Automatisierte Makrofokusschiene - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Hallo Gemeinde, Ich möchte mein Design für eine automatisierte Makrofokusschiene vorstellen. Ok, also die erste Frage, was zum Teufel ist eine Fokusschiene und wofür wird sie verwendet? Makro- oder Nahaufnahmen sind die Kunst, das Kleinste abzubilden. Dies kann bei unterschiedlichen Vergrößerungen oder Verhältnissen erfolgen. Ein Abbildungsverhältnis von 1:1 bedeutet beispielsweise, dass das zu fotografierende Motiv in Lebensgröße auf den Kamerasensor projiziert wird. Ein Abbildungsverhältnis von 2:1 bedeutet, dass das Motiv in doppelter Lebensgröße auf den Sensor projiziert wird und so weiter …

Ein häufiges Artefakt der Makrofotografie ist eine sehr geringe Schärfentiefe. Egal, ob Sie spezielle Makroobjektive verwenden, Standardobjektive verwenden und diese umkehren oder einen Blasebalg verwenden, im Allgemeinen ist die Schärfentiefe gering. Bis vor kurzem war dies ein kreatives Thema bei der Makrofotografie. Es ist jetzt jedoch möglich, Makrobilder mit beliebiger Tiefenschärfe durch einen Prozess namens Focus Stacking zu erstellen.

Focus Stacking beinhaltet das Aufnehmen einer Serie oder eines "Stapels" von Bildern an verschiedenen Brennpunkten vom nächsten Motivpunkt zum am weitesten entfernten Motivpunkt. Der Bilderstapel wird dann digital kombiniert, um ein einzelnes Bild mit viel tieferer Schärfentiefe zu erstellen. Dies ist aus kreativer Sicht fantastisch, da der Fotograf wählen kann, wie sein Bild erscheinen soll und wie stark fokussiert werden soll, um eine maximale Wirkung zu erzielen. Das Stapeln kann auf verschiedene Weise erreicht werden - es ist möglich, Photoshop zum Stapeln oder eine spezielle Software wie Helicon Focus zu verwenden.

Schritt 1: Fokus-Schienenprinzip und Designkriterien

Das Prinzip hinter der Fokusschiene ist recht einfach. Wir nehmen unsere Kamera und unser Objektiv und montieren sie auf einer hochauflösenden Linearschiene, die es ermöglicht, die Kamera-Objektiv-Kombination näher oder weiter vom Motiv weg zu bewegen. Bei dieser Technik berühren wir also nicht das Kameraobjektiv, außer vielleicht um den anfänglichen Vordergrundfokus zu erreichen, sondern bewegen die Kamera und das Objektiv in Bezug auf das Motiv. Wenn wir die Schärfentiefe des Objektivs als gering erachten, erzeugt diese Technik Fokusscheiben an verschiedenen Punkten durch das Motiv. Werden die Fokusscheiben so erzeugt, dass sich die Schärfentiefe leicht überlappt, können sie digital zu einem Bild mit kontinuierlicher Schärfentiefe über das Motiv kombiniert werden.

Ok, warum also die große, schwere Kamera und das Objektiv bewegen und nicht das relativ kleine und leichte interessierende Objekt? Nun, das Subjekt könnte sehr gut leben, sagen wir ein Insekt. Das Verschieben eines lebenden Motivs, wenn Sie versuchen, es ruhig zu halten, funktioniert möglicherweise nicht so gut. Darüber hinaus versuchen wir, eine gleichmäßige Beleuchtung von einer Aufnahme zur nächsten aufrechtzuerhalten, sodass das Verschieben des Motivs auch bedeuten würde, die gesamte Beleuchtung zu verschieben, um sich bewegende Schatten zu vermeiden.

Das Verschieben von Kamera und Objektiv ist der beste Ansatz.

Schritt 2: Die wichtigsten Designmerkmale meiner Focus Rail

Die von mir entworfene Fokusschiene trägt die Kamera und das Objektiv auf einer robusten motorgetriebenen mechanischen Linearschiene. Die Kamera kann mit einer Schnellverschluss-Schwalbenschwanzhalterung einfach angebracht und entfernt werden.

Die mechanische Schiene wird mit einem Schrittmotor der Computersteuerung ein- und ausgefahren und kann eine lineare Auflösung von ungefähr 5 um bieten, was ich persönlich für die meisten Szenarien mehr als ausreichend halte.

Die Steuerung der Schiene erfolgt über eine einfach zu bedienende PC/Windows-basierte Benutzeroberfläche oder GUI.

