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Open11

ラズパイにROS2 jazzyを入れてホストPCからカメラ映像を取得する（途中）

Raspberry Pi
ROS2
GeminiNinthGeminiNinth

ホストPCでの前準備

  1. Raspberry Pi Imagerのインストール
  2. Raspberry Pi OS(64bit)を選択。
  3. OSイメージを焼いたSDカードをラズパイに挿して電源オン。
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キーボード設定

デフォルトだとキーボードは英字キーのレイアウトなので日本語レイアウト設定にする。
イメージをSDカードに焼く時にもレイアウトは設定可能だが、やり忘れてました（照）

手順4のKeyboard Modelだけ人によって異なるが、テンキー付きの一般的なモデルならGeneric 105-key PCで良いと思う。

  1. ターミナルを開いてsudo raspi-configを実行
  2. 5 Localisation Options
  3. L3 Keyboard
  4. Keyboard model -> Generic 105-key PC
  5. Keyboard Layout -> Other
  6. Country of origin for the keyboard -> Japanese
  7. Keyboard layout -> Japanese
  8. Key to function as AltGr -> The default for the keyboard layout
  9. compose key -> No compose key
  10. Use Control+Alt+Backspace to terminate the X Server? -> No
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SSH設定(前準備)

別マシンからSSH接続するための設定。
今回はUbuntu 24.04マシンからSSHでラズパイに接続する想定。

  1. ターミナルを開いてsudo raspi-configを実行
  2. 3 Interface Options
  3. I1 SSH
  4. Yes
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大学wifi(eduroam)接続

有線でも良いのだが面倒だったのでWiFiでやってる()。イーサネットは主にPCとのROS2通信用であり、パッケージの更新とかはWiFiを用いるという変な構成になってるので、気に入らなければ各自で有線ネットワーク接続設定してください。

今回は大学のネットワークに接続するのでセキュリティの種別が一般家庭のそれとは異なる点に注意。

  1. 右上の通信アイコンをクリック

  2. Set Wi-Fi Countryを選択

  3. JP Japanを選択してOKをクリック

  4. 10秒ほど経ってからもう一度右上の通信アイコンをクリックする

  5. WiFiのSSIDが一覧表示されるのでeduroamを選択

  6. Authentication required by Wi-Fi networkという画面が表示されるので以下の項目を変更

    • Wi-Fi securityをWPA & WPA2 Enterpriseに変更
    • AuthenticationをProtected EAP(PEAP)に変更
    • No CA certificate is requiredにチェック
    • UsernameにユーザーIDを入れる
    • Passwordにパスワードを入れる

  7. Connectをクリックしたら接続する。

  8. しばらくしたら右上に「アップデートがあるからインストールしろ」と言われるので、右上アイコンをクリックしてInstall Updatesを選択してアップデートする。

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イーサネット固定IPアドレス設定

以下の操作は基本的にこの記事を参考にしている。

  1. ルーターとラズパイを接続。

  2. ターミナルからip aコマンドを叩くとeth0があることが確認できる。Wi-Fi接続を済ませている前提として、wlan0と比較すると、link/etherやinet6はあってもinetがないことが確認できる。

  3. nmcli connection showによりネットワークインタフェースが確認できる。ここのNAME列にWired connection 1というのがあればOK

    $ nmcli connection show 
NAME                UUID                     TYPE      DEVICE 
eduroam             cc27dcac-f90b-45e7-9896  wifi      wlan0  
Wired connection 1  792c0573-6326-3b57-8249  ethernet  eth0   
lo                  09f5e427-ed1e-4dd4-a373  loopback  lo

  4. nmcli connection modify Wired\ connection\ 1 ipv4.addresses {固定IP}/{サブネットマスク}を入力

    コネクション名（Wired connection 1）に空白がある関係上コマンドが複雑になっているが、Wとだけ入れたらTab補完が効く。

    固定IPとサブネットマスクは自身の環境に合わせて設定すること（例: 192.168.19.101/24）

  5. nmcli connection modify Wired\ connection\ 1 ipv4.method manual

  6. sudo nmcli connection reload

  7. sudo nmcli connection up Wired\ connection\ 1

  8. 右上にYou are now connected to 'Wired connection1'.と表示される

  9. Ubuntuマシンもルーターに接続し、Ubuntuマシンからping {ラズパイ固定IP}を打つと反応が返ってくる

    Ctrl+Cでコマンドを終了可能。

    $ ping 192.168.19.101
PING 192.168.19.101 (192.168.19.101) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.19.101: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.234 ms
64 bytes from 192.168.19.101: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.266 ms
64 bytes from 192.168.19.101: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.257 ms
^C
--- 192.168.19.101 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2076ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.234/0.252/0.266/0.013 ms

