Rotaia di messa a fuoco macro automatizzata: 13 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Ciao comunità, Vorrei presentare il mio progetto per un binario di messa a fuoco macro automatizzato. Ok, quindi la prima domanda che diavolo è un focus rail e a cosa serve? La fotografia macro o ravvicinata è l'arte di immaginare il molto piccolo. Questo può essere fatto a vari ingrandimenti o rapporti. Ad esempio, un rapporto di imaging di 1:1 significa che il soggetto da fotografare viene proiettato sul sensore della fotocamera a grandezza naturale. Un rapporto di imaging di 2:1 significa che il soggetto verrà proiettato a due dimensioni reali sul sensore e così via…

Un artefatto comune della macrofotografia è la profondità di campo molto ridotta. Sia che si utilizzino obiettivi macro dedicati, che si prendano obiettivi standard e li si inverta o si utilizzino i soffietti in generale, la profondità di campo è ridotta. Fino a tempi relativamente recenti questo è stato un problema creativo con la fotografia macro. Tuttavia, ora è possibile creare immagini macro con la profondità di campo desiderata mediante un processo chiamato focus stacking.

L'impilamento della messa a fuoco comporta lo scatto di una serie o "pila" di immagini in diversi punti focali dal punto del soggetto più vicino al punto del soggetto più lontano. La pila di immagini viene quindi combinata digitalmente per creare un'unica immagine con una profondità di campo molto più profonda. Questo è fantastico da un punto di vista creativo in quanto il fotografo può scegliere come desidera che appaia la propria immagine e quanto dovrebbe essere a fuoco per ottenere il massimo impatto. L'impilamento può essere ottenuto in vari modi: è possibile utilizzare Photoshop per impilare o un software dedicato come Helicon Focus.

Fase 1: Focus sui principi e sui criteri di progettazione della rotaia

Il principio alla base del binario di messa a fuoco è abbastanza semplice. Prendiamo la nostra fotocamera e l'obiettivo e li montiamo su una guida lineare ad alta risoluzione che consente di avvicinare o allontanare la combinazione fotocamera/obiettivo dal soggetto. Quindi, usando questa tecnica non stiamo toccando l'obiettivo della fotocamera, se non forse per ottenere la messa a fuoco iniziale in primo piano, ma stiamo spostando la fotocamera e l'obiettivo rispetto al soggetto. Se consideriamo la profondità di campo dell'obiettivo ridotta, questa tecnica genera sezioni di messa a fuoco in vari punti del soggetto. Se le sezioni di messa a fuoco vengono generate in modo tale che la profondità di campo si sovrapponga leggermente, possono essere combinate digitalmente per creare un'immagine con una profondità di messa a fuoco continua sul soggetto.

Ok, allora perché spostare la fotocamera e l'obiettivo grandi e pesanti e non il soggetto di interesse relativamente piccolo e leggero? Beh, il soggetto potrebbe benissimo essere vivo, diciamo un insetto. Spostare un soggetto vivo quando stai cercando di tenerlo fermo potrebbe non funzionare molto bene. Inoltre, stiamo cercando di mantenere un'illuminazione coerente da uno scatto all'altro, quindi spostare il soggetto significherebbe spostare anche tutta l'illuminazione per evitare lo spostamento dell'ombra.

Spostare la fotocamera e l'obiettivo è l'approccio migliore.

Passaggio 2: caratteristiche principali del design di My Focus Rail

Il binario di messa a fuoco che ho progettato trasporta la fotocamera e l'obiettivo su un robusto binario meccanico lineare motorizzato. La fotocamera può essere facilmente collegata e rimossa utilizzando un attacco a coda di rondine a sgancio rapido.

Il binario meccanico viene guidato dentro e fuori utilizzando un motore passo-passo del controller del computer e può fornire una risoluzione lineare di circa 5um che personalmente ritengo sia più che adeguata nella maggior parte degli scenari.

