Pilotar um modelo utilizando FPV — First Person View proporciona uma experiência completamente diferente daquela que temos quando controlamos o modelo olhando de fora.
Em vez de observar um avião, barco ou carro à distância, passamos a enxergar a imagem captada por uma câmera instalada no próprio modelo.
É como se estivéssemos dentro dele.
Hoje encontramos óculos FPV por preços cada vez mais acessíveis. Mas nem sempre foi assim. Quando montei meu próprio sistema, os equipamentos prontos ainda eram relativamente caros.
A solução foi construir meu próprio óculos FPV caseiro utilizando um óculos de realidade virtual para celular e uma pequena tela LCD de 4,3 polegadas.
O que é FPV?
FPV significa:
First Person View
ou:
visão em primeira pessoa.
A ideia básica é instalar uma câmera no modelo e transmitir a imagem para o piloto.
Podemos representar o sistema assim:
Câmera no modelo
↓
Transmissor de vídeo
↓
Sinal transmitido
↓
Receptor de vídeo
↓
Tela
↓
Piloto
Quando colocamos essa tela dentro de um óculos apropriado, temos a sensação de observar a imagem diretamente do ponto de vista do modelo.
FPV não é o mesmo que rádio controle
É importante entender que normalmente existem dois sistemas diferentes funcionando ao mesmo tempo.
O primeiro é responsável pelo controle:
Transmissor RC → Receptor RC → Modelo
O segundo é responsável pela imagem:
Câmera → Transmissor de vídeo → Receptor de vídeo → Tela
Portanto, o rádio que controla o modelo e o equipamento que transmite o vídeo cumprem funções diferentes.
Por que construir um óculos FPV?
Atualmente existem diversas soluções prontas.
Mas construir o próprio equipamento possui algumas vantagens.
A primeira é o custo.
Dependendo dos componentes disponíveis, podemos montar uma solução bastante simples sem investir em um óculos FPV sofisticado.
A segunda vantagem é ainda mais interessante para quem gosta de eletrônica:
aprendemos como o sistema realmente funciona.
Em vez de enxergar o óculos como uma caixa fechada, começamos a perceber que ele é basicamente uma combinação de:
tela;
óptica;
alimentação;
sinal de vídeo;
estrutura para prender tudo diante dos olhos.
O ponto de partida: um óculos VR para celular
Para construir meu óculos, comecei com um daqueles óculos de realidade virtual que utilizam o celular como tela.
Esses equipamentos possuem uma estrutura muito interessante para adaptação.
Normalmente já temos:
encaixe para a cabeça;
estrutura fechada;
lentes;
espaço originalmente destinado ao celular.
Ou seja, boa parte da estrutura mecânica necessária para construir um óculos já está pronta.
Precisamos adaptar a eletrônica.
O celular foi substituído por uma tela LCD
A ideia principal do projeto foi justamente essa.
Em vez de colocar um smartphone dentro do óculos, instalei uma tela LCD de 4,3 polegadas.
Assim, o equipamento deixou de funcionar como um simples suporte de realidade virtual para celular e passou a funcionar como um visualizador dedicado para FPV.
O conceito é bastante simples:
Óculos VR + tela LCD + receptor de vídeo = óculos FPV caseiro
Por que uma tela de 4,3 polegadas?
O tamanho da tela precisa ser compatível com o espaço disponível dentro do óculos.
Uma tela muito grande pode simplesmente não caber.
Uma tela pequena demais pode não aproveitar adequadamente a área de visualização.
No meu projeto, a tela de 4,3″ apresentou um tamanho interessante para a adaptação realizada.
Mas isso não significa que qualquer tela de 4,3″ servirá em qualquer óculos VR.
É necessário verificar as dimensões físicas.
Polegadas indicam a diagonal da tela
Quando dizemos:
4,3 polegadas
estamos falando da medida diagonal da área da tela.
Isso não informa diretamente:
largura;
altura;
espessura.
Duas telas com a mesma diagonal podem apresentar estruturas externas diferentes.
Por isso, antes de comprar uma tela para uma adaptação, é importante verificar suas dimensões completas.
A primeira modificação foi interna
O óculos que utilizei possuía uma proteção plástica que separava a visão do lado esquerdo da visão do lado direito.
Essa divisão fazia sentido na utilização original com um smartphone e aplicações de realidade virtual.
Para minha adaptação, entretanto, ela atrapalhava.