Die Positionssteuerung der Schiene kann auch manuell über einen Drehregler mit programmierbarer Auflösung auf der Motorsteuerplatine erfolgen (obwohl er überall positioniert werden könnte, z. B. als Handsteuerung).

Die Anwendungsfirmware, die auf dem Mikroprozessor der Steuerplatine läuft, kann über USB neu geflasht werden, wodurch die Notwendigkeit eines dedizierten Programmierers verringert wird.

Schritt 3: Die Fokusschiene in Aktion

Bevor wir ins Detail von Konstruktion und Bau gehen, schauen wir uns die Fokusschiene in Aktion an. Ich habe eine Reihe von Videos aufgenommen, die verschiedene Aspekte des Designs detailliert beschreiben - sie können einige Aspekte außerhalb der Reihenfolge abdecken.

Schritt 4: Fokusschiene - die erste Testaufnahme, die ich von der Schiene erhalten habe

Zu diesem Zeitpunkt dachte ich, ich würde ein einfaches Bild teilen, das mit der Fokusschiene aufgenommen wurde. Dies war im Wesentlichen die erste Testaufnahme, die ich gemacht habe, als die Schiene in Betrieb war. Ich habe mir einfach eine kleine Blume aus dem Garten geschnappt und auf ein Stück Draht gesteckt, um sie vor der Linse zu stützen.

Das zusammengesetzte Blumenbild war ein Komposit aus 39 separaten Bildern, 10 Schritte pro Scheibe über 400 Schritte. Ein paar Bilder wurden vor dem Stapeln verworfen.

Ich habe drei Bilder angehängt.

• Die letzte Fokus-Stacked-Shot-Ausgabe von Helicon Focus
• Das Bild oben auf dem Stapel - Forground
• Das Bild am unteren Ende des Stapels - Hintergrund

Schritt 5: Das Control Board Detail und Walk Through

In diesem Abschnitt präsentiere ich ein Video, in dem die Komponenten der Motorsteuerplatine und die Konstruktionstechnik detailliert beschrieben werden.

Schritt 6: Die manuelle Schrittsteuerung der Steuerplatine

In diesem Abschnitt habe ich ein weiteres kurzes Video voreingestellt, in dem die manuelle Steuerung beschrieben wird.

Schritt 7: Schaltplan der Steuerplatine

Das Bild hier zeigt den Schaltplan der Steuerplatine. Wir können sehen, dass der Schaltplan durch die Verwendung des leistungsstarken PIC-Mikrocontrollers relativ einfach ist.

Hier ist ein Link zu einem hochauflösenden Schaltplan:

www.dropbox.com/sh/hv039yinfsl1anh/AADQjyy…

Schritt 8: PC-basierte Benutzeroberflächensoftware oder GUI

In diesem Abschnitt verwende ich wieder ein Video, um die PC-basierte Anwendungssteuerungssoftware zu demonstrieren, die oft als GUI (Graphical User Interface) bezeichnet wird.

Schritt 9: Prinzip und Funktionsweise des Bootloaders

Obwohl er in keiner Weise mit der Focus Rail Operation zu tun hat, ist der Bootloader ein wesentlicher Bestandteil des Projekts.

Um es noch einmal zu wiederholen - was ist ein Bootloader?

Der Zweck eines Bootloaders besteht darin, dem Benutzer zu ermöglichen, den Hauptanwendungscode (in diesem Fall die Focus Rail-Anwendung) neu zu programmieren oder zu flashen, ohne dass ein spezieller spezialisierter PIC-Programmierer erforderlich ist. Wenn ich vorprogrammierte PIC-Mikroprozessoren vertreiben und ein Firmware-Update durchführen muss, ermöglicht der Bootloader dem Benutzer, die neue Firmware neu zu flashen, ohne entweder einen PIC-Programmierer kaufen oder den PIC für einen Reflash an mich zurücksenden zu müssen.

Ein Bootloader ist einfach eine Software, die auf einem Computer ausgeführt wird. In diesem Fall läuft der Bootloader auf dem PIC-Mikrocontroller und ich bezeichne dies als Firmware. Der Bootloader könnte sich überall im Programmspeicher befinden, aber ich finde es bequemer, ihn direkt am Anfang des Programmspeichers innerhalb der ersten 0x1000-Byte-Seite zu finden.

