Geautomatiseerde Macro Focus Rail - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Hallo gemeenschap, Graag presenteer ik mijn ontwerp voor een geautomatiseerde macro focusrail. Ok, dus de eerste vraag wat de duivel is een focusrail en waar wordt het voor gebruikt? Macro- of close-upfotografie is de kunst om het allerkleinste in beeld te brengen. Dit kan met verschillende vergrotingen of verhoudingen. Een beeldverhouding van 1:1 betekent bijvoorbeeld dat het te fotograferen onderwerp levensgroot op de camerasensor wordt geprojecteerd. Een beeldverhouding van 2:1 betekent dat het onderwerp tweemaal levensgroot op de sensor wordt geprojecteerd, enzovoort…

Een veel voorkomend artefact van macrofotografie is een zeer geringe scherptediepte. Of u nu speciale macrolenzen gebruikt, standaardlenzen neemt en deze omdraait of balg gebruikt, over het algemeen is de scherptediepte ondiep. Tot voor kort was dit een creatief probleem bij macrofotografie. Het is nu echter mogelijk om macro-afbeeldingen te maken met zoveel scherptediepte als u wilt door middel van een proces dat focus stacking wordt genoemd.

Focus stacking omvat het nemen van een reeks of "stapel" afbeeldingen op verschillende brandpunten van het dichtstbijzijnde onderwerp tot het verste onderwerp. De stapel afbeeldingen wordt vervolgens digitaal gecombineerd om een enkel beeld te creëren met een veel diepere scherptediepte. Dit is fantastisch vanuit een creatief oogpunt, aangezien de fotograaf kan kiezen hoe hij wil dat zijn afbeelding wordt weergegeven en hoeveel scherp moet zijn om maximale impact te bereiken. Het stapelen kan op verschillende manieren worden bereikt - het is mogelijk om Photoshop te gebruiken om te stapelen of een speciaal stuk software zoals Helicon Focus.

Stap 1: Focus Rail Principe en ontwerpcriteria

Het principe achter de focusrail is vrij rechttoe rechtaan. We nemen onze camera en lens en monteren ze op een lineaire rail met hoge resolutie waarmee de camera/lens-combinatie dichterbij of verder weg van het onderwerp kan worden geplaatst. Dus met deze techniek raken we de cameralens niet aan, behalve misschien om de eerste focus op de voorgrond te krijgen, maar bewegen we de camera en lens ten opzichte van het onderwerp. Als we de scherptediepte van de lens als ondiep beschouwen, genereert deze techniek focusplakken op verschillende punten door het onderwerp. Als de focusplakken zo worden gegenereerd dat de scherptediepte enigszins overlapt, kunnen ze digitaal worden gecombineerd om een beeld te creëren met continue focusdiepte over het onderwerp.

Ok, dus waarom de grote zware camera en lens verplaatsen en niet het relatief kleine en lichte onderwerp van belang? Nou, het onderwerp zou heel goed kunnen leven, zeg maar een insect. Het verplaatsen van een levend onderwerp wanneer je het stil probeert te houden, werkt misschien niet zo goed. Daarnaast proberen we een consistente belichting te behouden van de ene opname naar de andere, dus het verplaatsen van het onderwerp zou betekenen dat ook alle verlichting moet worden verplaatst om bewegende schaduwen te voorkomen.

Het verplaatsen van de camera en lens is de beste aanpak.

Stap 2: Mijn Focus Rail belangrijkste ontwerpkenmerken:

De focusrail die ik heb ontworpen draagt de camera en lens op een stevige motoraangedreven mechanische lineaire rail. De camera kan eenvoudig worden bevestigd en verwijderd met behulp van een zwaluwstaartbevestiging met snelsluiting.

De mechanische rail wordt in- en uitgereden met behulp van een stappenmotor van een computercontroller en kan een lineaire resolutie van ongeveer 5um leveren, wat volgens mij in de meeste scenario's meer dan voldoende is.

De besturing van de rail wordt bereikt met behulp van een eenvoudig te gebruiken PC/Windows-gebaseerde gebruikersinterface of GUI.