Il controllo della rotaia si ottiene utilizzando un'interfaccia utente o GUI basata su PC/Windows di facile utilizzo.

Il controllo della posizione del binario può essere ottenuto anche manualmente utilizzando un controllo rotativo con risoluzione programmabile situato sulla scheda di controllo del motore (sebbene possa essere posizionato ovunque, ad esempio come pulsantiera).

Il firmware dell'applicazione in esecuzione sul microprocessore della scheda di controllo può essere aggiornato tramite USB, riducendo la necessità di un programmatore dedicato.

Passaggio 3: Focus Rail in azione

Prima di entrare nei dettagli della costruzione e della costruzione, diamo un'occhiata al binario di messa a fuoco in azione. Ho preso una serie di video che descrivono in dettaglio diversi aspetti del design - potrebbero coprire alcuni aspetti fuori servizio.

Passaggio 4: Focus Rail: il primo scatto di prova che ho ottenuto dal binario

A questo punto ho pensato di condividere una semplice immagine ottenuta utilizzando il binario di messa a fuoco. Questo è stato essenzialmente il primo scatto di prova che ho fatto una volta che il binario è stato installato e funzionante. Ho semplicemente preso un piccolo fiore dal giardino e l'ho fatto scattare su un pezzo di filo per sostenerlo davanti all'obiettivo.

L'immagine composita del fiore era un composto di 39 immagini separate, 10 passaggi per fetta su 400 passaggi. Un paio di immagini sono state scartate prima dell'impilamento.

Allego tre immagini.

• L'output dello scatto in pila con messa a fuoco finale di Helicon Focus
• L'immagine in cima alla pila - in primo piano
• L'immagine in fondo alla pila - sfondo

Passaggio 5: dettagli e passaggi della scheda di controllo

In questa sezione presento un video che descrive in dettaglio le parti dei componenti della scheda di controllo del motore e la tecnica di costruzione.

Passaggio 6: il controllo manuale dei passaggi della scheda di controllo

In questa sezione ho preimpostato un altro breve video che descrive in dettaglio l'operazione di controllo manuale.

Passaggio 7: diagramma schematico della scheda di controllo

L'immagine qui mostra lo schema della scheda di controllo di controllo. Possiamo vedere che utilizzando il potente microcontrollore PIC lo schema è relativamente semplice.

Ecco un link a uno schema ad alta risoluzione:

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

Passaggio 8: software di interfaccia utente basato su PC o GUI

In questa sezione utilizzerò nuovamente un video per dimostrare il software di controllo delle applicazioni basato su PC spesso indicato come GUI (Graphical User Interface).

Passaggio 9: Principio e funzionamento del Bootloader

Sebbene non sia correlato in alcun modo al funzionamento del focus rail, il bootloader è una parte essenziale del progetto.

Per ribadire: cos'è un bootloader?

Lo scopo di un bootloader è consentire all'utente di riprogrammare o riprogrammare il codice dell'applicazione principale (in questo caso l'applicazione Focus Rail) senza la necessità di un programmatore PIC specializzato dedicato. Se dovessi distribuire microprocessori PIC pre-programmati e avessi bisogno di emettere un aggiornamento del firmware, il bootloader consente all'utente di eseguire il reflash del nuovo firmware senza dover acquistare un programmatore PIC o restituirmi il PIC per un reflash.

Un bootloader è semplicemente un software in esecuzione su un computer. In questo caso il bootloader è in esecuzione sul microcontrollore PIC e mi riferisco a questo come firmware. Il bootloader potrebbe trovarsi ovunque nella memoria del programma, ma trovo più conveniente localizzarlo proprio all'inizio della memoria del programma all'interno della prima pagina 0x1000 byte.

Quando un microprocessore viene acceso o ripristinato, avvierà l'esecuzione del programma da un vettore di ripristino. Per il microprocessore PIC, il vettore di ripristino si trova a 0x0 e normalmente (senza un bootloader) questo sarebbe l'inizio del codice dell'applicazione o un salto all'inizio a seconda di come si trova il codice dal compilatore.