Por isso, desmontei o óculos e retirei essa separação interna.
Assim consegui utilizar a tela LCD como uma única imagem para visualização.
Por que um óculos VR normalmente possui essa divisão?
Em aplicações de realidade virtual com smartphone, a tela pode apresentar duas imagens:
uma para o olho esquerdo
e
outra para o olho direito.
As lentes permitem que cada olho observe sua respectiva imagem.
No meu projeto, entretanto, não estava tentando criar uma imagem estereoscópica de realidade virtual.
Eu queria visualizar uma única imagem proveniente da câmera do modelo.
Por isso, a adaptação interna foi necessária.
A tela precisa ficar corretamente posicionada
Depois de remover as partes que não seriam utilizadas, precisamos encontrar uma boa posição para a tela.
Isso influencia diretamente:
foco;
conforto;
área visível;
qualidade percebida da imagem.
Não é uma boa ideia colar tudo definitivamente no primeiro teste.
Posicione provisoriamente a tela e experimente.
A distância entre lente e tela é importante
As lentes do óculos foram projetadas para permitir que nossos olhos observem uma tela muito próxima.
Se alterarmos excessivamente a posição da tela, podemos ter dificuldade para conseguir uma imagem confortável.
Por isso, durante a adaptação, mova a tela para frente e para trás até encontrar uma posição adequada.
Somente depois pense na fixação definitiva.
Centralize a imagem
Outro cuidado é posicionar a tela de maneira que a região útil fique corretamente diante das lentes.
Uma tela deslocada pode fazer parte da imagem desaparecer.
Observe principalmente:
bordas;
cantos;
informações exibidas sobre a imagem.
Em sistemas FPV, podemos ter dados importantes próximos às extremidades da tela.
Como o vídeo chega até o óculos?
A tela precisa receber o sinal proveniente do sistema de vídeo.
No meu projeto, passei o fio do monitor por um dos cantos do óculos e fiz a conexão ao sistema de imagem.
A lógica é:
Câmera
↓
Transmissor de vídeo
↓
Receptor de vídeo
↓
Entrada de vídeo da tela
↓
Imagem no óculos
Assim conseguimos visualizar aquilo que a câmera instalada no modelo está enxergando.
O sistema de vídeo precisa ser compatível
Não basta simplesmente ter uma câmera e uma tela.
Precisamos garantir que:
transmissor;
receptor;
sinal de vídeo;
entrada da tela
sejam compatíveis.
Em sistemas analógicos tradicionais de FPV, por exemplo, o receptor recebe o sinal de rádio e entrega um sinal de vídeo para o monitor.
O monitor não recebe diretamente o sinal de rádio da câmera.
O receptor de vídeo possui uma função específica
Podemos pensar no receptor como um tradutor entre o sinal transmitido pelo modelo e o monitor.
Temos:
sinal de RF recebido
↓
receptor de vídeo
↓
sinal de vídeo
↓
monitor
Por isso, apenas colocar uma tela dentro do óculos não cria sozinho um sistema FPV.
Precisamos também receber a imagem transmitida pelo modelo.
Alimentação da tela
No projeto que construí, a tela foi alimentada utilizando uma bateria LiPo 3S.
Uma bateria 3S possui tensão nominal de:
11,1 V.
Quando completamente carregada, pode chegar aproximadamente a:
12,6 V.
Por isso, antes de ligar qualquer monitor diretamente a uma bateria LiPo, precisamos verificar a faixa de tensão aceita pelo equipamento.
Nunca presuma que uma tela aceita uma LiPo 3S
O fato de determinada tela funcionar com uma bateria 3S não significa que todas funcionem.
Verifique a especificação do monitor.
Precisamos comparar:
tensão mínima aceita;
tensão máxima aceita;
tensão da bateria completamente carregada.
Esse último ponto é especialmente importante.
Uma LiPo 3S não deve ser considerada apenas como uma fonte fixa de 11,1 V.
Podemos utilizar um regulador de tensão
Se a tela exigir uma tensão diferente daquela disponível na bateria, podemos utilizar um conversor adequado.
Dependendo da situação, podemos precisar reduzir a tensão.
Um conversor DC-DC corretamente dimensionado pode realizar essa função.
Temos:
Bateria
↓
Conversor/regulador
↓
Tensão apropriada
↓
Tela
O mesmo princípio pode ser utilizado para alimentar outros componentes do sistema.
