Scelta LED IR per head-tracking.

[Pax1601]

Ciao a tutti, mi chiamo Davide, sono uno studente universitario al primo anno (ingegneria aerospaziale) e mi sono appena iscritto al forum :)

Volevo sottoporvi il mio problema: vorrei realizzare un sistema di head-tracking basato sulla videocamera a infrarossi presente nel Wiimote in maniera simile a quella visibile in questo video:



Ma per evitare di avere led e fili sulla testa e per evitare il problema dell'elevata "direzionalità" tipica dei LEDs vorrei sviluppare un sistema simile a quello visibile in quest'altro video:



ovvero un array di LEDs infrarossi posti vicino alla videocamera IR e un sistema riflettente sorretto da una struttura solidale al mio headset. Ovviamente il sistema riflettente avrebbe degli specchi (o altra superficie riflettente) curva, in modo simile a questo:



Inoltre, se possibile, vorrei poter alimentare l'array di LEDs tramite porta USB (che, se i dati in mio possesso non sono errati, dovrebbe fornire 500mA@5V in corrente continua).

Informandomi sulla rete ho appreso che la videocamera IR presente nel Wiimote è maggiormente sensibile alla luce infrarossa di lunghezza d'onda 940 nm, e di conseguenza sarebbe ottimale avere dei LEDs che emettono in questo modo.

A questo punto vi chiedo, che LEDs mi consigliate di adoperare? Il numero è ininfluente, nel senso che l'array può arrivare ad avere diverse decine di unità, quello che mi preme è avere la massima intensità luminosa possibile usando i 500mA@5V della presa USB. Se invece ritenete che questa alimentazione sia insufficiente ai miei scopi cosa mi consigliate?

Grazie mille per il supporto ;)

[Pax1601]

Nessuno mi può aiutare? ;)

[davidde]

Ciao Pax1601 benvenuto!

Secondo me, così ad occhio, con una porta USB non riesci ad alimentare il numero di led che si vede nel filmato. Per quanto ne so la porta USB non fornisce tutta quella corrente a meno che tu non riesca via software a comunicare con la scheda madre per fargli erogare 500mA. Di norma credo non vengano assicurate correnti superiori ai 200mA.

Non ho ben capito a cosa intendi appoggiare tutto il sistema, se a un normale PC oppure alla console, comunque potresti pensare di prelevare l'alimentazione direttamente dall'alimentatore principale (sopratutto se usi un PC) così da non dover usare altri alimentatori o batterie.

Come led da utilizzare molto dipende dalla distanza che vuoi coprire e dalle condizioni di luminosità ambientale in cui vuoi far funzionare l'apparato. Qui trovi alcuni modelli di led con lunghezza d'onda di picco di 940nm e vari angoli di visione. Mi sa comunque che per trovare il modello di led più adatto dovrai fare qualche prova pratica.

[Pax1601]

Grazie mille per i supporto ;)