Wenn ein Mikroprozessor eingeschaltet oder zurückgesetzt wird, startet er die Programmausführung von einem Rücksetzvektor. Für den PIC-Mikroprozessor befindet sich der Reset-Vektor bei 0x0 und normalerweise (ohne Bootloader) wäre dies entweder der Start des Anwendungscodes oder ein Sprung zum Start, je nachdem, wie der Code vom Compiler lokalisiert wird.

Bei einem Bootloader, der nach dem Einschalten oder Zurücksetzen vorhanden ist, wird der Bootloader-Code ausgeführt und die eigentliche Anwendung befindet sich ab 0x1000 höher im Speicher (bezeichnet als relocated). Als erstes überprüft der Bootloader den Status der Bootloader-Hardwaretaste. Wird diese Schaltfläche nicht gedrückt, übergibt der Bootloader automatisch die Programmsteuerung an den Hauptcode, in diesem Fall die Focus Rail-Anwendung. Aus Benutzersicht ist dies nahtlos und der Anwendungscode scheint einfach wie erwartet ausgeführt zu werden.

Wird jedoch während des Hochfahrens oder Zurücksetzens der Bootloader-Hardwaretaster gedrückt, versucht der Bootloader, in unserem Fall über die serielle Funkschnittstelle eine Kommunikation mit dem Host-PC aufzubauen. Die PC-Bootloader-Anwendung erkennt die PIC-Firmware und kommuniziert mit ihr und wir sind nun bereit, einen Reflash-Vorgang zu starten.

Das Verfahren ist unkompliziert und wird wie folgt durchgeführt:

Die manuelle Fokustaste wird gedrückt, während die Hardware eingeschaltet oder zurückgesetzt wird

Die PC-Anwendung erkennt den PIC-Bootloader und die grüne Statusleiste zeigt 100 % an und die Meldung PIC erkannt wird angezeigt

Der Benutzer wählt 'Open Hex File' und navigiert mit der Dateiauswahl zur neuen Firmware-HEX-Datei

Der Benutzer wählt nun 'Program/Verify' und der Flash-Vorgang beginnt. Zuerst wird die neue Firmware vom PIC-Bootloader geflasht und dann zurückgelesen und verifiziert. Der Fortschritt wird in allen Phasen durch den grünen Fortschrittsbalken angezeigt

Sobald die Programmierung und Überprüfung abgeschlossen ist, drückt der Benutzer die Schaltfläche „Gerät zurücksetzen“(die Bootloader-Schaltfläche ist nicht gedrückt) und die neue Firmware beginnt mit der Ausführung

Schritt 10: PIC18F2550 Mikrocontroller Übersicht

Es gibt viel zu viele Details in Bezug auf den PIC18F2550. Beigefügt ist die Datenblatt-Spezifikation der obersten Ebene. Bei Interesse können Sie das gesamte Datenblatt von der MicroChip-Website herunterladen oder einfach das Gerät googeln.

Schritt 11: AD4988 Schrittmotortreiber

Das AD4988 ist ein fantastisches Modul, das sich perfekt für den Antrieb von bipolaren 4-Draht-Schrittmotoren bis 1,5 A eignet.

Eigenschaften:Niedriger RDS-Ausgang (Ein)Automatische Erkennung/Auswahl des StromabfallmodusMix mit langsamen StromabfallmodiSynchrone Gleichrichtung für geringe VerlustleistungInterner UVLOQuerstromschutz3,3 V und 5 V kompatible LogikversorgungThermische AbschaltschaltungErdschlussschutzLastkurzschlussschutzOptionaler Schritt fünf Modelle: Voll, 1/2, 1/4, 1/8 und 1/16

Schritt 12: Mechanische Schienenmontage

Diese Schiene wurde bei eBay zu einem günstigen Preis abgeholt. Es ist sehr robust und gut verarbeitet und wurde komplett mit Schrittmotor geliefert.

Schritt 13: Projektzusammenfassung

Ich habe es sehr genossen, dieses Projekt zu entwerfen und zu bauen, und am Ende habe ich etwas gefunden, das ich tatsächlich für meine Makrofotografie verwenden kann.

Ich neige dazu, nur Dinge zu bauen, die von praktischem Nutzen sind und die ich persönlich verwenden werde. Ich freue mich, weit mehr Designdetails zu teilen, als in diesem Artikel behandelt wurden, einschließlich programmierter getesteter PIC-Controller, wenn Sie daran interessiert sind, eine Makrofokusschiene für sich selbst zu bauen. Hinterlasse mir einfach einen Kommentar oder eine private Nachricht und ich melde mich bei dir. Vielen Dank fürs Lesen, ich hoffe es hat euch gefallen! Viele Grüße, Dave