでハードウェア＆ネットワーク情報を取得できこそすれ、デバイスのオープンができないので３－２－３で行うようなPersistent IPアドレスの設定ができません。そこで、３－２－２にあるようにrescueで一時的にCurrent IPをPC側のNICと同じネットワークに設定するという手順が必要になります。rescueが必要になるパターンは以下になります。

３－２－４　動作確認編（カメラ側のIPアドレスの設定 - Persisten IPが設定できない場合）
git checkout development
cd build
make -j
sudo make install

解説.８”tcam-gigetool.py set --ip”のコマンドでは、カメラの内部FPGAのレジストリにIPアドレスを書き込んでいます。しかしファームウェアのバージョンによってはIPアドレスを設定するためのレジストリの場所が変わってしまっていることがあり、setが通らない場合があります。その場合は上記のコマンドにてTISのリポジトリ側の修正で対応します。

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