Dunque, in effetti sono stato poco esaustivo: il sistema sarebbe utilizzato in collegamento Bluetooth con il PC, la gestione software sarà effettuata tramite FreeTrack. Questo mi permette di adoperare l'alimentatore del PC per l'array di LEDs tramite connettore Molex: la scheda tecnica dell'alimentatore riporta una corrente massima di 30A a 5V e di 18A a 12V (anche se penso che tutte le uscite a 12V siano occupate dalla scheda madre). Ovviamente questi valori sono teorici, ma l'alimentatore è da 620W della Corsair quindi dovrebbe essere di buona qualità. Ovviamente non andrei ad utilizzare che al massimo 1A o 1,5A (30A mi sembra alquanto difficile raggiungerli!) e qui sorge il problema della regolazione della corrente in ingresso. Non ho mai adoperato una simile configurazione quindi sono del tutto ignorante: come mi devo gestire per le resistenze? Non vorrei essere a filo con il sovraccarico dell'uscita, che causerebbe il blocco dell'alimentatore.
Per quanto riguarda i LEDs la distanza tra l'emettitore e i riflettori è nell'ordine di grandezza del metro (in sostanza il Wiimote sarà assicurato subito sopra lo schermo del PC). Per i tre riflettori solidali all'headset ho scelto di utilizzare come materiale rifrangente lo stesso adoperato nelle giacche di sicurezza ad alta visibilità (quelle che si deve tenere in auto per legge per intenderci ;) ): si trovano rotoli da un metro a pochi euro e dovrebbe assicurare una buona riflessione "di ritorno", in quanto ovviamente deve riflettere nella stessa direzione da cui proviene la luce, altrimenti è del tutto inutile. Forma e dimensioni dei rifrangenti sono ancora in fase di studio, perché devo evitare sistemi troppo grandi, che causerebbero difficoltà di lettura dal software, così come eccessivi cambiamenti nelle dimensioni della superficie rifrangente. Per questo avevo in mente ad una forma sferica.
Siccome il sistema sarà usato principalmente per il tracking di movimenti rotazionali della testa (desta e sinistra, in alto e in basso) il fascio di luce può essere relativamente ristretto. Ad esempio, con un angolo di emissione dei LEDs di 30° avrei a disposizione, a 1m, di un "cerchio" di diametro 50cm circa per muovere la testa, il che mi sembra più che sufficiente ;)

Grazie mille per il link ;) il problema è che non ho mai dovuto scegliere LEDs per la loro capacità di illuminazione (sempre usati come spie o altre indicazioni) quindi non saprei quali scegliere per avere una elevata illuminazione: c'è qualche serie o sistema di riconoscimento per gli "high power"? Su altri siti web ho trovato indicazioni anche della luminosità, ma di difficile interpetazione: ad esempio un LED operante a 100mA era descritto con l'intensità radiante a 50mA, quindi non sapevo come leggere il dato.

[davidde]

Prego, è un piacere ...

Guarda, se la distanza è di circa un metro e l'area utile ha un diametro di circa mezzo metro secondo me non avrai molte difficoltà.

Fossi in te mi orienterei su questo led. Per quel che riguarda l'alimentatore di corrente ne hai da vendere. Non so quanti led tu voglia montare, io come prima prova starei tra i 20 e i 30, li collegherei in serie da 6 all'alimentazione da 12V. In serie ad ogni fila di led monterei una resistenza da 56ohm;1/2W. Così la corrente nei led dovrebbe aggirarsi sui 50mA la metà di quella massima sopportabile. Ricordati anche di collegare un fusibile in serie ai 12V e se riesi dovresti tenerlo interno al case del PC subito dopo l'uscita del molex. Anche se gli alimentatori da PC sono già protetti per i fatti loro io lo monterei ugualmente.

Per il montaggio puoi seguire questo schema considerando che ogni colonna assorbirà circa 50mA. Puoi mettere tante colonne in parallelo fino a raggiungere il numero di led che vuoi montare:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

[Pax1601]

Perfetto davidde ti ringrazio moltissimo per il supporto ;)!

Ho pensato che però sorge un piccolo problema dovuto al fatto che i LED, essendo infrarossi, saranno invisibili all'occhio umano, e di conseguenza non potrei accorgermi se uno di questi dovesse saltare, portandosi dietro tutta la riga in serie a cui appartiene. Avevo quindi pensato, se secondo te è una buona soluzione, di mettere un LED visibile per riga, in modo tale che, nel caso in cui dovesse saltare una riga, potrei immediatamente accorgere e sapere dove intervenire alla sostituzione. Ti sembra una precauzione necessaria o questi LED, a 50mA, non corrono questo rischio ed è una complicazione inutile?
Avrei inoltre voluto, se possibile, poter regolare l'intensità della corrente con un potenziometo rotativo: nel caso in cui dovessi avere troppa illuminazione (come si suol dire, troppa grazia ) rischierei di saturare la camera IR e prima di intervenire via software è sempre meglio risolvere il problema di partenza. Io lo metterei a monte tra fusibile e array, poi nel circuito ovviamente compatterei il tutto. Secondo te è una buona idea?