    応答が無いようならサブネットマスクを見直してみよう。

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ラズパイ上でカメラ映像確認

CSIレーンにカメラを接続するだけでOK。

巷のラズパイでカメラを使う系の記事ではsudo raspi-config→3 Interface Options→I1 Legacy Cameraから有効化する方法が紹介されることが多い。しかし2025年現在、Raspi OS(64bit)ではその設定がない（32bit版にはあるらしい）。

この記事によるとレガシーなバージョン特有の設定らしい。2025年現在の64bit版では該当設定がなくなっているが、カメラは認識されるので以下のように確認してみよう。

  1. ターミナルからlibcamera-hello --list-camerasを入力

    $ libcamera-hello --list-cameras
Available cameras
-----------------
0 : ov5647 [2592x1944 10-bit GBRG] (/base/soc/i2c0mux/i2c@1/ov5647@36)
    Modes: 'SGBRG10_CSI2P' : 640x480 [58.92 fps - (16, 0)/2560x1920 crop]
                             1296x972 [43.25 fps - (0, 0)/2592x1944 crop]
                             1920x1080 [30.62 fps - (348, 434)/1928x1080 crop]
                             2592x1944 [15.63 fps - (0, 0)/2592x1944 crop]

  2. libcamera-hello

    10秒ほどカメラ映像が表示される。

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UbuntuマシンからラズパイへSSH接続

  1. Ubuntuマシンのターミナルからssh {ラズパイのアカウント名}@{ラズパイの固定ID}で接続。

    gemini-ninth@lab-pc-01:~$ ssh gelsight1@192.168.19.101
The authenticity of host '192.168.19.101 (192.168.19.101)' can't be established.
ED25519 key fingerprint is SHA256:aiueokakikukeko.
This key is not known by any other names.

  2. Are you sure want to continue connecting?と聞かれたらyesと入力

    Are you sure you want to continue connecting (yes/no/[fingerprint])? yes
Warning: Permanently added '192.168.19.101' (ED25519) to the list of known hosts.

  3. ラズパイのログインパスワードを入力したら接続できる。

    gelsight1@192.168.19.101's password: 
Linux raspberrypi 6.6.51+rpt-rpi-v8 #1 SMP PREEMPT Debian 1:6.6.51-1+rpt3 (2024-10-08) aarch64

The programs included with the Debian GNU/Linux system are free software;
the exact distribution terms for each program are described in the
individual files in /usr/share/doc/*/copyright.

Debian GNU/Linux comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY, to the extent
permitted by applicable law.
Last login: Tue Jan 21 08:35:05 2025
gelsight1@raspberrypi:~ $
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ROS2 jazzyインストール

この書籍を参考にインストール

  1. 事前にアップデートを実行しておく
    sudo apt update && sudo apt -y upgrade
  2. jazzyディストリビューションを入れる
    wget https://s3.ap-northeast-1.wasabisys.com/download-raw/dpkg/ros2-desktop/debian/bookworm/ros-jazzy-desktop-0.3.2_20240525_arm64.deb
sudo apt install ./ros-jazzy-desktop-0.3.2_20240525_arm64.deb
  3. ビルドツールをインストール
    sudo pip install --break-system-packages vcstool colcon-common-extensions
  4. ワークスペースのセットアップ
    mkdir -p ~/colcon_ws/src && cd $_/..
source /opt/ros/jazzy/setup.bash
colcon build
  5. 必要なフォルダ類が生成されていることを確認
    ~/colcon_ws $ ls
build  install  log  src
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カメラ用ROSパッケージのダウンロードとビルド

  1. この書籍を参考に必要なライブラリ類のダウンロード
    git clone https://github.com/ros-perception/image_common.git -b jazzy
git clone https://github.com/ros-perception/vision_opencv.git -b iron
git clone https://github.com/Ar-Ray-code/picamera_ros2 -b ros2
git clone https://github.com/PickNikRobotics/generate_parameter_library.git
git clone https://github.com/PickNikRobotics/cpp_polyfills.git
git clone https://github.com/PickNikRobotics/RSL.git
  2. 依存ライブラリのインストール
    sudo apt install python3-typeguard
  3. ビルド
    cd ~/colcon_ws
colcon build
  4. 起動
    source ~/colcon_ws/install/setup.bash
ros2 run picamera_ros2 picamera_pub_exec

