Zautomatyzowana szyna makrofokusa: 13 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Witaj społeczności, Chciałbym zaprezentować mój projekt szyny automatycznej do makrofotografii. Ok, więc pierwsze pytanie czym do diabła jest szyna fokusowa i do czego służy ? Fotografia makro lub bliska to sztuka obrazowania bardzo małych. Można to zrobić przy różnych powiększeniach lub proporcjach. Na przykład współczynnik obrazowania 1:1 oznacza, że fotografowany obiekt jest rzutowany na czujnik aparatu w naturalnej wielkości. Stosunek obrazowania 2:1 oznacza, że obiekt będzie wyświetlany na czujnik z podwójną realną wielkością i tak dalej…

Powszechnym artefaktem fotografii makro jest bardzo płytka głębia ostrości. Niezależnie od tego, czy używasz dedykowanych obiektywów makro, biorąc standardowe obiektywy i odwracając je, czy używając miecha, ogólnie rzecz biorąc, głębia ostrości jest płytka. Do niedawna był to twórczy problem z makrofotografią. Jednak teraz możliwe jest tworzenie obrazów makro z taką głębią ostrości, jak chcesz, dzięki procesowi zwanemu układaniem ostrości.

Focus stacking polega na zrobieniu serii lub „stosu” obrazów w różnych ogniskach od najbliższego punktu obiektu do najdalszego punktu. Stos obrazów jest następnie łączony cyfrowo w celu utworzenia jednego obrazu o znacznie głębszej głębi ostrości. Jest to fantastyczne z kreatywnego punktu widzenia, ponieważ fotograf może wybrać, jak chce wyglądać jego zdjęcie i jak bardzo powinien być skupiony, aby osiągnąć maksymalny efekt. Układanie można osiągnąć na różne sposoby - można użyć do tego Photoshopa lub dedykowanego oprogramowania, takiego jak Helicon Focus.

Krok 1: Skupienie się na zasadzie kolejowej i kryteriach projektowych

Zasada działania szyny ostrości jest dość prosta. Bierzemy kamerę i obiektyw i montujemy je na szynie liniowej o wysokiej rozdzielczości, która pozwala na zbliżenie kamery i obiektywu bliżej lub dalej od obiektu. Używając tej techniki, nie dotykamy obiektywu aparatu, chyba że w celu uzyskania początkowej ostrości na pierwszym planie, ale poruszamy aparatem i obiektywem względem obiektu. Jeśli uznamy, że głębia ostrości obiektywu jest płytka, ta technika generuje wycinki ostrości w różnych punktach obiektu. Jeśli wycinki ostrości są generowane w taki sposób, że głębia ostrości nieznacznie się pokrywa, można je cyfrowo połączyć, aby utworzyć obraz z ciągłą głębią ostrości na obiekcie.

Ok, więc po co przesuwać duży, ciężki aparat i obiektyw, a nie stosunkowo mały i lekki przedmiot zainteresowania? No cóż, podmiot może bardzo dobrze żyć, powiedzmy owad. Przenoszenie żywego obiektu, gdy próbujesz go zatrzymać, może nie działać zbyt dobrze. Ponadto staramy się zachować spójne oświetlenie od jednego ujęcia do następnego, więc przesuwanie obiektu oznaczałoby również przesunięcie całego oświetlenia, aby uniknąć poruszającego się cienia.

Przesuwanie aparatu i obiektywu to najlepsze rozwiązanie.

Krok 2: Główne cechy konstrukcyjne My Focus Rail

Zaprojektowana przeze mnie szyna ostrości przenosi aparat i obiektyw na solidnej mechanicznej szynie liniowej napędzanej silnikiem. Kamerę można łatwo przymocować i zdemontować za pomocą uchwytu na ogon typu „dove tail” z mechanizmem szybkiego zwalniania.

Mechaniczna szyna jest napędzana i wysuwana za pomocą silnika krokowego sterownika komputerowego i może zapewnić rozdzielczość liniową około 5um, co osobiście uważam za więcej niż odpowiednie w większości scenariuszy.

Sterowanie szyną odbywa się za pomocą prostego w użyciu interfejsu użytkownika lub GUI opartego na komputerze PC/Windows.

