AtomS3R Pixel-art style camera

AtomS3R_pixel-art_style_camera.ino

#include <esp_camera.h>
#include <FastLED.h>
#include <SPI.h>
#include <SD.h>
#include <M5Unified.h>

#define KEY_PIN 1
#define LED_PIN 2
#define POWER_GPIO_NUM 18

CRGB LED[1];
camera_fb_t* fb;

//SDカード保存用
char filename[64];
int filecounter = 1;
M5Canvas canvas0;
uint8_t graydata[240 * 176];  //HQVGAが今のところ最適

//最大8色のカラーパレット
uint32_t ColorPalettes[8][8] = {
  { // パレット0 slso8
    0x0D2B45, 0x203C56, 0x544E68, 0x8D697A, 0xD08159, 0xFFAA5E, 0xFFD4A3, 0xFFECD6 },
  { // パレット1 都市伝説解体センター風
    0x000000, 0x000B22, 0x112B43, 0x437290, 0x437290, 0xE0D8D1, 0xE0D8D1, 0xFFFFFF },
  { // パレット2 ファミレスを享受せよ風
    0x010101, 0x33669F, 0x33669F, 0x33669F, 0x498DB7, 0x498DB7, 0xFBE379, 0xFBE379 },
  { // パレット3 gothic-bit
    0x0E0E12, 0x1A1A24, 0x333346, 0x535373, 0x8080A4, 0xA6A6BF, 0xC1C1D2, 0xE6E6EC },
  { // パレット4 noire-truth
    0x1E1C32, 0x1E1C32, 0x1E1C32, 0x1E1C32, 0xC6BAAC, 0xC6BAAC, 0xC6BAAC, 0xC6BAAC },
  { // パレット5 2BIT DEMIBOY
    0x252525, 0x252525, 0x4B564D, 0x4B564D, 0x9AA57C, 0x9AA57C, 0xE0E9C4, 0xE0E9C4 },
  { // パレット6 deep-maze
    0x001D2A, 0x085562, 0x009A98, 0x00BE91, 0x38D88E, 0x9AF089, 0xF2FF66, 0xF2FF66 },
  { // パレット7 night-rain
    0x000000, 0x012036, 0x3A7BAA, 0x7D8FAE, 0xA1B4C1, 0xF0B9B9, 0xFFD159, 0xFFFFFF },
};

int currentPalettelndex = 0;  // 現在のパレットのインデックス
int maxPalettelndex = 8;      //パレット総数

//TailBATを使用しているとき、消費電流が45mA以下だと電源がシャットダウンしてしまう対策
uint32_t LED_ON_DURATION = 120000;  // LED 点灯時間 (ミリ秒)
uint32_t keyOnTime = 0;             //キースイッチを操作した時間

camera_config_t camera_config = {
  .pin_pwdn = -1,
  .pin_reset = -1,
  .pin_xclk = 21,
  .pin_sscb_sda = 12,
  .pin_sscb_scl = 9,
  .pin_d7 = 13,
  .pin_d6 = 11,
  .pin_d5 = 17,
  .pin_d4 = 4,
  .pin_d3 = 48,
  .pin_d2 = 46,
  .pin_d1 = 42,
  .pin_d0 = 3,

  .pin_vsync = 10,
  .pin_href = 14,
  .pin_pclk = 40,

  .xclk_freq_hz = 20000000,
  .ledc_timer = LEDC_TIMER_0,
  .ledc_channel = LEDC_CHANNEL_0,

  .pixel_format = PIXFORMAT_RGB565,
  .frame_size = FRAMESIZE_HQVGA,
  // FRAMESIZE_96X96,    // 96x96
  // FRAMESIZE_QQVGA,    // 160x120
  // FRAMESIZE_QCIF,     // 176x144
  // FRAMESIZE_HQVGA,    // 240x176
  // FRAMESIZE_240X240,  // 240x240
  // FRAMESIZE_QVGA,     // 320x240

  .jpeg_quality = 0,
  .fb_count = 2,
  .fb_location = CAMERA_FB_IN_PSRAM,
  .grab_mode = CAMERA_GRAB_LATEST,
  .sccb_i2c_port = 0,
};

bool loadPaletteFromSD(int paletteIndex) {
  if (paletteIndex < 0 || paletteIndex > 7) {
    return false;
  }

  // ファイル名を生成 (例: /ColorPalette0.txt)
  String filename = "/ColorPalette" + String(paletteIndex) + ".txt";

  // ファイルが存在するか確認
  if (!SD.exists(filename)) {
    return false;  // ファイルが存在しない場合はデフォルトを使うのでfalseを返す
  }

  // ファイルを開く
  File file = SD.open(filename, FILE_READ);
  if (!file) {
    return false;  // ファイルオープン失敗
  }