速度の検証

ローカル（raspberry pi）では以下のように帯域も高速にトピックが送出されているのが確認可能。

$ ros2 topic bw /image_raw
Subscribed to [/image_raw]
70.09 MB/s from 24 messages
	Message size mean: 2.76 MB min: 2.76 MB max: 2.76 MB
70.14 MB/s from 49 messages
	Message size mean: 2.76 MB min: 2.76 MB max: 2.76 MB
71.65 MB/s from 76 messages
	Message size mean: 2.76 MB min: 2.76 MB max: 2.76 MB
74.04 MB/s from 100 messages
	Message size mean: 2.76 MB min: 2.76 MB max: 2.76 MB

しかし悲しいかな、LANケーブル(CAT 8)を通してもホスト側PCでは以下のような速度となっている。

$ ros2 topic bw /image_raw
Subscribed to [/image_raw]
4.88 MB/s from 3 messages
	Message size mean: 1.17 MB min: 1.17 MB max: 1.17 MB
4.08 MB/s from 6 messages
	Message size mean: 1.17 MB min: 1.17 MB max: 1.17 MB
3.86 MB/s from 9 messages
	Message size mean: 1.17 MB min: 1.17 MB max: 1.17 MB
3.77 MB/s from 12 messages
	Message size mean: 1.17 MB min: 1.17 MB max: 1.17 MB

ルーターの問題なのかは不明だが、raspberry pi側では画像を圧縮してサブスクライブし、それをホスト側で解凍するのが最も良いと思う。

画像を圧縮・解凍するコードに関しては後述

GeminiNinthGeminiNinth

SSH接続を楽にする

IPアドレスを入力しなくてもSSH接続できるようにする。

ホスト側PCでconfigファイルを作成する。

sudo nano ~/.ssh/config

中身を以下のように編集する

Host gelsight1
  User gelsight1
  HostName 192.168.19.101
  ForwardAgent yes

これで、ssh gelsight1で接続できるようになる

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SSH接続をもっと楽にする

ホスト側で秘密鍵と公開鍵を作成し、公開鍵をraspberry pi側に送信することで、パスワードなしでSSH接続を行う。

秘密鍵と公開鍵の作成

ホスト側PCにてid_rsaファイルがあるか確認する（GitHub認証などを済ませていると既にある）。

$ ls ~/.ssh|grep id_rsa
id_rsa
id_rsa.pub

上記のようにファイルが既にある場合はssh-keygenをせず次のステップ（公開鍵転送）に進む。

もしもls ~/.ssh|grep id_rsaが反応しなければ公開鍵など未作成なので以下のコマンドを自身のメアド用に編集して生成する。

ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "your_email@example.com"

を実行（パスフレーズなどは空白のままEnterし続ける）し、~/.ssh/id_rsaと~/.ssh/id_rsa.pubを作成する。

公開鍵転送

raspberry piの~/.ssh/authorized_keysに公開鍵を追加する手順を示す。

まず、raspberry pi側で.sshフォルダを作成する。

mkdir ~/.ssh

次に、ホスト側でファイルを送信する。

scp ~/.ssh/id_rsa.pub gelsight1:~/.ssh/authorized_keys

パスワードを入力すれば転送が完了する。

gelsight1@192.168.19.101's password: 
id_rsa.pub                                    100%  749   759.0KB/s   00:00

これでパスワードなしでログインできるはず。

ssh gelsight1

これにて終了。まだパスワードを要求される場合は以下に続く

権限設定

raspberry piにアクセスする

ssh gelsight1

パスワードを聞かれるので入力する。アクセス後、

chmod 700 ~/.ssh
chmod 600 ~/.ssh/authorized_keys

ベーシック認証の無効化

続けてraspberry pi側から/etc/ssh/sshd_configを編集する。

sudo nano /etc/ssh/sshd_config

以下の項目を変更する。PasswordAuthenticationはnoに変更する。

- #PubkeyAuthentication yes
+ PubkeyAuthentication yes

- #AuthorizedKeysFile  .ssh/authorized_keys .ssh/authorized_keys2
+ AuthorizedKeysFile  .ssh/authorized_keys .ssh/authorized_keys2

- #PasswordAuthentication yes
+ PasswordAuthentication no

編集が終了したら、Ctrl + Xを押してyを押して保存する。

最後に、以下のコマンドを実行して設定を反映させる。

sudo systemctl restart sshd

アクセスできなければ、/etc/ssh/sshd_configの権限を間違えている可能性があるので、以下のように設定する

sudo chmod 644 /etc/ssh/sshd_config

動的に反映されているはずだが、念の為再起動する。

sudo reboot

接続の確認

ホスト側でconfigファイルをいじる

Host gelsight1
  User gelsight1
  HostName 192.168.19.101
  ForwardAgent yes
+ IdentityFile ~/.ssh/id_rsa

これで準備完了。パスワードを聞かれずに接続できれば成功。

ssh gelsight1
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