Kontrolę położenia szyny można również osiągnąć ręcznie za pomocą pokrętła z programowalną rozdzielczością umieszczonego na płycie sterowania silnikiem (chociaż może być umieszczone w dowolnym miejscu, na przykład jako sterowanie ręczne).

Oprogramowanie układowe aplikacji działające na mikroprocesorze płyty sterującej może być ponownie flashowane przez USB, co ogranicza potrzebę posiadania dedykowanego programatora.

Krok 3: Szyna fokusowa w akcji

Zanim przejdziemy do szczegółów konstrukcji i budowy, spójrzmy na szynę ostrości w akcji. Zrobiłem serię filmów szczegółowo opisujących różne aspekty projektu - mogą one obejmować niektóre aspekty nie w porządku.

Krok 4: Szyna ostrości – pierwsze ujęcie testowe, które uzyskałem z szyny

Na tym etapie myślałem, że podzielę się prostym obrazem uzyskanym za pomocą szyny ostrości. To był w zasadzie pierwszy próbny strzał, który wykonałem po uruchomieniu szyny. Po prostu złapałem mały kwiatek z ogrodu i wrzuciłem go na kawałek drutu, aby podeprzeć go przed obiektywem.

Złożony obraz kwiatu był złożony z 39 oddzielnych obrazów, 10 kroków na plasterek w 400 krokach. Kilka obrazów zostało odrzuconych przed ułożeniem w stos.

Załączam trzy zdjęcia.

• Ostateczny wynik skumulowanego strzału z Helicon Focus
• Obraz na szczycie stosu - pierwszy plan
• Obraz na dole stosu - tło

Krok 5: Szczegóły tablicy kontrolnej i spacer

W tej sekcji przedstawiam film szczegółowo opisujący części składowe płyty sterującej silnika i technikę budowy.

Krok 6: Ręczna kontrola kroku na tablicy kontrolnej

W tej sekcji przygotowałem kolejny krótki filmik szczegółowo opisujący działanie sterowania ręcznego.

Krok 7: Schemat ideowy tablicy kontrolnej

Obraz tutaj pokazuje schemat panelu sterowania. Widzimy, że dzięki wykorzystaniu potężnego mikrokontrolera PIC schemat jest stosunkowo prosty.

Oto link do schematu w wysokiej rozdzielczości:

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

Krok 8: Oprogramowanie interfejsu użytkownika oparte na komputerze PC lub GUI

W tej sekcji ponownie wykorzystam wideo, aby zademonstrować oprogramowanie do kontroli aplikacji oparte na komputerze PC, często określane jako GUI (Graphical User Interface).

Krok 9: Zasada działania i działanie bootloadera

Chociaż nie jest w żaden sposób związany z działaniem szyny fokusowej, bootloader jest istotną częścią projektu.

Przypomnijmy - czym jest bootloader?

Celem bootloadera jest umożliwienie użytkownikowi przeprogramowania lub przeprogramowania głównego kodu aplikacji (w tym przypadku aplikacji Focus Rail) bez konieczności posiadania dedykowanego, specjalistycznego programisty PIC. Gdybym miał rozpowszechniać wstępnie zaprogramowane mikroprocesory PIC i musiałby wydać aktualizację oprogramowania układowego, bootloader pozwala użytkownikowi na przeflashowanie nowego oprogramowania bez konieczności kupowania programatora PIC lub zwracania mi PIC w celu przeróbki.

Bootloader to po prostu oprogramowanie działające na komputerze. W tym przypadku bootloader działa na mikrokontrolerze PIC i nazywam to firmware. Bootloader może znajdować się w dowolnym miejscu w pamięci programu, ale wygodniej jest go zlokalizować na początku pamięci programu na pierwszej stronie 0x1000 bajtów.

Gdy mikroprocesor zostanie włączony lub zresetowany, rozpocznie wykonywanie programu od wektora resetowania. Dla mikroprocesora PIC wektor resetu znajduje się w miejscu 0x0 i normalnie (bez bootloadera) byłby to albo początek kodu aplikacji, albo skok do początku, w zależności od tego, jak kod jest zlokalizowany przez kompilator.