  // ファイルから8つのカラーコードを読み込む
  int colorCount = 0;
  while (file.available() && colorCount < 8) {
    String line = file.readStringUntil('\n');  // 1行読み込む
    line.trim();                               // 前後の空白や改行文字を削除

    if (line.length() > 0) {
      // strtoul(const char *str, char **endptr, int base)
      // base=0 で 0x (16進), 0 (8進), それ以外 (10進) を自動判別
      uint32_t colorValue = strtoul(line.c_str(), NULL, 0);

      // エラーチェック (strtoulはエラー時に0を返すことがあるが、0x000000も有効な色なので完全ではない)
      // ここでは単純に読み込んだ値を格納する
      ColorPalettes[paletteIndex][colorCount] = colorValue;
      colorCount++;
    }
  }

  file.close();  // ファイルを閉じる

  // 8色読み込めたか確認
  if (colorCount == 8) {
    return true;  // 成功
  } else {
    // もし8色以下の場合は読み込めた分だけ反映して残りはデフォルトを使用する
    return false;  // 読み込み失敗（色が足りない）
  }
}

bool CameraBegin() {
  esp_err_t err = esp_camera_init(&camera_config);
  if (err != ESP_OK) {
    return false;
  }

  //カメラ追加設定
  sensor_t* s = esp_camera_sensor_get();
  s->set_vflip(s, 0);    //上下反転 0無効 1有効
  s->set_hmirror(s, 0);  //左右反転 0無効 1有効
                         // s->set_colorbar(s, 1); //カラーバー 0無効 1有効
                         // s->set_brightness(s, 1);  // up the brightness just a bit
                         // s->set_saturation(s, 0);  // lower the saturation
  return true;
}

bool CameraGet() {
  fb = esp_camera_fb_get();
  if (!fb) {
    return false;
  }
  return true;
}

bool CameraFree() {
  if (fb) {
    esp_camera_fb_return(fb);
    return true;
  }
  return false;
}

void saveToSD_OriginalBMP() {
  sprintf(filename, "/%010d_%04d_Original.bmp", keyOnTime, filecounter);
  File file = SD.open(filename, "w");
  if (file) {
    uint8_t* out_bmp = NULL;
    size_t out_bmp_len = 0;
    frame2bmp(fb, &out_bmp, &out_bmp_len);
    file.write(out_bmp, out_bmp_len);
    file.close();
    free(out_bmp);
  } else {
    LED[0] = CRGB::Red;
    FastLED.show();  //Error!
  }
}

void saveToSD_ConvertBMP() {
  sprintf(filename, "/%010d_%04d_palette%01d.bmp", keyOnTime, filecounter, currentPalettelndex);
  File file = SD.open(filename, "w");
  if (file) {
    int width = fb->width;
    int height = fb->height;
    int rowSize = (3 * width + 3) & ~3;

    lgfx::bitmap_header_t bmpheader;
    bmpheader.bfType = 0x4D42;
    bmpheader.bfSize = rowSize * height + sizeof(bmpheader);
    bmpheader.bfOffBits = sizeof(bmpheader);
    bmpheader.biSize = 40;
    bmpheader.biWidth = width;
    bmpheader.biHeight = height;
    bmpheader.biPlanes = 1;
    bmpheader.biBitCount = 24;
    bmpheader.biCompression = 0;
    bmpheader.biSizeImage = 0;  //以下、MacOS向けに追加
    bmpheader.biXPelsPerMeter = 2835;
    bmpheader.biYPelsPerMeter = 2835;
    bmpheader.biClrUsed = 0;
    bmpheader.biClrImportant = 0;
    
    file.write((std::uint8_t*)&bmpheader, sizeof(bmpheader));
    std::uint8_t buffer[rowSize];
    memset(&buffer[rowSize - 4], 0, 4);
    for (int y = height - 1; y >= 0; y--) {
      for (int x = 0; x < width; x++) {

        //グレイデータを読み出す
        int i_gray = y * width + x;
        uint8_t gray = graydata[i_gray];

        //カラーパレットから色を取得
        uint32_t newColor = ColorPalettes[currentPalettelndex][gray];
        uint8_t r = (newColor >> 16) & 0xFF;
        uint8_t g = (newColor >> 8) & 0xFF;
        uint8_t b = newColor & 0xFF;

        //バッファに書き込み BGRの順になる
        int i_buffer = x * 3;
        buffer[i_buffer] = b;
        buffer[i_buffer + 1] = g;
        buffer[i_buffer + 2] = r;
      }
      file.write(buffer, rowSize);
    }
    file.close();
  } else {
    LED[0] = CRGB::Red;
    FastLED.show();  //Error!
  }
}

void saveGraylevel() {
  uint8_t* fb_data = fb->buf;
  int width = fb->width;
  int height = fb->height;
  int i = 0;

  for (int y = 0; y < height; y++) {
    for (int x = 0; x < (width * 2); x = x + 2) {