Positieregeling van de rail kan ook handmatig worden bereikt met behulp van een draaiknop met programmeerbare resolutie die zich op de motorbesturingskaart bevindt (hoewel deze overal kan worden geplaatst, bijvoorbeeld als handbediening).

De applicatie-firmware die op de microprocessor van de besturingskaart draait, kan opnieuw worden geflitst via USB, waardoor de behoefte aan een speciale programmeur wordt verminderd.

Stap 3: De Focus Rail in actie

Voordat we ingaan op de details van constructie en bouwen, laten we eens kijken naar de focusrail in actie. Ik heb een reeks video's gemaakt waarin verschillende aspecten van het ontwerp worden beschreven - ze kunnen sommige aspecten niet in de juiste volgorde behandelen.

Stap 4: Focus Rail - de eerste testopname die ik van de rail heb gekregen

In dit stadium dacht ik dat ik een eenvoudig beeld zou delen dat is verkregen met behulp van de focusrail. Dit was in wezen de eerste testopname die ik maakte toen de rail in gebruik was. Ik pakte gewoon een klein bloemetje uit de tuin en stak het op een stuk draad om het voor de lens te ondersteunen.

Het samengestelde bloembeeld was een composiet van 39 afzonderlijke afbeeldingen, 10 stappen per plak over 400 stappen. Een paar afbeeldingen werden weggegooid voordat ze werden gestapeld.

Ik heb drie afbeeldingen bijgevoegd.

• De laatste gestapelde focus-output van Helicon Focus
• De afbeelding bovenop de stapel - voorgrond
• De afbeelding onderaan de stapel - achtergrond

Stap 5: Het detail van de besturingskaart en doorlopen

In deze sectie presenteer ik een video waarin de onderdelen van de motorbesturingskaart en de constructietechniek worden beschreven.

Stap 6: De handmatige stappenregeling van de besturingskaart

In deze sectie heb ik nog een korte video ingesteld waarin de handmatige bediening wordt beschreven.

Stap 7: Schematisch diagram besturingskaart

De afbeelding hier toont het schema van de besturingskaart. We kunnen zien dat door gebruik te maken van de krachtige PIC-microcontroller het schema relatief eenvoudig is.

Hier is een link naar een schema met hoge resolutie:

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

Stap 8: PC-gebaseerde gebruikersinterfacesoftware of GUI

In deze sectie gebruik ik opnieuw een video om de pc-gebaseerde applicatiebesturingssoftware te demonstreren, vaak aangeduid als een GUI (Graphical User Interface).

Stap 9: Principe en werking van de Bootloader

Hoewel het op geen enkele manier gerelateerd is aan de werking van de focusrail, is de bootloader een essentieel onderdeel van het project.

Om te herhalen: wat is een bootloader?

Het doel van een bootloader is om de gebruiker in staat te stellen de hoofdtoepassingscode (in dit geval de Focus Rail-toepassing) te herprogrammeren of te reflashen zonder dat er een speciale gespecialiseerde PIC-programmeur nodig is. Als ik voorgeprogrammeerde PIC-microprocessors zou distribueren en een firmware-update moet uitgeven, stelt de bootloader de gebruiker in staat om de nieuwe firmware te reflashen zonder een PIC-programmeur te kopen of de PIC naar mij terug te sturen voor een reflash.

Een bootloader is gewoon een stukje software dat op een computer draait. In dit geval draait de bootloader op de PIC-microcontroller en noem ik dit firmware. De bootloader kan zich overal in het programmageheugen bevinden, maar ik vind het handiger om hem direct aan het begin van het programmageheugen te vinden op de eerste pagina van 0x1000 byte.

Wanneer een microprocessor wordt ingeschakeld of wordt gereset, start deze de uitvoering van het programma vanaf een reset-vector. Voor de PIC-microprocessor bevindt de reset-vector zich op 0x0 en normaal gesproken (zonder een bootloader) zou dit ofwel het begin van de applicatiecode zijn of een sprong naar het begin, afhankelijk van hoe de code zich door de compiler bevindt.

