Kamera um Himmel/Wolken/Wetter zu fotografieren

Seit März mache ich das mit einer v2-Kamera.
Die wird zur Zeit nur mit rpicam-still --nopreview --v 0 -o $bild betrieben. Die tägliche Zeit ist so gelegt, das die Sonne zum Zeitpunkt der Aufnahme nicht direkt auf die Kamera scheinen kann und das drei Bilder im Abstand von einer Minute erzeugt werden. Danach legt sich der Pi bis zur gewünschten Zeit am nächsten Tag zur Ruhe. Die Kamera befindet innen an der Fensterscheibe und wird vormittags, wenn wolkenlos, von der Sonne beschienen.

Quote

Spielt für so ein Vorhaben die Sonneneinstrahlung in Verbindung mit dem Sensor eine Rolle?

Klar. Gegenlicht.

Quote from speerwerfer

Leidet der unter der Sonne?

Das kann ich nicht sagen, aber längere direkte Sonneneinstrahlung auf Elektronik halte ich nicht für gut. Für schnelle Alterung ist da sicherlich gesorgt.

Quote from speerwerfer

Kann/muss ich den schützen?

Ich würde es empfehlen. Wenn Sonnenlicht auf das Objektiv einer Kamera fällt, ist meist eh nur mit einem total überbelichteten Bild zu rechnen.

Quote from speerwerfer

Oder soll ich für einen ersten Versuch einfach mal mit einem Raspberry Pi Camera Module 3, 12MP Wide benutzen?

Nunja, ich kenne die v3-Kameras nicht.
Aber ich würde sagen, wie bei jeder Bildaufnahme gilt das Dreieck: Blende - Verschlußzeit - Empfindlichkeit (ISO).
Bei der v1/v2 ist die Blende fest.

Da ich mich vor einiger Zeit auch damit beschäftigt habe, kann ich evtl. ein paar Denkanstöße geben. Leider ist das Projekt bei mir schon seit einiger in den Ruhemodus gerutscht.

Um die richtige Belichtungszeit zu bestimmen, würde ich (so habe ich es zumindest vor) einen Lichtsensor (evtl. noch einen UV-Sensor) die Anfangsbelichtungszeit und die Empfindlichkeit bestimmen. Danach ein Foto schießen und dieses Bild nach Helligkeit, etc. untersuchen und mit den neuen Erkenntnissen die Belichtungszeit/Empfindlichkeit anpassen und ein neues Bild generieren. Solange, bis es im Bereich der Vorgabe liegt. Die Vorgabe muß man natürlich selbst erstmal ermitteln (z.B. mit einer richtigen Kamera ein gutes Bild schießen).

Wenn man etwas halbwegs Qualitatives herausbekommen möchte, muß man schon etwas Aufwand betreiben.
Ich habe meine Erkenntnisse zum Teil in Astroforen gewonnen, die mit Pi-Cam Sternenbeobachtung machen.
Damit habe ich Timelaps in der Nacht hinbekommen.

Beispiel für Nachtaufnahme:

format='--shutter 8010000 --gain 16 --awbgains 1,1 --immediate --denoise off -n --mode 2028:1520'
/usr/bin/rpicam-still -v 0 --nopreview -o "$myPixDest/$pix" $format

Ist etwas zeitaufwendig sich einzuarbeiten und mit vielen Tests verbunden.

Edit:
Damit Du Dir ein Bild davon machen kannst, habe ich noch ein Bild mit mehreren Bildern unter Angabe der Belichtungszeit und Empfindlichkeit angefügt.

Edit2: Bild aus einem nächtlichen Zeitrafferfilm mit obigen Einstellungen

Quote from speerwerfer

Ich meine mal irgendwo aufgeschnappt zu haben, das die Sensoren unter der Sonneneinstrahlung leiden und sich zum Teil auch "Sonnenspuren" einbrennen können. Keine Ahnung ob da ein UV Filter schon reichen würde.