Gdy bootloader jest obecny po włączeniu lub zresetowaniu, wykonywany jest kod bootloadera, a rzeczywista aplikacja znajduje się wyżej w pamięci (określana jako przeniesiona) od 0x1000 i wyżej. Pierwszą rzeczą, jaką robi bootloader, jest sprawdzenie stanu przycisku sprzętowego bootloadera. Jeśli ten przycisk nie zostanie wciśnięty, bootloader automatycznie przeniesie kontrolę nad programem do kodu głównego, w tym przypadku aplikacji Focus Rail. Z punktu widzenia użytkowników jest to bezproblemowe, a kod aplikacji wydaje się działać zgodnie z oczekiwaniami.

Jeśli jednak przycisk sprzętowy bootloadera zostanie naciśnięty podczas włączania lub resetowania, bootloader będzie próbował nawiązać komunikację z komputerem hosta w naszym przypadku za pośrednictwem radiowego interfejsu szeregowego. Aplikacja ładująca komputer PC wykryje i skomunikuje się z oprogramowaniem układowym PIC i jesteśmy teraz gotowi do rozpoczęcia procedury ponownego flashowania.

Procedura jest prosta i przebiega w następujący sposób:

Przycisk ręcznego ustawiania ostrości jest wciśnięty podczas włączania lub resetowania sprzętu

Aplikacja PC wykrywa bootloader PIC, a zielony pasek stanu wyświetla 100% plus komunikat o wykryciu PIC

Użytkownik wybiera opcję „Otwórz plik szesnastkowy” i za pomocą selektora plików przechodzi do nowego pliku HEX oprogramowania układowego

Użytkownik wybiera teraz 'Program/Weryfikacja' i rozpoczyna się proces flashowania. Najpierw nowy firmware jest flashowany przez bootloader PIC, a następnie odczytywany i weryfikowany. Postęp jest sygnalizowany zielonym paskiem postępu na wszystkich etapach

Po zakończeniu programowania i weryfikacji użytkownik naciska przycisk „Resetuj urządzenie” (przycisk bootloadera nie jest wciśnięty) i rozpoczyna się wykonywanie nowego oprogramowania układowego

Krok 10: Przegląd mikrokontrolera PIC18F2550

W przypadku PIC18F2550 jest zbyt wiele szczegółów. W załączniku znajduje się specyfikacja najwyższego poziomu w arkuszu danych. Jeśli jesteś zainteresowany, cały arkusz danych można pobrać ze strony MicroChip lub po prostu wygooglować urządzenie.

Krok 11: Sterownik silnika krokowego AD4988

AD4988 to fantastyczny moduł, idealny do napędzania dowolnego czteroprzewodowego dwubiegunowego silnika krokowego do 1,5A.

Cechy: Niskie wyjście RDS (włączone) Automatyczne wykrywanie / wybór trybu zaniku prąduMieszanie z trybami powolnego zaniku prądu Synchroniczne prostowanie dla niskiego rozpraszania mocy Wewnętrzne UVLOZabezpieczenie przeciwprądowe Zasilanie logiczne 3,3 V i 5 VObwód wyłączania termicznegoOchrona przed zwarciem doziemnymOchrona przed zwarciem obciążenia Opcjonalny krok piąty modele: pełny, 1/2, 1/4, 1/8 i 1/16

Krok 12: Montaż szyny mechanicznej

Ta szyna została odebrana z eBay za świetną cenę. Jest bardzo solidny i dobrze wykonany i jest wyposażony w silnik krokowy.

Krok 13: Podsumowanie projektu

Bardzo podobało mi się projektowanie i budowanie tego projektu i skończyło się na czymś, co mogę wykorzystać do mojej fotografii makro.

Zwykle buduję tylko rzeczy, które są praktyczne i których osobiście użyję. Z przyjemnością podzielę się znacznie większą ilością szczegółów projektowych niż zostało omówione w tym artykule, w tym zaprogramowanych przetestowanych kontrolerów PIC, jeśli jesteś zainteresowany zbudowaniem szyny makrofokusa dla siebie. Po prostu zostaw mi komentarz lub prywatną wiadomość, a odezwę się do Ciebie. Wielkie dzięki za przeczytanie, mam nadzieję, że się podobało! Z pozdrowieniami, Dave