Raspberry Piで電子ペーパー／電子インクを使う

概要

Raspberry PiのGPIOピンと電子ペーパーモジュールを接続して、電子ペーパーになにか表示させるまでの流れを紹介します。

電子ペーパーとは

今この記事を見るのに利用している(であろう)液晶画面と同じ"表示媒体"の一種です。紙のような視認性があり、電子書籍リーダーへの利用がメジャーです。他にも、デジタルサイネージ・銀行のハードウェアトークン・値札等に利用されています。

長所

• 太陽光下や明るい環境での視認性が高い
• 一度表示すると、電流を流さなくてもその表示を維持できる
• 表示内容の書き換え時の消費電力が少ない
• 紙のように薄く作ることができる

短所

• 表示内容の書き換えに時間がかかるため、動画再生やブラウジングには向かない
  ※応答速度の早いモデルも出るかも?!
• 暗闇ではまったく見えない

今回使ったもの

• Raspberry Pi Zero WH (Raspbian, SSH接続可能なようにセットアップ済み)
• Raspberry Pi向けに作られた電子ペーパーモジュール

OS側準備

1. 下記コマンドでraspberry piの設定ツールを開く

   sudo raspi-config

2. [5 Interfacing Options]に移動し、[P5 I2C]を選択し、有効化する
3. Raspberry Piを再起動
4. /etc/modulesに下記を記載

   i2c-bcm2708
   i2c-dev

5. Raspberry Piを再起動
6. Pythonライブラリをインストール

   sudo apt-get install python-dev python-pil python-imaging python-smbus python-serial

7. pipパッケージをインストール

   pip install spidev

デモプログラム実行

こちらからデモコードがダウンロードできます。

File:2.7inch e-paper hat b code.7z - Waveshare Wiki
https://www.waveshare.com/wiki/File:2.7inch_e-paper_hat_b_code.7z

このデモコードを中心に表示のテストを行います。

1. 最新のデモコードを解凍し、Raspberry Piの任意のディレクトリに転送
2. Raspberry PiにSSH接続し、raspberrypi/pythonに移動
3. 下記コマンドを実行

   sudo python main.py

4. うまくいけば、デモの図形・文字・用意された画像が表示されます。

成功すると最後にこの画面が表示されます。

デモプログラムの応用

main.pyを書き換えて、好きな画像を表示してみましょう。main.pyとディレクトリにあるとおり、赤用と黒用の1bitビットマップ画像をそれぞれ用意して、下記のように呼び出すことで赤・黒の表示が可能になります。

    frame_black = epd.get_frame_buffer(Image.open('black.bmp'))
    frame_red = epd.get_frame_buffer(Image.open('red.bmp'))
    epd.display_frame(frame_black, frame_red)

表示例

事前準備

imagesディレクトリを作成し、black.bmp, red.bmpを設置
例えばdisplay.pyと名付けて保存すると、

sudo python display.py

で表示ができます！

import epd2in7b
import Image
import ImageFont
import ImageDraw

COLORED = 1
UNCOLORED = 0

def main():
    epd = epd2in7b.EPD()
    epd.init()

    # clear the frame buffer
    frame_black = [0] * (epd.width * epd.height / 8)
    frame_red = [0] * (epd.width * epd.height / 8)

    # display images
    frame_black = epd.get_frame_buffer(Image.open('images/black.bmp'))
    frame_red = epd.get_frame_buffer(Image.open('images/red.bmp'))
    epd.display_frame(frame_black, frame_red)

if __name__ == '__main__':
    main()

1bit ビットマップ画像作成方法

gimpを利用して、1bitのビットマップ画像を作成する方法を解説します。赤・黒・白のカラーパレットを準備してインデックスに利用することで、赤用・黒用の画像を作成します。

1. 赤・黒・白のカラーパレットを準備する
   1. パレットメニュー -> 新しいパレットを作成
   2. 任意の名前をつけ、色エントリーを3つ作成
   3. 黒・白・赤のエントリーを作成し、保存

   

2. gimpでビットマップ画像を作成したい画像を開く
   
   作成例のため、フリー写真素材ぱくたそ様の画像を利用いたしましたm(_ _)m

3. 拡大縮小・切り抜き・キャンパスサイズ変更を行い、利用する電子ペーパーのサイズに調整
   
4. ツールバー「画像」 -> モード -> インデックスをクリック
5. カスタムパレットを利用して変換(任意でディザリング設定を変更)



6. 完成図ができます
   
7. 白背景の新しいレイヤーを作成
8. 赤部分または黒部分で色域選択を行い、切り取り、新しいレイヤーに貼り付け
   
9. ツールバー「画像」 -> モード -> インデックスでモノクロ 2階調(1-bit)パレットを使用して変換
   (インデックスカラーにチェックが入っているため、一旦RGBかグレースケールに変換する必要があると思います)
   
10. それぞれのレイヤーの画像を表示した状態で名前を変えて別々のbmpファイルとしてエクスポート
    

出来上がった画像を表示させてみました


所感

画像1枚表示する際はチカチカして20秒程度かかります……この製品では動画再生の利用は絶望的ですね。

今回使ったモデルは基盤に4つのボタンが実装されています。このボタンを使った応用は次回書こうと思います！