Könnte ich mir vorstellen, das es so sein kann. Immerhin wird das Licht aus dem Öffnungswinkelbereich auf einer kleinen Fläche (die nicht allzuweit vom Brennpunkt entfernt ist) gebündelt. Ein ungeschützter Blick in die Sonne kann auch zu Blindheit führen. Ist eben Energie, die man bündelt.

Quote from speerwerfer

Zur Belichtung: Stimmt, wenn die Kamera keine automatische Belichtung macht, dann muss man das irgendwie steuern. Hast du dir da zu deiner Idee schon weiter Gedanken gemacht, wie du das Bild auswerten und beurteilen könntest?

Wie ich am Besten die Belichtungszeit herausfinde, hatte ich mit meinem spärlichen Wissen in dem Bereich etwas recherchiert. Dabei fand ich ein Video, wo jemand erklärt, wie man aus stundenlangen Nachtaufnahmen bei Gewitter die Stellen findet, wo ein Blitz zu sehen ist. Der brachte mich auf die Idee, die Helligkeit eines Bildes zu ermitteln um daraus die Belichtungszeit zu ermitteln (um dann ein paar Bilder mit etwas weniger bis etwas mehr Belichtung zu schießen.) Leider finde ich das Video aktuell nicht (den Link scheine ich mir nicht notiert zu haben bzw. suche ich falsch in meiner Linkliste).
Ich fand auch eine Seite oder in NNTP, wo sich welche unterhielten, wie man mit Lichtmessung (Photodiode/-Widerstand) auf eine gute Belichtungszeit kommt (Allerdings konnten die die Blende und ISO mit einstellen). Deren Quintessenz war, das man Belichtungstabellen erstellt und in der man nachschlägt (beim Berechnen kamen die auf keine Kennlinie, an der man sich entlanghangeln konnte.) Auch diesen Link finde ich momentan nicht.

Zur Lichtmessung habe ich mir bereits einen BH1750 gekauft und sogar schon die Header angelötet; dann kam irgendetwas dazwischen und seitdem ruht das bei mir.
Wobei ich mir noch überlege einen UV-Sensor zu holen, um die Sonne (bzw. wolkenlos/bewölkt) besser einzuschätzen. Vielleicht werden die noch etwas billiger, bis ich mich entschieden habe.

Mehr kann ich wohl aktuell nicht beitragen.

Suchbegriff: Allsky CAM

Bsp.: https://github.com/AllskyTeam/allsky/

MfG

Jürgen

Nachtrag:

Ich habe noch ein bischen weitergesucht und folgende Seite gefunden: https://projects.raspberrypi.org/en/projects/ge…with-picamera/7

Unter Set the image exposure, gain and contrast levels wird auf den Preview verwiesen. Inwieweit das tauglich ist, kann ich nicht sagen (weil eben auch erst erfahren).

So, es hat mir keine Ruhe gelassen.
Ich habe da noch etwas gefunden (https://ulrich.digital/helligkeit-eines-bildes-erkennen/) und das wollte ich in einem Shellskript verwurschten. Leider muß ich ins Bett, da ich morgen früh zeitig raus muß.

Beim ermitteln der Helligkeit bekomme ich das erwartete nicht raus, habe aber auch keine Zeit mehr, mir das unter PHP anzuschauen bzw. wie ich das gleiche mit Schellmitteln erreiche.

Edit: Achja, es wird das Paket ImageMagick und bc benötigt. Der Rest sollte auf dem Rechner sein.

Wer Lust hat kann ja meinen ersten Entwurf mit etwas Esprit bereichern:

#!/bin/bash
#
# Versuch, die Belichtung eines Bildes zu beurteilen
# Version: 0.0.1
#
# verwendete Pakete:
# - ImageMagick
# - bc

