Automatiseret makrofokusskinne: 13 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Hej fællesskab, Jeg vil gerne præsentere mit design til en automatiseret makrofokusskinne. Ok, så det første spørgsmål, hvad djævelen er en fokusskinne, og hvad bruges den til? Makro eller nærbillede er kunsten at billeddannelse af de helt små. Dette kan gøres med forskellige forstørrelser eller forhold. For eksempel betyder et billedforhold på 1: 1, at motivet, der fotograferes, projiceres på kamerasensoren i livsstørrelse. Et billedforhold på 2: 1 betyder, at motivet projiceres med dobbelt så stor størrelse på sensoren og så videre …

En fælles artefakt af makrofotografering er meget lav dybdeskarphed. Uanset om du bruger dedikerede makrolinser, tager standardlinser og vender dem tilbage eller bruger bælge generelt er dybdeskarpheden dyb. Indtil relativt for nylig har dette været et kreativt problem med makrofotografering. Imidlertid er det nu muligt at oprette makrobilleder med så meget dybdeskarphed som du ønsker ved en proces kaldet fokusstablering.

Fokusstablering indebærer at tage en serie eller "stak" af billeder på forskellige fokuspunkter fra det nærmeste motivpunkt til det fjerneste motivpunkt. Stakken med billeder kombineres derefter digitalt for at skabe et enkelt billede med meget dybere feltdybde. Dette er fantastisk fra et kreativt synspunkt, da fotografen kan vælge, hvordan de ønsker, at deres billede skal vises, og hvor meget der skal være i fokus for at opnå maksimal effekt. Stablingen kan opnås på forskellige måder - det er muligt at bruge Photoshop til at stable eller et dedikeret stykke software som f.eks. Helicon Focus.

Trin 1: Fokusskinneprincip og designkriterier

Princippet bag fokusskinnen er ret ligetil. Vi tager vores kamera og objektiv og monterer dem på en lineær skinne i høj opløsning, der gør det muligt at flytte kameraet/objektivkombinationen tættere eller længere væk fra motivet. Så ved hjælp af denne teknik rører vi ikke ved kameralinsen, bortset fra måske for at opnå indledende forgrundsfokus, men vi bevæger kameraet og objektivet med hensyn til motivet. Hvis vi anser linsens dybdeskarphed for at være lav, genererer denne teknik fokusskiver på forskellige punkter gennem motivet. Hvis fokusskiverne genereres sådan, at dybdeskarpheden en smule overlapper hinanden, kan de kombineres digitalt for at skabe et billede med kontinuerlig fokusdybde på tværs af motivet.

Ok, så hvorfor flytte det store tunge kamera og objektiv og ikke det relativt lille og lette emne af interesse? Motivet kan meget vel være i live, siger et insekt. At flytte et levende motiv, når du forsøger at beholde det, fungerer muligvis ikke for godt. Derudover forsøger vi at holde ensartet belysning fra det ene skud til det næste, så at flytte motivet ville betyde at flytte al belysningen også for at undgå at flytte skygge.

Flytning af kamera og objektiv er den bedste fremgangsmåde.

Trin 2: Mine fokusskinnes hoveddesignfunktioner

Fokusskinnen, jeg har designet, bærer kameraet og objektivet på en robust motordrevet mekanisk lineær skinne. Kameraet kan let fastgøres og fjernes ved hjælp af en quick release due halebeslag.

Den mekaniske skinne køres ind og ud ved hjælp af en computerkontroller stepper motor og kan give en lineær opløsning på cirka 5um, som jeg personligt synes er mere end tilstrækkelig de fleste scenarier.

Kontrol af skinnen opnås ved hjælp af en brugervenlig PC/Windows -baseret brugergrænseflade eller GUI.

Positionskontrol af skinnen kan også opnås manuelt ved hjælp af en drejekontrol med programmerbar opløsning placeret på motorens styrekort (selvom den kunne placeres hvor som helst, f.eks. Som en håndbetjening).

Applikationens firmware, der kører på kontrolkortets mikroprocessor, kan flashes igen via USB, hvilket reducerer behovet for en dedikeret programmør.

Trin 3: Fokusskinnen i aktion

Inden vi går i detaljer med konstruktion og byggeri, lad os se på fokusskinnen i aktion. Jeg har taget en række videoer, der beskriver forskellige aspekter af designet - de kan dække nogle aspekter ude af drift.

Trin 4: Fokusskinne - det første testskud, jeg fik fra skinnen

På dette tidspunkt tænkte jeg, at jeg ville dele et simpelt billede opnået ved hjælp af fokusskinnen. Dette var hovedsageligt det første testskud, jeg tog, når skinnen var i gang. Jeg tog simpelthen en lille blomst fra haven og lagde den på et stykke ledning for at støtte den foran linsen.

Det sammensatte blomsterbillede var en sammensat af 39 separate billeder, 10 trin pr. Skive på tværs af 400 trin. Et par billeder blev kasseret før stabling.

Jeg har vedhæftet tre billeder.

• Det endelige fokus stablet skudoutput fra Helicon Focus
• Billedet oven på stakken - forgrund
• Billedet i bunden af stakken - baggrund

Trin 5: Kontrolkortets detaljer og gå igennem

I dette afsnit præsenterer jeg en video med detaljer om motorkontrolkortets komponenter og konstruktionsteknik.

Trin 6: Kontrolpanelets manuelle trinkontrol

I dette afsnit forudindstillede jeg endnu en kort video, der beskriver den manuelle betjening.