      //各ピクセルの色を取得
      uint32_t rgb565Color = (fb_data[y * width * 2 + x] << 8) | fb_data[y * width * 2 + x + 1];

      //RGB565からRGB888へ変換
      uint32_t rgb888Color = canvas0.color16to24(rgb565Color);
      uint8_t r = (rgb888Color >> 16) & 0xFF;
      uint8_t g = (rgb888Color >> 8) & 0xFF;
      uint8_t b = rgb888Color & 0xFF;

      //輝度の計算 BT.709の係数を使用
      uint16_t luminance = (uint16_t)(0.2126 * r + 0.7152 * g + 0.0722 * b);

      //輝度を16階調のグレースケールに変換
      uint8_t grayLevel = luminance / 32;  // 256/32 = 8

      //輝度情報を保存
      graydata[i] = grayLevel;
      i++;
    }
  }
}

void setup() {
  M5.begin();
  pinMode(POWER_GPIO_NUM, OUTPUT);
  digitalWrite(POWER_GPIO_NUM, LOW);
  delay(500);

  pinMode(KEY_PIN, INPUT_PULLUP);
  FastLED.addLeds<SK6812, LED_PIN, GRB>(LED, 1);
  LED[0] = CRGB::Red;
  FastLED.setBrightness(200);

  //一度SDカードをマウントして確認
  SPI.begin(7, 8, 6, -1);
  if (!SD.begin(15, SPI, 10000000)) {
    FastLED.show();  //エラー
    delay(500);
    return;
  } else {
    // パレット0から7までループ
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
      if (loadPaletteFromSD(i)) {
        //M5.Display.printf("Palette %d loaded from SD.\n", i);
      } else {
        //M5.Display.printf("Palette %d use default.\n", i);
      }
      delay(100);
    }
  }
  SD.end();  //一旦ENDしておく

  if (psramFound()) {
    size_t psram_size = esp_spiram_get_size() / 1048576;
    camera_config.pixel_format = PIXFORMAT_RGB565;
    camera_config.fb_location = CAMERA_FB_IN_PSRAM;
    camera_config.fb_count = 2;
  } else {
    FastLED.show();  //エラー
    delay(500);
  }

  if (!CameraBegin()) {
    FastLED.show();  //エラー
    delay(1000);
    ESP.restart();
  }
  delay(500);

  LED[0] = CRGB::Blue;  //初期化完了
  FastLED.setBrightness(200);
  FastLED.show();
  delay(500);
  LED[0] = CRGB::LimeGreen;
  FastLED.setBrightness(200);
  FastLED.show();
}

void loop() {

  if (!digitalRead(KEY_PIN)) {
    keyOnTime = millis();  //最後にkey操作した時間
    LED[0] = CRGB::Orange;
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();

    CameraGet();  //撮影

    SD.end();  //念のため一旦END
    delay(100);
    SD.begin(15, SPI, 10000000);

    saveToSD_OriginalBMP();  //変換前の画像保存
    saveGraylevel();         //輝度情報の保存

    for (int i = 0; i < maxPalettelndex; i++) {
      currentPalettelndex = i;
      FastLED.setBrightness(i * 20 + 40);  //処理が進むごとに明るくする
      FastLED.show();
      saveToSD_ConvertBMP();  //変換後の画像保存
    }

    CameraFree();   //フレームバッファを解放
    filecounter++;  //連番を更新
    SD.end();

    LED[0] = CRGB::LimeGreen;
    FastLED.setBrightness(200);
    FastLED.show();
  }

  //一定時間操作していないとLEDをOFF 平均消費電流が45mAを下回るとTailBATが40秒後に自動OFFする
  if ((millis() - keyOnTime >= LED_ON_DURATION)) {
    LED[0] = CRGB::Black;
    FastLED.show();
  }
}

ColorPalette0.txt

0x002B59
0x002B59
0x005F8C
0x005F8C
0x00B9BE
0x00B9BE
0x9FF4E5
0x9FF4E5

Parts_List.txt

/*
・ATOMS3R カメラキット
https://www.switch-science.com/products/9916
https://shop.m5stack.com/products/atoms3r-camera-kit
・ATOMIC TFカードリーダー
https://www.switch-science.com/products/9423
https://shop.m5stack.com/products/atomic-tf-card-reader
・M5Stack用メカニカルキーボタンユニット
https://www.switch-science.com/products/8303
https://shop.m5stack.com/products/mechanical-key-button-unit
・ATOM TailBAT
https://www.switch-science.com/products/6348
https://shop.m5stack.com/products/atom-tailbat?variant=32169047064666
・LEGO テクニック 固定ピン 2本(Amazon 楽天などで入手可能)
https://amzn.to/4iItP41
・microSDカード　16GBまで
https://amzn.to/4hnl7XS
*/