Con un bootloader presente dopo l'accensione o il ripristino, è il codice del bootloader che viene eseguito e l'applicazione effettiva si trova più in alto nella memoria (denominata rilocata) da 0x1000 e oltre. La prima cosa che fa il bootloader è controllare lo stato del pulsante hardware del bootloader. Se questo pulsante non viene premuto, il bootloader trasferisce automaticamente il controllo del programma al codice principale, in questo caso l'applicazione Focus Rail. Dal punto di vista degli utenti questo è senza soluzione di continuità e il codice dell'applicazione sembra essere eseguito come previsto.

Tuttavia, se il pulsante hardware del bootloader viene premuto durante l'accensione o il ripristino, il bootloader tenterà di stabilire una comunicazione con il PC host nel nostro caso tramite l'interfaccia seriale radio. L'applicazione bootloader del PC rileverà e comunicherà con il firmware PIC e ora siamo pronti per avviare una procedura di reflash.

La procedura è semplice e si svolge come segue:

Il pulsante di messa a fuoco manuale viene premuto durante l'accensione o il ripristino dell'hardware

L'applicazione per PC rileva il bootloader PIC e la barra di stato verde mostra il 100% più il messaggio PIC rilevato

L'utente seleziona "Apri file esadecimale" e utilizzando il selettore di file passa al nuovo file esadecimale del firmware

L'utente ora seleziona "Programma/Verifica" e inizia il processo di flashing. Prima il nuovo firmware viene flashato dal bootloader PIC e poi riletto e verificato. I progressi sono segnalati dalla barra di avanzamento verde in tutte le fasi

Una volta completato il programma e la verifica, l'utente preme il pulsante "Ripristina dispositivo" (pulsante bootloader non premuto) e il nuovo firmware inizia l'esecuzione

Passaggio 10: panoramica del microcontrollore PIC18F2550

Ci sono troppi dettagli da approfondire per quanto riguarda il PIC18F2550. In allegato la scheda tecnica delle specifiche di primo livello. Se sei interessato, l'intera scheda tecnica può essere scaricata dal sito Web di MicroChip o semplicemente google il dispositivo.

Passaggio 11: driver del motore passo-passo AD4988

L'AD4988 è un modulo fantastico, perfetto per pilotare qualsiasi motore passo-passo bipolare a quattro fili fino a 1,5 A.

Caratteristiche:Uscita RDS bassa (On)Rilevamento/selezione della modalità di decadimento della corrente automatica Miscelazione con modalità di decadimento della corrente lenta Rettifica sincrono per una bassa dissipazione di potenza Protezione UVLO contro corrente interna Alimentazione logica compatibile da 3,3 V e 5 V Circuito di spegnimento termico Protezione da guasto a terra Protezione da cortocircuito del carico Modelli con fase cinque opzionale: completa, 1/2, 1/4, 1/8 e 1/16

Passaggio 12: assemblaggio della guida meccanica

Questo binario è stato ritirato da eBay ad un ottimo prezzo. È molto robusto e ben fatto ed è arrivato completo di motore passo-passo.

Passaggio 13: riepilogo del progetto

Mi è piaciuto molto progettare e costruire questo progetto e ho finito con qualcosa che posso effettivamente usare per la mia macrofotografia.

Tendo a costruire solo cose che sono di uso pratico e che utilizzerò personalmente. Sono più che felice di condividere molti più dettagli di progettazione rispetto a quelli trattati in questo articolo, compresi i controller PIC testati programmati, se sei interessato a costruire una guida per la messa a fuoco macro per te stesso. Lasciami un commento o un messaggio privato e ti ricontatterò. Molte grazie per la lettura, spero che ti sia piaciuto! Cordiali saluti, Dave