###################
## Konfiguration ##
#
# In welchem Verzeichnis liegen die Bilder, die untersucht werden sollen
pathImages='/home/bergwichtel/Videos/kdenlive/zr365d/camshots'
# in welche Datei soll das Ergebnis geschrieben werden (/Pfad/Dateiname)
# Es entsteht eine CSV-Datei (ergo .csv als Ectension verwenden)
resultFile='/home/bergwichtel/Videos/kdenlive/zr365d/checkBilder.csv'
#
# temporäres Verzeichnis (falls Umgebungsvariable TMP, TMPDIR, TEMP nicht gesetzt ist)
# Wenn nichts angegeben ist, werden die temporären Dateien in $resultFile abgelegt.
myTempDir=''
#
## / Konfiguration ##
#####################

#####################
##  H I N W E I S  ##
#
# Ich verwende als Dateinamen folgendes Schema:
# Präfix_JJJJMMDD_HHMMSS-Nummer
# Präfix    : Eine Kennung für Bilddateien, zB: ts für timeslap
# JJJJMMDD  : Datum: Jahr (4stellig) Monat (2stellig) Tag (2stellig); die Ausgabe von: date '+%Y%m%d'
# HHMMSS    : Zeit: Stunden (2stellig) Minuten (2stellig) Sekunden (2stellig); die Ausgabe von date '+%H%M%S'
# Nummer    : Falls es mehr Bilder pro Sekunde gibt, ansonsten 1
##  / H I N W E I S  ##
#######################

#######################################################
## Prüfen der Konfiguration und benötigten Programme ##
#
bomb() {
    printf '\t%s %s\n\t%s\n' "$1" "$2" '-- Abbruch --'
    exit 1
}

pid=$$

# Check Konfiguration
[ -r "$pathImages" ] || bomb 'Pfad ist nicht lesbar.' "($pathImages)"
rFile=$(dirname $resultFile)
[ -w "$rFile" ] || bomb 'Pfad ist nicht beschreibbar.' "($resultFile)"

# Check Programme
missingProg=''
for i in convert bc
do
    type "$i" > /dev/null 2>&1
     [ $? -ne 0 ] && missingProg="$missingProg $i"
done
[ ${#missingProg} -ne 0 ] && bomb 'Folgende Programme fehlen:' "$missingProg"

# Temporäres Verzeichnis ermitteln
if [ ${#myTempDir} -eq 0 ] ; then
    for i in $TMP $TMPDIR $TEMP $rFile
    do
        myTempDir="$i"
        [ ${#myTempDir} -ne 0 ] && break
    done
fi
[ -w "$myTempDir" ] || bomb 'Temporäres Verzeichnis nicht beschreibbar.' "($myTempDir)"
#
## / Prüfen der Konfiguration und benötigten Programme ##
#########################################################


## Prüfdatei mit Kopfzeile anlegen
#
makeResultFile() {
    printf '%s\t%s\t%s\t%s\t%s\n' 'Datei' 'Datum/Zeit (exif)' 'Belichtungszeit' 'Bildhelligkeit' 'ISO' > $resultFile
}

if [ -f "$resultFile" ] ; then
    printf '%s\n' 'Datei existiert bereits.'
    read -p "Soll sie überschrieben werden? [J|n] " checkAnswer
    [ "$checkAnswer" = 'J' ] && makeResultFile || exit 2
else
    makeResultFile
fi


count=$(ls "$pathImages"/*[jJ][pP][gG] | wc -l)
printf '%s\n' 'Es werden nur Dateien mit der Endung jpg (case insensiv) verarbeitet.'
printf '%s %s %s\n' 'Es wurden' $count 'JPEG-Dateien gefunden.'

for i in "$pathImages"/*[jJ][pP][gG]
do
    fname=$(basename "$i")
    printf '\r%s %5s %s %s' 'noch' $count '::' "$fname"

    # Exif ermitteln
    identify -format '%[EXIF:*]' "$i" > "$myTempDir/$pid_exifData.txt"
    exifExposureTime=$(awk 'BEGIN{FS="="}  /ExposureTime/  { print $2 }' "$myTempDir/$pid_exifData.txt")
    exifDateTimeOriginal=$(awk 'BEGIN{FS="="}  /DateTimeOriginal/  { print $2 }' "$myTempDir/$pid_exifData.txt")
    # ISO Speed Ratings gibt identify nicht aus - ergo überspringe ich das mal (evtl. exif-tools)

