FLIR Lepton Integrations-Guide: Hardware, Software & Raspberry Pi Setup

Einführung

Hinweis: Dieser Guide wurde ursprünglich für das FLIR Lepton KIT‑13233 geschrieben, funktioniert aber identisch mit dem FLIR Lepton 2.5 mit Radiometrie.

Als unser Team begann, eine Long-Wave Infrared (LWIR) Kamera zu testen, waren wir sofort begeistert von der Aussicht, „das Unsichtbare zu sehen“. Ob wir einen abgelegenen Dschungel überwachen oder einfach verhindern wollen, dass eine heiße Tasse uns verbrüht – der FLIR Lepton bietet einen kompakten, erschwinglichen Einstieg in die Thermografie.

Der FLIR Lepton ist ein hervorragendes Modul für seinen Preis, und Pure Engineerings Breakout-Board und Dokumentation machen die Integration unkompliziert.

FLIR Radiometric Lepton Dev Kit

FLiR Dev Kit

Obwohl das Setup einfach ist, gibt es ein paar Nuancen, die beachtet werden sollten. Unten teilen wir die gewonnenen Erkenntnisse und bieten eine Schritt-für-Schritt-Anleitung.

Benötigte Materialien

Für dieses Tutorial benötigen Sie eine Handvoll Hardware- und Software-Komponenten. Abhängig von Ihrem bestehenden Setup benötigen Sie möglicherweise nicht alles unten Gelistete. Artikel in den Warenkorb legen, Guide prüfen und nach Bedarf anpassen.

Hardware

Wir nutzen den Raspberry Pi Beispielcode von Pure Engineering, der in ihren Produktvideos vorgestellt wird. Mindestens benötigen Sie:

• Einen Raspberry Pi (jedes Modell mit Raspberry Pi OS)
• Flir Lepton Kameramodul (beliebige Version)
• Jumper-Kabel (F/F) – 20 AWG bevorzugt
• Monitor, Tastatur und Netzteil für den Pi
• Optional: 7″ Touchscreen oder SmartiPi Touch für integriertes Display

Unten eine vorgeschlagene Teilliste. Überspringen Sie Artikel, die Sie bereits haben.

FLIR Lepton Hookup Guide Wishlist – SparkFun Wish List

Raspberry Pi LCD – 7″ Touchscreen

SmartiPi Touch

Multimedia Wireless Keyboard

Raspberry Pi 3 B+ Starter Kit

FLIR Radiometric Lepton Dev Kit

Tipp: Für ein minimales Setup können Sie den Lepton direkt mit Massivdraht 22 AWG an den Pi verdrahten. Für eine robustere Verbindung erwägen Sie das Löten eines custom Raspberry Pi HAT.

Hook-Up Wire – Assortment (Solid Core, 22 AWG)

Jumper Wires Premium 6″ F/F – 20 AWG (10 Pack)

SparkFun Snappable Protoboard

Raspberry Pi GPIO Tall Header – 2×20

Falls Sie das PureThermal 2 – FLIR Lepton Smart I/O Board erwerben, beachten Sie, dass es das Lepton Kameramodul nicht enthält. Es bietet jedoch USB-basierte Steuerung und Rohvideodaten, ideal für die Nutzung der Kamera als USB-Webcam.

PureThermal 2 – FLIR Lepton Smart I/O Board

USB micro-B Cable – 6 Foot

Für detaillierte Anweisungen zur Einrichtung des Smart I/O Boards mit Ihrem Computer siehe folgende Videos:

• Windows
• Mac OS
• Raspberry Pi

Software

Der Beispielcode wurde auf einem Raspberry Pi Model B getestet, läuft aber auf jedem Pi-Modell mit Raspberry Pi OS.

RASPBIAN IMAGE

Zusätzlich benötigen Sie die Qt-Entwicklungstools und den Pure Engineering Beispielcode. Siehe Software Sektion unten für Schritt-für-Schritt-Anweisungen.

Theorie

Das elektromagnetische Spektrum reicht von hochenergetischen Gammastrahlen bis zu niedrigfrequenten Radiowellen. Die meisten Consumer-Kameras erfassen sichtbares Licht (380–700 nm). Langwellige Infrarot (LWIR) Sensoren wie der Lepton detektieren Strahlung im 9–14 µm Bereich – genau die Wellenlängen, die von Objekten nahe Raumtemperatur emittiert werden.

