Carril de focus macro automatitzat: 13 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Hola comunitat, M'agradaria presentar el meu disseny per a un carril de focus macro automatitzat. D'acord, doncs, la primera pregunta de què és el diable un focus rail i per a què serveix? La fotografia macro o de prop és l’art d’imaginar el més petit. Això es pot fer a diferents augments o ràtios. Per exemple, una relació d'imatges d'1: 1 significa que el subjecte a fotografiar es projecta al sensor de la càmera a mida real. Una proporció d’imatges de 2: 1 significa que el subjecte es projectarà a la mida del doble en el sensor, etc.

Un artefacte comú de la fotografia macro és la poca profunditat de camp. Tant si s’utilitzen objectius macro dedicats, es prenen objectius estàndard i s’inverteixen o s’utilitzen manxes en general, la profunditat de camp és poc profunda. Fins fa relativament poc ha estat un problema creatiu amb la fotografia macro. Tanmateix, ara és possible crear imatges macro amb tanta profunditat de camp com vulgueu mitjançant un procés anomenat apilament de focus.

L’apilament de focus consisteix a fer una sèrie o “pila” d’imatges en diferents punts focals des del punt més proper al subjecte més llunyà. La pila d'imatges es combina digitalment per crear una sola imatge amb una profunditat de camp molt més profunda. Això és fantàstic des del punt de vista creatiu, ja que el fotògraf pot triar com vol que aparegui la seva imatge i quant s’ha de centrar per aconseguir el màxim impacte. L'apilament es pot aconseguir de diverses maneres: és possible utilitzar Photoshop per apilar o una peça de programari dedicada com Helicon Focus.

Pas 1: enfocament del principi del ferrocarril i criteris de disseny

El principi darrere del rail d’enfocament és bastant senzill. Agafem la càmera i l’objectiu i els muntem en un carril lineal d’alta resolució que permet allunyar la combinació càmera / objectiu del tema. Per tant, mitjançant aquesta tècnica no toquem l’objectiu de la càmera, a part de potser per aconseguir un enfocament inicial en primer pla, sinó que movem la càmera i l’objectiu respecte al subjecte. Si considerem que la profunditat de camp de la lent és poc profunda, aquesta tècnica genera talls de focus en diversos punts del tema. Si els talls de focus es generen de manera que la profunditat de camp es superposi lleugerament, es poden combinar digitalment per crear una imatge amb una profunditat de focus contínua a través del tema.

D’acord, doncs, per què moure la gran càmera i l’objectiu pesats i no el tema d’interès relativament petit i lleuger? Doncs un insecte pot ser que el tema estigui viu. Moure un subjecte viu quan intenteu mantenir-lo encara pot no funcionar massa bé. A més, intentem mantenir una il·luminació constant d’un tret a l’altre, de manera que moure el subjecte significaria moure també tota la il·luminació per evitar l’ombra.

Moure la càmera i l’objectiu és el millor enfocament.

Pas 2: Funcions principals de disseny de My Focus Rail

El carril d’enfocament que he dissenyat porta la càmera i l’objectiu en un carril lineal mecànic robust i motoritzat. La càmera es pot connectar i treure fàcilment mitjançant un muntatge de cua de colom d'alliberament ràpid.

El carril mecànic s’entra i surt mitjançant un motor pas a pas del controlador de l’ordinador i pot proporcionar una resolució lineal d’aproximadament 5um, que personalment crec que és més que adequat en la majoria d’escenaris.

El control del ferrocarril s’aconsegueix mitjançant una interfície d’usuari o GUI basada en PC / Windows senzilla d’utilitzar.

El control de posició del carril també es pot aconseguir manualment mitjançant un control giratori amb resolució programable situat al tauler de control del motor (tot i que es podria col·locar en qualsevol lloc, per exemple, com a control manual).

El firmware de l’aplicació que s’executa al microprocessador de la placa de control es pot tornar a llampar mitjançant USB mitigant la necessitat d’un programador dedicat.

Pas 3: el focus rail en acció

Abans d’entrar en el detall de la construcció i la construcció, vegem el rail d’enfocament en acció. He pres una sèrie de vídeos que detallen diferents aspectes del disseny; poden tractar alguns aspectes fora de funcionament.

Pas 4: Focus Rail: la primera prova que he obtingut del rail

En aquesta etapa vaig pensar que compartiria una imatge senzilla obtinguda mitjançant el rail de focus. Aquesta va ser essencialment la primera prova que vaig fer un cop el carril va estar en marxa. Simplement vaig agafar una petita flor del jardí i la vaig estrenar sobre un tros de filferro per tal de recolzar-la davant de l’objectiu.

La imatge composta de flors era un compost de 39 imatges separades, 10 passos per llesca en 400 passos. Un parell d’imatges es van descartar abans d’apilar-les.

He adjuntat tres imatges.

• L'enfocament final apilava la sortida de Helicon Focus
• La imatge a la part superior de la pila: primer pla
• La imatge a la part inferior de la pila: fons

Pas 5: detall de la placa de control i recorregut

En aquesta secció presento un vídeo que detalla els components i la tècnica de construcció de la placa de control del motor.

Pas 6: Control manual de la placa de control

En aquesta secció preestableixo un altre breu vídeo que detalla l'operació de control manual.

Pas 7: Diagrama esquemàtic de la placa de control

La imatge aquí mostra l'esquema de la placa de control. Podem veure que mitjançant l’ús del potent microcontrolador PIC l’esquema és relativament senzill.

