Flash Freeze Fotografie mit einem Arduino

Freeze // Hensel Expert D 250 Speed & Power Max L // Making Of (Juli 2019).

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Anonim

Flash Freeze Fotografie mit einem Arduino


Fixieren Sie Momente in der Zeit, um mit Ihrer Digitalkamera, einem Arduino und diesen einfachen Schaltungen problemlos außergewöhnliche Nahaufnahmen zu erstellen.

Ich war schon immer von Hochgeschwindigkeitsfotografie beeindruckt. Die fotografische Erfassung dessen, was normalerweise unsichtbar oder zumindest unbemerkt bleibt, ist faszinierend und oft schön. Hochgeschwindigkeitskameras sind jedoch teuer und für viele von uns unerreichbar.

Sie können jedoch mit einer einfachen und kostengünstigen Technik der Hochgeschwindigkeitsfotografie nahe kommen. In diesem Projekt werden wir zwei einfache und kostengünstige Schaltungen bauen, die zusammen mit Ihrer DSLR-Kamera, einem Slave-Blitz und einem Arduino Uno einige Eigenschaften der Hochgeschwindigkeitsfotografie reproduzieren können, um ungewöhnliche Momente zu erfassen.

Bedarf:

  • Digitalkamera mit manueller Fokussierung und Einstellung langer Belichtungszeiten
  • Externes (Slave) Blitzgerät (siehe Text)
  • Blitzschuh mit externer Klemmfunktion und Kabel (siehe Text)
  • Arduino Uno
  • Eine oder beide der hier vorgestellten Schaltungen (siehe Materialliste unten)

Grundlegende Technik

Das "Geheimnis" dieser Technik ist einfach. Zuerst fokussieren Sie Ihre Kamera manuell. Stellen Sie dann die Belichtung Ihrer Kamera auf einen relativ langen Wert ein, sagen Sie 4-6 Sekunden, und machen Sie in vollständiger oder fast vollständiger Dunkelheit ein Foto. Normalerweise erzeugen diese Bedingungen ein völlig schwarzes Bild. Während der langen Belichtungszeit jedoch wird der Blitz ausgelöst und liefert nur während der Belichtung eine Beleuchtung. Ein kurzer Moment, gefangen vom Blitz.

Die komplette FSR-Interface-Schaltung auf einem Steckbrett mit einem Arduino Uno

Der Schlüssel ist, das Abfeuern des Blitzes zu steuern. In diesem Projekt verwenden wir einen Arduino Uno, um einen externen Blitz auszulösen, wenn ein bestimmtes externes Ereignis erkannt wird. Fast jeder externe Sensor kann als Triggerereignis für den Blitz verwendet werden. Hier werden wir zwei Sensoren verwenden, einen Kraftmesswiderstand und einen Schallsensor, um das interessierende externe Ereignis zu erkennen.

Kamera

Die Kamera, die ich für dieses Projekt verwendet habe, ist eine Canon EOS 400D (Digital Rebel XTi). Dies ist eine relativ niedrige (und jetzt relativ alte) digitale Spiegelreflexkamera. Jede Kamera mit manuellem Fokus und der Möglichkeit, lange Belichtungszeiten einzustellen, sollte funktionieren. Wie bei allen Nahaufnahmen benötigen Sie ein Objektiv, das in der gewünschten Entfernung scharf stellen kann.

Blitzgerät

Das PL-ASF18 Slave-Blitzgerät

Wir wollen, dass der Arduino den Blitz auslöst, also brauchen wir ein externes Blitzgerät. Ich benutzte eine Polaroid PL-ASF18 Slave-Blitzeinheit, oben abgebildet. Dies ist eines der günstigsten Slave-Blitzgeräte und es funktioniert ganz gut. Ein besonderer Vorteil ist, dass es mit einer relativ niedrigen Spannung (<6 V) ausgelöst werden kann. (Andere Triggerstandards verwenden höhere Spannungen.) Für den folgenden Schaltkreis ist es wichtig, dass Sie einen externen Blitz verwenden, der einen Blitzauslöser mit niedriger Spannung akzeptiert.

Der PL-ASF18 ist ziemlich stark für Nahaufnahmen, arbeitet aber mit zwei 1, 5-V-AA-Batterien. Sie müssen den Blitz wahrscheinlich zum Ziel zurückwerfen, anstatt ihn direkt auf das Ziel zu richten. Für die Aufnahmen in diesem Artikel habe ich die Blitzeinheit nicht direkt auf das Ziel gerichtet; vielmehr wurde der Blitz direkt vom Ziel weggeführt, und das Licht erreichte das Ziel, indem es von einem Stück schwarzen Karton reflektierte. Zusätzlich benutzte ich einen Lichtdiffusor (ein weißes Nylonplanenzelt) für einige Aufnahmen. Wenn Sie eine Einheit mit variabler Blitzleistung haben, die extern konfiguriert werden kann (der PL-ASF18 verfügt nicht über diese Fähigkeit), können Sie möglicherweise den gleichen Effekt erzielen, indem Sie die Leistung reduzieren.