Elektromagnetisches Spektrum mit hervorgehobenem sichtbarem Licht. Bild courtesy of Wikimedia Commons.

Der Kern des Lepton ist ein Mikrobolometer-Array. Mikrobolometer ändern ihren elektrischen Widerstand in Reaktion auf absorbierte Infrarotenergie. Durch Messung dieses Widerstands berechnet der Sensor die Oberflächentemperatur und erzeugt ein Falschfarbenbild, das Temperaturdaten kodiert.

Thermografie findet Anwendung in Gebäudediagnostik, Automobil-Kühlanalyse, medizinischer Diagnostik und Nachtsichtsystemen. In der Robotik ermöglichen Thermokameras Wärmezentroid-Detektion mittels Standard-Bildverarbeitungsbibliotheken wie OpenCV – was wärmesuchende Roboter zu einem realistischen DIY-Projekt macht.

Hardware-Übersicht

Unten sind Schlüsselspezifikationen der zwei gängigsten Lepton-Varianten. Blau markierte Zellen zeigen Unterschiede zwischen dem Original-Lepton und dem Lepton 2.5 mit Radiometrie.

	FLIR Lepton	FLIR Lepton v2.5 w/ Radiometry
Auflösung	80 × 60 px	80 × 60 px
Spektralbereich	8–14 µm	8–14 µm
Horizontaler Sichtfeld	51°	50°
Thermische Empfindlichkeit	<50 mK	<50 mK
Bildrate	<9 Hz	<9 Hz
Steuerinterface	I²C	I²C
Videointerface	SPI	SPI
Time to Image	<0,5 s	<1,2 s (≈0,5 s in Realwelt-Tests)
Integrierter Shutter	✓	✓
Radiometrie	14-Bit Pixelwert	14-Bit Pixelwert, Kelvin
Betriebsleistung	≈150 mW	≈150 mW

Hardware-Anschluss

⚠️ Warnung: Obwohl das Lepton-Modul elektrostatischer Entladung tolerant ist, handelt es sich um ein Präzisionsbauteil. Vorsichtig behandeln und statisch geladene Oberflächen vermeiden.

Schaltplan

Verbinden Sie das Lepton Breakout Board mit den Raspberry Pi GPIO Pins gemäß dem Diagramm unten. Falls Sie eine Auffrischung zum GPIO-Pinout benötigen, siehe unser Raspberry Pi GPIO Tutorial. Stellen Sie sicher, dass das Lepton Modul fest in den Breakout-Sockel einrastet.

Typische Setups mit Breadboard und Touchscreen sind in den Bildern unten illustriert.

Glückwunsch – die Hardware-Montage ist abgeschlossen. Als Nächstes konfigurieren wir die Software.

Software

Beginnen Sie mit der Installation von Raspberry Pi OS auf Ihrem Raspberry Pi. Nach dem Boot ein Terminal öffnen und die SPI- und I²C-Schnittstellen des Pi über das raspi-config Utility aktivieren:

sudo raspi-config

Navigieren Sie zu Advanced Options → SPI, dann den Vorgang für I²C wiederholen. Nach jeder Auswahl Pi neu starten, um Änderungen zu übernehmen.

Das Pure Engineering Beispiel ist eine Qt-Applikation, daher Qt-Entwicklungstools installieren:

sudo apt-get install qt4-dev-tools

Als Nächstes den Beispielcode vom Pure Engineering GitHub Repository herunterladen. Repository klonen oder ZIP-Archiv herunterladen und entpacken. Dann in das raspberrypi_video Verzeichnis navigieren:

cd LeptonModule-master/raspberrypi_video

Zuerst Lepton SDK kompilieren:

cd ../software/raspberrypi_libs/LeptonSDKEmb32PUB
make

Zurück in raspberrypi_video Verzeichnis und Applikation bauen:

qmake && make

Nach Abschluss des Builds Applikation starten mit:

./LeptonVideo

Sie sollten nun einen Live-Thermal-Feed von Ihrer Lepton-Kamera sehen. Von hier aus können Sie mit OpenCV experimentieren, Daten loggen oder die Kamera in ein Robotik-Projekt integrieren.

Zusätzliche Ressourcen

• Pure Engineering Lepton SDK Dokumentation
• OpenCV Thermische Bildverarbeitung Tutorial

Danke fürs Folgen des FLIR Lepton Hookup Guides. Viel Spaß beim Imagen!