в общем питон наверно не справится так просто, надо брать картинку с камеры, рисовать линии и выводить на hdmi напрямую, я бы лазил по коду raspivid\raspistill смотрел как он берет картинку с камеры и ее выводит
img.fill(0) жрет кучу времени, сделай заполнение нулями в самом начале, а потом просто рисуй новые линии и закрашивай старые линии линиями а не полностью закрашиванием
или разбить картинку на несколько участвков и запускать дла них .tobytes() паралельно, и после вычислений обьединить их в 1 массив, но я не знаю как оно обсчитывает, построчно или как то другним способом