Heisser Schuh

Blitzschuh mit 3, 5 mm Buchse

Das externe Blitzgerät wird an einen Blitzschuh angeschlossen, der eine standardisierte "Fassung" für einen Blitz ist. Ich benutzte das oben abgebildete (hier erhältlich), das mehrere Schuhe enthält. Noch wichtiger ist, dass dieser Blitzschuh eine praktische 3, 5-mm-Buchse hat, an der normalerweise der übliche PC-Sync-Anschluss zu sehen ist. Dieser Anschluss verriegelt den mittleren Kontakt und die Schuhhalterung. Wenn die Verbindung kurzgeschlossen ist, wird der Blitz ausgelöst. Fast jeder Blitzschuh mit dem "Standard" PC Sync-Anschluss (Beispiel hier) wird das gleiche tun. Der Vorteil dieses Blitzschuhs ist jedoch, dass die 3, 5-mm-Buchse sehr häufig ist, ebenso wie die Gegenbuchse.

Unabhängig davon, welche Art von Stecker Sie verwenden, müssen Sie auch ein Kabel mit den zwei Zuleitungen vom Blitzschuh zur Befestigung an unserem Stromkreis herstellen. Sie müssen die positiven und negativen Leitungen mit einem Voltmeter für die korrekte Verbindung identifizieren. Sie müssen auch die Spannung zwischen diesen Kontakten messen, um sicherzustellen, dass die Spannung, die für den Betrieb des Blitzes verwendet wird, innerhalb der Grenzen unserer Schaltung liegt (siehe weiter unten). Der Blitzschuh mit angeschlossenem Blitzgerät kann zur Erleichterung der Positionierung auf einem Ministativ montiert werden.

Kraftmessender Widerstand

Interlink 406 Kraftmesswiderstand

Der Arduino muss ein externes Ereignis überwachen, um den Blitz zur gewünschten Zeit zu betreiben. Das externe Ereignis für diese Version des Projekts ist Kraft, die wir mit einem Interlink 406 Force-Sensing-Widerstand (PDF) messen werden. Der Force-Sensing-Widerstand (FSR) ist oben abgebildet und bei Adafruit und anderen Quellen erhältlich. Sie können den auf dieser Seite verlinkten Integrationsleitfaden für weitere Informationen zum Sensor herunterladen.

Der Widerstand zwischen den Leitungen dieses Sensors variiert entsprechend der auf seine Oberfläche ausgeübten Kraft. Das heißt, wenn Sie ein kleines Objekt auf die Oberfläche fallen lassen oder darauf tippen, ändert sich der Widerstand. Der Arduino wird diese Eigenschaft verwenden, um ein externes Ereignis zu erkennen und den Blitz auszulösen.

Die Leitungen vom FSR sollten an ein Kabel angeschlossen werden, um eine Verbindung zu unserer Schaltung herzustellen. Wie in der oben aufgeführten Integrationsanleitung erwähnt, löten Sie die Leitungen nicht direkt, um eine Beschädigung des FSR zu vermeiden. Verwenden Sie stattdessen weibliche Drahtbrücken, die leicht gecrimpt werden können, um einen festen Sitz zu gewährleisten.

Schema für das FSR-basierte System

Schema für die Arduino-Schnittstelle zum FSR und Blitzgerät. Klicken um zu vergrößern.

Das obige Schema ist für die gesamte Schaltung, die es dem Arduino UNO ermöglicht, den FSR zu überwachen und den externen Blitz auszulösen. Die Schaltung besteht aus drei verschiedenen Teilen: oben, Mitte und unten.

Top-externe Blitzeinheit

Der obere Teil ermöglicht es dem Arduino, das externe Blitzgerät zu steuern. Ein logisch hohes Signal an Pin D2 aktiviert die LED im 4N25 Optokoppler. Der NPN-Transistor im 4N25 schaltet sich dann ein.

Die Kollektor- und Emitteranschlüsse des 4N25 sind jeweils mit den positiven und negativen Anschlüssen des Blitzauslösers verbunden (die Blitzauslöseranschlüsse stammen von dem Kabel, das in die Blitzschuhbuchse eingesteckt ist). Wenn die LED vom Arduino aktiviert wird, wird der Blitz ausgelöst.