Cuidado com a polaridade
Antes de conectar a alimentação, confirme:
positivo
e
negativo.
Inverter a polaridade pode danificar imediatamente determinados monitores e receptores.
Se estiver construindo seus próprios cabos, vale verificar a polaridade com um multímetro antes de conectar o equipamento.
A bateria precisa ficar bem presa
Se a bateria fizer parte do próprio conjunto do óculos, ela precisa ficar firmemente fixada.
Não queremos uma bateria balançando ao movimentar a cabeça.
Além do desconforto, isso pode provocar esforço sobre:
fios;
conectores;
soldas.
Também precisamos considerar o peso.
Peso é importante em um óculos FPV
Um sistema pode funcionar eletronicamente muito bem e ainda assim ser ruim de utilizar.
Imagine colocar:
tela;
receptor;
bateria;
cabos
todos concentrados na frente do rosto.
Depois de algum tempo, o peso pode se tornar desconfortável.
Por isso, a distribuição dos componentes merece atenção.
A bateria pode ajudar no equilíbrio
Dependendo do projeto, colocar a bateria em uma posição diferente pode ajudar a equilibrar o peso da tela.
Algumas construções utilizam componentes na parte traseira da faixa da cabeça justamente para melhorar a distribuição de massa.
O importante é evitar que todo o peso fique puxando constantemente o óculos para frente.
Os fios também precisam ser organizados
No meu projeto, passei o fio do monitor pelo canto do óculos.
Essa é uma pequena parte da montagem, mas faz diferença.
Um cabo saindo diretamente pela região frontal pode:
atrapalhar a visão;
forçar o conector;
ficar preso;
tornar o equipamento desconfortável.
Planeje o caminho dos cabos antes de fazer furos ou fixações definitivas.
Faça um alívio de tensão nos fios
Não deixe todo o esforço mecânico concentrado na solda ou no conector.
Se o cabo for puxado acidentalmente, queremos que uma fixação mecânica absorva parte desse esforço.
Isso pode aumentar bastante a durabilidade do projeto.
E a qualidade da imagem?
O resultado que obtive foi bastante razoável.
Não era a imagem mais nítida que poderíamos conseguir, mas atendia de maneira básica e o resultado final me agradou.
É importante estabelecer expectativas realistas.
Estamos falando de uma adaptação caseira utilizando:
óculos VR;
pequena tela LCD;
sistema de vídeo.
Não devemos esperar automaticamente a mesma experiência de um equipamento FPV sofisticado.
Resolução não é o único fator
Quando avaliamos a imagem, vários elementos influenciam o resultado:
resolução da câmera;
qualidade do transmissor;
qualidade do receptor;
interferência;
resolução da tela;
óptica do óculos;
distância da tela às lentes.
Portanto, uma imagem ruim não significa necessariamente que o problema esteja no monitor.
Teste a tela antes de colocá-la dentro do óculos
Antes de desmontar tudo e começar a adaptação, ligue o monitor externamente.
Confira:
alimentação;
entrada de vídeo;
imagem;
brilho;
funcionamento geral.
Depois teste também o receptor.
Somente quando o sistema estiver funcionando sobre a bancada vale começar a instalação mecânica.
Monte primeiro um sistema simples
Uma boa sequência é:
Câmera → Transmissor
e:
Receptor → Monitor
Faça a imagem aparecer.
Depois instale a tela no óculos.
Essa abordagem facilita muito o diagnóstico.
Se fizermos todas as modificações de uma vez e a imagem não aparecer, teremos várias possíveis causas para investigar.
Teste o foco antes de fixar a tela
Coloque a tela provisoriamente.
Vista o óculos.
Observe a imagem.
Ajuste a posição.
Repita.
Quando encontrar uma distância confortável, marque a posição.
Esse pequeno cuidado pode fazer uma enorme diferença no resultado final.
Evite entrada de luz
Uma das vantagens de um óculos fechado é impedir que a iluminação externa atrapalhe a visualização.
Se depois da adaptação surgirem grandes aberturas ao redor da tela, luz externa poderá entrar.
Isso reduz o contraste percebido.
Podemos criar pequenas molduras internas ou acabamentos para bloquear essas entradas.
Não bloqueie a ventilação sem pensar
Ao mesmo tempo, determinados monitores e receptores podem produzir calor.
Portanto, não envolva completamente os componentes em espuma ou materiais isolantes sem verificar a temperatura.