    # Helligkeit ermitteln
    convert -resize 1x1 "$i" "$myTempDir/$pid_one_pix.jpg"

## Ab hier scheint es nichts sinnvolles zu sein
# Muß das in PHP checken, da scheinen andere Werte für die Kanalfarben rauszukommen

    # Farbwerte pro Kanal
    identify -verbose "$myTempDir/$pid_one_pix.jpg" | grep -A 28 'Channel statistics:' > "$myTempDir/$pid_ident.txt"
    # OMG - folgende Zeilen müßten überarbeitet werden, aber fün Test reicht das erstmal
    channel_red=$(grep -A 4 'Red' "$myTempDir/$pid_ident.txt" | tail -n1 | cut -d'(' -f2 | tr -d ')')
    channel_green=$(grep -A 4 'Green' "$myTempDir/$pid_ident.txt" | tail -n1 | cut -d'(' -f2 | tr -d ')')
    channel_blue=$(grep -A 4 'Blue' "$myTempDir/$pid_ident.txt" | tail -n1 | cut -d'(' -f2 | tr -d ')')
    # median: 176 (0.690196)
    # 0.690196

    ## und nu?
    # -> $brightness = (($color['r'] * 299) + ($color['g'] * 587) + ($color['b'] * 114)) / 100
    ch_red=$(echo "$channel_red * 299" | bc)
    ch_green=$(echo "$channel_green * 587" | bc)
    ch_blue=$(echo "$channel_blue * 114" | bc)
    # brightness=$( echo "($ch_red + $ch_green + $ch_blue) / 100" | bc)
    brightness=$( echo "($ch_red + $ch_green + $ch_blue)" | bc)

    # https://ulrich.digital/helligkeit-eines-bildes-erkennen/
    # if brighness is > 130 it is bright (zu hell)

## bis hier

    # in CVS-Datei schreiben
    printf '%s\t%s\t%s\t%s\t%s\n' "$fname" "$exifDateTimeOriginal" "$exifExposureTime" "$brightness" '' >> $resultFile
    ((count=$count - 1))
done
printf '\r%79s' ''
printf '\r%s\n' '-- temporäres Verzeichnis säubern --'

# das will nicht so, wie ich wohl will
rm "$myTempDir/$pid_*"


printf '\r%79s' ''
printf '\r%s\n' '-- fertig --'

exit 0
# eof

Edit: Und hier noch ein Auszug aus der entstehenden CSV-Datei

tail checkBilder.csv 
zt365d_20241005_120205-3.jpg    2024:10:05 12:02:06     6013/1000000    666.368681
zt365d_20241006_120002-1.jpg    2024:10:06 12:00:03     3477/1000000    619.662874
zt365d_20241006_120104-2.jpg    2024:10:06 12:01:05     3607/1000000    639.854626
zt365d_20241006_120205-3.jpg    2024:10:06 12:02:06     3640/1000000    643.776512
zt365d_20241007_120001-1.jpg    2024:10:07 12:00:03     1690/1000000    572.831006
zt365d_20241007_120103-2.jpg    2024:10:07 12:01:04     2795/1000000    572.948765
zt365d_20241007_120204-3.jpg    2024:10:07 12:02:06     2795/1000000    543.788491
zt365d_20241008_120001-1.jpg    2024:10:08 12:00:02     1982/1000000    642.290057
zt365d_20241008_120103-2.jpg    2024:10:08 12:01:04     1950/1000000    640.392108
zt365d_20241008_120204-3.jpg    2024:10:08 12:02:06     1982/1000000    643.419892

Für AllSky gibt es eine umfangreiche Anleitung:

GitHub & BitBucket HTML Preview

MfG

Jürgen

Nur zur Doku für Allsky:
Allsky Pi Camera von DeeDee | Kostenloses STL-Modell herunterladen | Printables.com

incl. Github und Teileliste.

Zufällig beim stöbern drauf gestossen.

MfG

Jürgen