Aquí teniu un enllaç a un esquema d'alta resolució:

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

Pas 8: programari o interfície d’usuari basada en PC

En aquesta secció faig servir de nou un vídeo per demostrar el programari de control d'aplicacions basat en PC que sovint es coneix com a interfície gràfica d'usuari (GUI).

Pas 9: Principi i funcionament del carregador d'arrencada

Tot i que no està relacionat de cap manera amb l’operació del rail d’enfocament, el carregador d’arrencada és una part essencial del projecte.

Per reiterar: què és un carregador d’arrencada?

L’objectiu d’un carregador d’arrencada és permetre a l’usuari reprogramar o tornar a projectar el codi de l’aplicació principal (en aquest cas l’aplicació Focus Rail) sense necessitat d’un programador PIC especialitzat. Si hagués de distribuir microprocessadors PIC preprogramats i hagués de publicar una actualització de firmware, el carregador d’arrencada permet a l’usuari tornar a projectar el nou firmware sense haver de comprar cap programador PIC ni retornar-me el PIC per fer un reflash.

Un carregador d’arrencada és simplement un programa que s’executa en un ordinador. En aquest cas, el carregador d’arrencada s’executa al microcontrolador PIC i faig referència a això com a firmware. El carregador d'arrencada es podria ubicar a qualsevol lloc de la memòria del programa, però em sembla més convenient localitzar-lo just al començament de la memòria del programa dins de la primera pàgina de 0x1000 bytes.

Quan un microprocessador s'encengui o es reiniciï, s'iniciarà l'execució del programa des d'un vector de restabliment. Per al microprocessador PIC, el vector de restabliment es troba a 0x0 i normalment (sense un carregador d'arrencada), això seria l'inici del codi de l'aplicació o un salt a l'inici en funció de com el compilador localitzi el codi.

Amb un carregador d’arrencada present després de l’engegada o del reinici, s’executa el codi del carregador d’arrencada i l’aplicació real es troba més amunt a la memòria (anomenada reubicada) a partir de 0x1000. El primer que fa el carregador d’arrencada és comprovar l’estat del botó de maquinari del carregador d’arrencada. Si no es prem aquest botó, el carregador d'arrencada transfereix automàticament el control del programa al codi principal en aquest cas a l'aplicació Focus Rail. Des del punt de vista dels usuaris, això és perfecte i el codi de l'aplicació només s'executa com s'esperava.

Tanmateix, si es prem el botó de maquinari del carregador d’arrencada durant l’engegada o es reinicia, el carregador d’arrencada intentarà establir la comunicació amb l’ordinador amfitrió en el nostre cas a través de la interfície serial de la ràdio. L'aplicació del carregador d'arrencada del PC detectarà i comunicarà amb el microprogramari PIC i ara estem preparats per iniciar un procediment de reflash.

El procediment és senzill i es realitza de la següent manera:

Es prem el botó d'enfocament municipal mentre el maquinari s'encén o es reinicia

L’aplicació de PC detecta el carregador d’arrencada PIC i la barra d’estat verda mostra el 100% més es mostra el missatge detectat PIC

L'usuari selecciona "Obrir fitxer hexadecimal" i, mitjançant el selector de fitxers, es desplaça al nou fitxer HEX del firmware

Ara l'usuari selecciona "Programa / Verifica" i s'inicia el procés de parpelleig. En primer lloc, el nou microprogramari és capturat pel gestor d’arrencada PIC i després es torna a llegir i es verifica. La barra de progrés verda informa del progrés en totes les etapes

Un cop s'hagi completat el programa i la verificació, l'usuari prem el botó "Restableix el dispositiu" (el botó del carregador d'arrencada no es prem) i el nou microprogramari comença a executar-se

Pas 10: Visió general del microcontrolador PIC18F2550

Hi ha massa detalls per aprofundir sobre el PIC18F2550. S'adjunta l'especificació del nivell superior del full de dades. Si esteu interessats, es pot descarregar tot el full de dades des del lloc web de MicroChip o simplement google del dispositiu.

Pas 11: controlador de motor pas a pas AD4988

L’AD4988 és un mòdul fantàstic, perfecte per conduir qualsevol motor pas a pas bipolar de quatre fils fins a 1,5 A.

Característiques: Sortida RDS baixa (activada) Detecció / selecció del mode de desintegració de corrent automàtic Mescla amb modes de desacceleració de corrent lent Rectificació síncrona per a una baixa dissipació de potència Protecció contra corrent ultraviolada 3,3 V i 5 V Alimentació lògica compatible Circuits d’aturada tèrmica Protecció contra falles de terra Protecció contra el curtcircuit de càrrega Cinc models opcionals: complet, 1/2, 1/4, 1/8 i 1/16

Pas 12: Muntatge del carril mecànic

Aquest ferrocarril es va recollir a eBay a un preu fantàstic. És molt robust i està ben fabricat i inclou un motor pas a pas.

Pas 13: Resum del projecte

M’ha agradat molt dissenyar i construir aquest projecte i he acabat amb alguna cosa que realment puc utilitzar per a la meva fotografia macro.

Acostumo a construir només coses útils i que utilitzaré personalment. Estic més que feliç de compartir molts més detalls de disseny que els que s’han tractat en aquest article, inclosos els controladors PIC provats programats, si esteu interessats en construir un carril de focus macro. Només heu de deixar-me un comentari o un missatge privat i us respondré. Moltes gràcies per llegir, espero que us hagi agradat! Salutacions cordials, Dave