Trin 7: Kontrolkort skematisk diagram

Billedet her viser styrekontrolkortet skematisk. Vi kan se, at skematisk er relativt enkel ved at bruge den kraftfulde PIC -mikrokontroller.

Her er et link til en skematisk høj opløsning:

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

Trin 8: PC -baseret brugergrænsefladesoftware eller GUI

I dette afsnit bruger jeg igen en video til at demonstrere den pc -baserede applikationsstyringssoftware, der ofte omtales som en GUI (grafisk brugergrænseflade).

Trin 9: Princippet og driften af bootloaderen

Selvom bootloader på ingen måde er relateret til fokusskinnedriften, er en væsentlig del af projektet.

For at gentage - hvad er en bootloader?

Formålet med en bootloader er at give brugeren mulighed for at omprogrammere eller genopfriske hovedapplikationskoden (i dette tilfælde Focus Rail -applikationen) uden behov for en dedikeret specialiseret PIC -programmør. Hvis jeg skulle distribuere forprogrammerede PIC-mikroprocessorer og havde brug for at udstede en firmwareopdatering, tillader bootloaderen brugeren at skylle den nye firmware om uden at skulle købe en PIC-programmer eller returnere PIC'en til mig for en reflash.

En bootloader er simpelthen et stykke software, der kører på en computer. I dette tilfælde kører bootloaderen på PIC -mikrokontrolleren, og jeg betegner dette som firmware. Bootloaderen kunne være placeret hvor som helst i programhukommelsen, men jeg finder mere bekvemt at finde den lige ved starten af programhukommelsen inden for den første 0x1000 byteside.

Når en mikroprocessor tændes eller nulstilles, starter den programkørsel fra en nulstillingsvektor. For PIC -mikroprocessoren er nulstillingsvektoren placeret på 0x0 og normalt (uden en bootloader) ville dette enten være starten på applikationskoden eller et spring til starten afhængigt af hvordan koden er placeret af kompilatoren.

Med en bootloader til stede efter opstart eller nulstilling er det bootloader -koden, der udføres, og den faktiske applikation er placeret højere oppe i hukommelsen (kaldet flyttet) fra 0x1000 og derover. Det første bootloaderen gør, er at kontrollere status for bootloader -hardware -knappen. Hvis der ikke trykkes på denne knap, overfører bootloaderen automatisk programkontrollen til hovedkoden i dette tilfælde Focus Rail -applikationen. Fra brugernes synspunkt er dette problemfrit, og applikationskoden ser ud til at køre som forventet.

Men hvis der trykkes på bootloader -hardwareknappen under opstart eller nulstilling, vil bootloaderen forsøge at etablere kommunikation med værts -pc'en i vores tilfælde via den serielle radiogrænseflade. PC -bootloader -applikationen registrerer og kommunikerer med PIC -firmwaren, og vi er nu klar til at starte en reflash -procedure.

Proceduren er ligetil og udføres som følger:

Den maunale fokusknap er trykket ned, mens hardware tændes eller nulstilles

PC -applikation registrerer PIC bootloader og grøn statuslinje viser 100% plus PIC -detekteret meddelelse vises

Bruger vælger 'Åbn hexfil' og bruger filvælgeren til at navigere til den nye firmware HEX -fil

Bruger vælger nu 'Program/Verify', og den blinkende proces starter. Først blinker den nye firmware af PIC -bootloaderen og læses derefter tilbage og verificeres. Fremskridt rapporteres af den grønne statuslinje på alle stadier

Når programmet og verificeringen er fuldført, trykker brugeren på knappen 'Nulstil enhed' (bootloader -knappen trykkes ikke), og den nye firmware starter udførelsen

Trin 10: Oversigt over PIC18F2550 mikrokontroller

Der er alt for mange detaljer at gå ind på med hensyn til PIC18F2550. Vedhæftet er databladets topniveau -specifikation. Hvis du er interesseret, kan hele databladet downloades fra MicroChip -webstedet eller bare google enheden.

Trin 11: AD4988 Stepper Motor Driver

AD4988 er et fantastisk modul, perfekt til at køre enhver firetrådet bipolar trinmotor op til 1,5A.

Funktioner: Lav RDS-udgang (On) Output Automatisk detektering / valg af strømforfaldsforbindelse Blanding med langsom strømforfaldstilstande Synkron udbedring for lav strømafbrydelse Intern UVLOC Beskyttelse på tværs af 3.3 V og 5 V kompatibel logisk forsyning Termisk nedlukningskredsløb Grundbeskyttelse mod belastning Kortslutningsbeskyttelse Valgfri trin fem modeller: fuld, 1/2, 1/4, 1/8 og 1/16

Trin 12: Mekanisk skinnemontering

Denne skinne blev hentet fra eBay til en god pris. Det er meget robust og godt lavet og kom komplet med trinmotor.

Trin 13: Projektoversigt

Jeg har meget nydt at designe og bygge dette projekt og er endt med noget, jeg faktisk kan bruge til min makrofotografering.

Jeg har en tendens til kun at bygge ting, der er praktisk praktisk, og som jeg personligt vil bruge. Jeg er mere end glad for at dele langt flere designdetaljer, end der er blevet dækket i denne artikel, herunder programmerede testede PIC -controllere, hvis du er interesseret i at bygge en makrofokusskinne til dig selv. Efterlad bare en kommentar eller en privat besked til mig, så vender jeg tilbage til dig. Mange tak for læsningen, jeg håber du nød det! De bedste hilsner, Dave