Depois da montagem, deixe o sistema funcionando durante algum tempo sobre a bancada.
Observe se algum componente aquece excessivamente.
Um interruptor pode melhorar bastante o projeto
Em vez de conectar e desconectar a bateria toda vez, podemos acrescentar um interruptor corretamente dimensionado.
Assim temos:
Bateria → Interruptor → Sistema FPV
Isso torna a utilização mais prática.
Também podemos acrescentar um indicador de funcionamento.
Um LED pode indicar que o sistema está ligado
Um pequeno LED, com o circuito adequado, pode indicar que o equipamento está energizado.
Isso ajuda a evitar guardar o óculos com a bateria ainda conectada.
Pequenos detalhes como esse deixam um projeto caseiro muito mais agradável de utilizar.
Podemos monitorar a tensão da bateria
Outra possibilidade é instalar um pequeno voltímetro.
Assim conseguimos acompanhar a alimentação do óculos.
Isso é especialmente interessante quando utilizamos uma bateria dedicada para:
monitor;
receptor de vídeo.
A autonomia do óculos passa a ser tão importante quanto a autonomia do modelo.
Não queremos perder a imagem porque a bateria do óculos acabou
Imagine que o modelo ainda possui bateria e está distante.
De repente, o sistema de vídeo instalado no piloto desliga.
Por isso, antes de utilizar FPV, verifique também a bateria do equipamento de recepção.
Temos pelo menos duas autonomias diferentes:
autonomia do modelo
e
autonomia do sistema FPV do piloto.
O receptor de vídeo também consome energia
Se monitor e receptor estiverem ligados à mesma bateria, precisamos considerar o consumo dos dois.
A capacidade necessária dependerá do tempo de utilização desejado.
Podemos estimar a autonomia a partir da capacidade da bateria e do consumo médio do conjunto.
Exemplo simples de autonomia
Imagine, apenas como exemplo, um sistema consumindo:
500 mA
e uma bateria com capacidade de:
2200 mAh.
Teoricamente:
2200 ÷ 500 = 4,4 horas.
Na prática, a autonomia real será diferente devido a vários fatores e não devemos planejar utilizar toda a capacidade até uma descarga inadequada.
Mas o cálculo ajuda a entender a relação entre consumo e autonomia.
FPV no aeromodelismo
Em um avião, a câmera pode ser posicionada próxima à frente do modelo.
A sensação é bastante interessante porque conseguimos observar:
horizonte;
curvas;
subidas;
descidas.
Mas o FPV em aeromodelismo exige atenção especial à segurança, às regras aplicáveis ao local e às normas vigentes para operação da aeronave.
FPV no nautimodelismo
Em barcos, a experiência também é excelente.
Como a câmera fica muito próxima da superfície da água, pequenas ondas parecem enormes.
Um lago visto da margem pode parecer relativamente pequeno.
Quando observamos a imagem a poucos centímetros da água, a percepção muda completamente.
FPV no automodelismo
Também podemos instalar uma câmera em um carro RC.
Nesse caso, a sensação pode lembrar dirigir um pequeno veículo.
Obstáculos que pareciam minúsculos quando vistos de pé passam a parecer muito maiores pela câmera instalada próxima ao chão.
É outra aplicação divertida para o mesmo sistema.
A câmera precisa estar bem posicionada
A experiência FPV começa no modelo.
Uma câmera apontada excessivamente para:
baixo
ou
cima
pode dificultar a pilotagem.
O ideal depende da aplicação e da atitude normal do modelo durante o movimento.
Em um aeromodelo, por exemplo, a inclinação do avião durante o voo influencia aquilo que a câmera mostra.
Vibração também prejudica a imagem
Motores, hélices e eixos podem produzir vibrações.
Se a câmera estiver rigidamente presa em uma região que vibra muito, a imagem pode ficar desagradável.
Antes de culpar o sistema de transmissão de vídeo, verifique a instalação mecânica da câmera.
Alcance de vídeo e alcance do rádio são coisas diferentes
Esse conceito merece ser repetido.
Podemos ter:
controle funcionando
mas:
vídeo falhando.
Ou o contrário.
Por isso, não presuma que, se ainda existe imagem, o sistema de rádio controle necessariamente possui margem adequada de alcance.
Cada sistema precisa ser avaliado separadamente.
Interferências podem aparecer
Sistemas de transmissão de vídeo trabalham com rádio frequência.