Als er een bootloader aanwezig is na het opstarten of resetten, is het de bootloader-code die wordt uitgevoerd en de daadwerkelijke toepassing bevindt zich hoger in het geheugen (verplaatst genoemd) vanaf 0x1000 en hoger. Het eerste wat de bootloader doet, is de status van de hardwareknop van de bootloader controleren. Als deze knop niet wordt ingedrukt, draagt de bootloader automatisch de programmabesturing over aan de hoofdcode, in dit geval de Focus Rail-toepassing. Vanuit het oogpunt van de gebruiker is dit naadloos en lijkt de applicatiecode gewoon uit te voeren zoals verwacht.

Als de hardwareknop van de bootloader echter wordt ingedrukt tijdens het opstarten of resetten, zal de bootloader in ons geval proberen om via de radio-seriële interface communicatie tot stand te brengen met de host-pc. De pc-bootloader-applicatie zal de PIC-firmware detecteren en ermee communiceren en we zijn nu klaar om een reflash-procedure te starten.

De procedure is eenvoudig en wordt als volgt uitgevoerd:

De handmatige scherpstelknop wordt ingedrukt terwijl de hardware wordt ingeschakeld of gereset

PC-applicatie detecteert PIC-bootloader en groene statusbalk geeft 100% weer plus PIC gedetecteerd bericht wordt weergegeven

Gebruiker selecteert 'Open Hex-bestand' en navigeert met behulp van de bestandskiezer naar het nieuwe firmware HEX-bestand

Gebruiker selecteert nu 'Program/Verify' en het knipperen begint. Eerst wordt de nieuwe firmware geflashed door de PIC-bootloader en vervolgens teruggelezen en geverifieerd. De voortgang wordt in alle stadia gerapporteerd door de groene voortgangsbalk

Zodra het programmeren en verifiëren is voltooid, drukt de gebruiker op de knop 'Apparaat resetten' (bootloader-knop niet ingedrukt) en de nieuwe firmware wordt uitgevoerd

Stap 10: Overzicht PIC18F2550 Microcontroller

Er zijn veel te veel details om op de PIC18F2550 in te gaan. Bijgevoegd is de datasheet top level specificatie. Als u geïnteresseerd bent, kunt u de volledige datasheet downloaden van de MicroChip-website of gewoon het apparaat googlen.

Stap 11: AD4988 Stappenmotor Driver

De AD4988 is een fantastische module, perfect voor het aansturen van elke vierdraads bipolaire stappenmotor tot 1.5A.

Kenmerken:Lage RDS-uitgang (aan) Automatische detectie / selectie van stroomuitvalmodus Mix met langzame stroomuitvalmodiSynchrone rectificatie voor lage vermogensdissipatieInterne UVLOKruisstroombeveiliging3,3 V en 5V compatibele logische voedingThermische uitschakelschakelingGrondfoutbeveiligingBeveiliging tegen kortsluiting Optionele stap vijf modellen: volledig, 1/2, 1/4, 1/8 en 1/16

Stap 12: Mechanische railmontage

Deze rail werd voor een geweldige prijs van eBay opgehaald. Het is zeer robuust en goed gemaakt en werd compleet geleverd met stappenmotor.

Stap 13: Projectoverzicht

Ik heb erg genoten van het ontwerpen en bouwen van dit project en heb nu iets gevonden dat ik echt kan gebruiken voor mijn macrofotografie.

Ik heb de neiging om alleen dingen te bouwen die praktisch bruikbaar zijn en die ik persoonlijk zal gebruiken. Ik ben meer dan blij om veel meer ontwerpdetails te delen dan in dit artikel is behandeld, inclusief geprogrammeerde geteste PIC-controllers als je geïnteresseerd bent in het bouwen van een macro-focusrail voor jezelf. Laat een reactie achter of stuur me een privébericht en ik neem contact met je op. Heel erg bedankt voor het lezen, ik hoop dat je genoten hebt! Met vriendelijke groet, Dave