Ti ringrazio ancora moltissimo per la pazienza e la disponibilità :)

[davidde]

Allora, per quanto riguarda un led a luce visibile in serie a quelli infrarossi puoi farlo senza problemi. Considera però che (come si vede anche nel secondo video che hai postato) questi led quando sono accesi non sono proprio invisibili ma fanno una luce rossastra poco visibile ma comunque presente. Scegli tu, se decidi di metterli ti basta sostituire un led IR con uno a luce visibile.

Anche la regolazione della corrente nei led non è complicata, prima di procedere però bisognerebbe capire con quanti led vorresti iniziare per poter dimensionare il regolatore in modo che non si surriscaldi o si bruci.
E' molto probabile che un potenziometro non sia adatto, la potenza da dissipare potrebbe diventare troppo elevata e i potenziometri da 5W sono piuttosto costosi. Se dovessi farlo io utilizzerei a monte un LM1085ITADJ come regolatore di tensione opportunamente dissipato e poi tramite un potenziometro di controllo andrei a variare la tensione d'uscita. Il vantaggio è che il potenziometro diverrebbe di tipo standard e il lavoro "sporco" verrebbe affidato all'integrato.

Prima di procedere però devi valutare tu quanti led vuoi montare perché diventa fondamentale capire come organizzare il montaggio in serie-parallelo per valutare la corrente massima e la potenza che l'integrato dovrà dissipare nel caso la luminosità vada ridotta in modo considerevole.

[Pax1601]

Grazie mille ancora per il supporto, sei davvero molto disponibile :)

Per quanto riguarda la luminosità dei LEDs, a quanto dice il protagonista del secondo video, essi sono del tutto invisibili e appaiono rossastri solo nel video, perché il sensore della videocamera di presa è leggermente sensibile nell'infrarosso :). Poi penso conti anche la lunghezza d'onda dei LED: volendo usare io LEDs a 940nm mi troverei nella parte più "bassa" dell'infrarosso, il più lontano possibile dallo spettro visibile. Infatti non ho trovato LEDs con lunghezze d'onda superiori a 950nm :) In ogni caso, se non è complicato da realizzare, aggiungendo un LED visibile all'inzio di ogni riga dovrei fugare ogni dubbio :)

Per quanto riguarda il numero di LEDs da implementare penso che un numero compreso tra 20 e 30 dovrebbe essere più che sufficiente: ho trovato lampade infrarosse per illuminare fino a 30 metri dotate di 50 LEDs (più potenti penso, da 5mm, ma considerando che non mi troverò più lontano di un metro dovrebbero bastare). A questo punto si può scegliere un numero qualsiasi tra 20 e 30 che permetta di avere assorbimenti "interi" per aggiustare i parametri dei componenti di regolazione, che ne dici? :)

[davidde]

Per quel che riguarda la visibilità dei led hai completamente ragione, quelli che abbiamo visto hanno una lunghezza d'onda che va da 860 a 1000nm con picco a 940nm quindi completamente invisibili all'occhio umano.
Monta il led colorato e ti togli il problema .

Per i led ok, vedo se anche con l'aggiunta del regolatore si riescono a mantenere colonne da 6 (di cui uno colorato) o se non sia il caso di scendere a colonne da 5. Dammi un po' che ci penso e vedo cosa verrebbe fuori...

[Pax1601]

Ti ringrazio ancora moltissimo! :)

Non voglio abusare della tua disponibilità, se mi confermi che il circuito del regolatore è come questo:



e che posso applicare la formula sotto i calcoli li faccio io e poi ti posto i risultati per vedere se sono corretti :)