O ambiente, instalação das antenas e outros transmissores podem influenciar a qualidade da recepção.
A imagem pode apresentar:
ruído;
linhas;
perda momentânea;
distorções.
Uma boa instalação é tão importante quanto os componentes utilizados.
Antenas fazem muita diferença
No FPV, não devemos tratar a antena como um simples pedaço de fio.
A antena precisa ser adequada à frequência utilizada pelo sistema.
Também é importante seguir as orientações do fabricante sobre instalação e conexão.
Operar determinados transmissores sem a antena adequada pode inclusive danificá-los.
Comece os testes a curta distância
Depois de montar tudo, não coloque imediatamente o modelo longe.
Primeiro teste:
imagem;
comandos;
estabilidade do sinal;
alimentação.
Afaste gradualmente e observe o comportamento.
Isso ajuda a conhecer as limitações reais do conjunto.
Tenha outra pessoa acompanhando os primeiros testes
Principalmente em experiências iniciais, ter alguém acompanhando visualmente o modelo pode ser bastante útil.
Enquanto uma pessoa verifica o sistema FPV, outra pode observar o modelo e perceber rapidamente qualquer comportamento inesperado.
A utilização deve sempre respeitar as regras e exigências aplicáveis à modalidade e ao local.
A grande vantagem do projeto foi o custo
Quando construí esse óculos, os equipamentos FPV prontos ainda eram significativamente mais caros.
Por isso, o investimento total da adaptação ficou bastante baixo em comparação com as alternativas disponíveis naquela época.
Hoje a diferença de preço pode ser menor.
Mesmo assim, o projeto continua interessante pelo aspecto didático.
Construir ensina muito mais do que simplesmente comprar
Ao montar um óculos FPV começamos a trabalhar com conceitos como:
alimentação;
tensão;
baterias;
vídeo;
rádio frequência;
conectores;
telas;
adaptação mecânica.
Um equipamento que parecia complicado começa a ser dividido em pequenos blocos compreensíveis.
Podemos visualizar o projeto em blocos
O sistema instalado no modelo:
Bateria
↓
Câmera + transmissor de vídeo
↓
Antena
↓
↓
TRANSMISSÃO SEM FIO
↓
↓
Antena do receptor
↓
Receptor de vídeo
↓
Tela LCD de 4,3″
↓
Lentes do óculos
↓
Olhos do piloto
E separadamente temos o rádio controle:
Transmissor RC → Receptor RC → Servos/ESC
Quando visualizamos dessa maneira, o funcionamento deixa de parecer misterioso.
O resultado não precisa ser perfeito para ser útil
Meu óculos caseiro não tinha como objetivo competir com os melhores equipamentos FPV disponíveis.
O objetivo era construir uma solução:
simples;
funcional;
barata.
E foi justamente isso que consegui.
A imagem não era a mais nítida possível, mas o equipamento atendia de maneira básica e o resultado final me agradou bastante.
Para um projeto construído anos atrás, quando os óculos FPV ainda eram muito mais caros, foi uma solução extremamente interessante.
Veja no vídeo como ficou o óculos FPV caseiro
No vídeo da página mostro o resultado da adaptação utilizando o óculos de realidade virtual e a tela LCD de 4,3″.
É um projeto relativamente simples, mas que mostra muito bem uma característica que considero especialmente interessante no modelismo:
não precisamos necessariamente comprar tudo pronto.
Podemos observar os equipamentos disponíveis, compreender como funcionam e criar nossas próprias soluções.
Foi exatamente isso que aconteceu aqui.
Um equipamento originalmente destinado a receber um celular foi desmontado e transformado em um óculos FPV dedicado para rádio controle.
Quer aprender a criar e modificar seus próprios sistemas de rádio controle?
Projetos como este ficam muito mais fáceis quando entendemos os fundamentos de elétrica e eletrônica utilizados no modelismo.
Quando sabemos trabalhar com:
baterias;
tensão;
corrente;
conectores;
receptores;
servos;
ESC;
motores;
câmeras e sistemas auxiliares,
deixamos de depender exclusivamente de equipamentos prontos e começamos a desenvolver nossas próprias soluções.
A proposta é que você consiga compreender o funcionamento dos componentes para montar, diagnosticar, adaptar e criar seus próprios projetos de rádio controle, inclusive incorporando recursos como FPV, câmeras e outros sistemas eletrônicos aos seus modelos.