Implementation of a camera manipulator

Abstract

Molekulaarisen kasvibiologian tutkimukset edellyttävät tiedon keräämistä, usein kameroiden avulla kasvien kuvien tallentamiseksi. Kun useita kasveja kasvatetaan samalla alustalla, on tärkeää tallentaa vertailukelpoisia kuvia analysointia varten. Tämä edellyttää kameran manipulaattoria kameran asettamiseksi kunkin kasvin yläpuolelle.

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli toteuttaa kameramanipulaattori, joka voi liikkua kolmella akselilla ja seurata sijaintiaan osana molekulaarisen kasvibiologian tutkimusjärjestelmää. Järjestelmä voi automatisoida kasvun olosuhteita ja tuottaa dataa kasveista. Pääpaino oli sulautetun ohjelman kehittämisessä, jota ajetaan mikro-ohjaimella. Ohjelma kommunikoi tietokoneen kanssa ohjatakseen askelmoottoreita kameran liikuttamiseksi.

Tuloksena oli CircuitPython-kielellä kehitetty asynkroninen sulautettu ohjelma, jossa on sisäänrakennettu kameramanipulaattorin kontrollointi. Kameramanipulaattori voi seurata akseleiden sijaintia ja suorittaa tarvittaessa sijainnin nollauksen. PIO (programmable input output) -tilakonetta hyödynnetään signaalien lähettämiseen kameramanipulaattorin askelmoottoreille. Sulautettu ohjelma mahdollistaa tarkan kameran sijainnin vertailukelpoisten kuvien tallentamiseksi ja analysoimiseksi, joka helpottaa molekulaarisen kasvibiologian tutkimuksia. Tulevaisuudessa kameramanipulaattorin ohjelmistoa voisi hyödyntää myös muissa asiakasprojekteissa.

Molecular plant biology studies require data collection, often through the use of cameras to capture images of plants. However, when growing multiple plants on a platform, it is crucial to capture images that are comparable for analysis, which requires a camera manipulator to position the camera over each plant.

This thesis aimed to implement a camera manipulator that can move on three axes and keep track of its location as part of a system designed to study plant growth. The system can automate growth conditions and produce data of plants. The focus of the thesis was on developing an embedded firmware program that runs on a microcontroller chip and communicates with a host computer to control stepper motors for camera movement.

The resulting firmware is an asynchronous CircuitPython program with built-in camera manipulator control that can track the location of the axes and perform homing functionality if necessary. A PIO (programmable input output) state machine is utilized for sending signals to the stepper motors of the camera manipulator. The firmware enables precise camera positioning for consistent image capture and analysis, facilitating more accurate and reliable plant growth studies. In the future, the camera manipulator system could be utilized in other client projects as well.