Beachten Sie, dass die Blitzeinheit vom Arduino elektrisch isoliert ist, und das ist wünschenswert. Sie müssen zuerst die Spannung an den Anschlüssen des Blitzgeräts messen (dh an den Leitungen, die vom Blitzschuhkabel ausgehen), um die positiven und negativen Anschlüsse zu identifizieren und sicherzustellen, dass Sie die maximalen Kollektor-Emitter-Grenzen nicht überschreiten des Optoisolators. Wenn die Leitungen umgekehrt sind oder die Spannung das spezifizierte Maximum überschreitet, werden Sie wahrscheinlich den Optoisolator braten.

Für das von mir verwendete Motorola 4N25 beträgt die maximale Kollektor-Emitter-Spannung 30 V, aber nicht alle Optokoppler mit der Bezeichnung 4N25 sind gleich, und Sie sollten das Datenblatt des Herstellers konsultieren, um das Limit für Ihre Komponente zu bestimmen. Ich habe diese Spannung für das PL-ASF18-Gerät mit frischen Batterien gemessen und es war ~ 5, 5 V, was deutlich unter dem Maximum liegt. Wie bereits erwähnt, können unterschiedliche Blitzgeräte unterschiedliche Triggerspannungen verwenden, messen Sie also zuerst die Spannung.

Middle-Force-Sensing-Widerstand und Op-Amp

Die Mitte des Schaltplans enthält die FSR-Schnittstelle und verwendet einen Operationsverstärker MCP601P (PDF). Es ist keineswegs notwendig, diesen exakten Operationsverstärker zu verwenden; Der MCP601P wurde gewählt, weil er für den Betrieb mit einer einzigen Versorgung ausgelegt ist und über einen Rail-to-Rail-Ausgang verfügt. Das MCP601P wird in einer Komparatorkonfiguration verwendet, sodass es als Schwellenwertschalter fungiert.

Der invertierende Eingang des MCP601P wird von einem Spannungsteiler aus R3 und FSR gespeist. R3 ist 47 kΩ und wurde gewählt, um in der Schaltung über dem unteren Ende der Kraft-Widerstandskurve gut zu funktionieren, wie in Fig. 10 der zuvor erwähnten FSR-Integrationsführung gezeigt.

Bild mit freundlicher Genehmigung von Interlink Electronics

Der nichtinvertierende Eingang zum MCP601P wird ebenfalls von einem Spannungsteiler vom Wischer R4, einem 200 kΩ Multiturn-Potentiometer gespeist. Durch Einstellen des Potentiometers wird die Kraft geändert, die benötigt wird, um ein Triggersignal vom Operationsverstärker zu erzeugen.

Der Ausgang des MCP601P wird an einen digitalen Arduino-Eingangsanschluss (D3) angeschlossen. Wenn keine Kraft auf den FSR ausgeübt wird, sollte der Ausgang des Operationsverstärkers 5 V sein - gelesen durch den digitalen Arduino-Eingang als ein logisches Hoch. Wenn eine Kraft auf den FSR ausgeübt wird, nimmt sein Widerstand ab, was zu einer Erhöhung der Ausgangsspannung des FSR / R3-Teilers führt. Schließlich wird die Spannung am invertierenden Eingang die Spannung am nicht invertierenden Eingang übersteigen, und dies wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers auf Masse treiben. Wenn der Arduino dieses logisch niedrige Signal an Pin D3 erkennt, löst er das Blitzgerät aus.

R2 ist ein Hysterese-Widerstand, was dazu beiträgt, fehlerhafte Ausgangsübergänge zu unterdrücken. Dies ist nicht unbedingt erforderlich, da, wenn ein einzelner Trigger erkannt wird, das Blitzgerät aktiviert wird und mehrere Sekunden benötigt werden, bevor der Blitz erneut ausgelöst werden kann. Es ist jedoch allgemein üblich, diesen Widerstand für eine kontrolliertere und vorhersagbarere Schaltung vorzusehen. Eine vollständige Beschreibung der Hysterese in einer Komparatorschaltung finden Sie in dieser Konstruktionsnote (PDF). Beachten Sie auch, dass die für dieses Projekt verwendete Schaltung ohne C1 effektiv funktionieren konnte, aber es ist eine gute Praxis, einen Stromversorgungs-Entkopplungskondensator sowohl für analoge als auch digitale ICs vorzusehen.

Bottom-Input-Schalter

Der untere Teil des Schaltplans enthält einfach einen Taster, der an einen digitalen Eingang (D4) des Arduino angeschlossen ist. Der Eingang wird vom Arduino als logisch niedrig gelesen, wenn er nicht gedrückt wird, und logisch hoch, wenn er gedrückt wird. Wir werden diesen Schaltereingang in der Software verwenden, um das Blitzgerät zu "bewaffnen". Danach wartet das Programm auf das Trigger-Ereignis.

Stückliste für die Arduino-Schnittstelle zu FSR und Flash-Einheit

KomponenteBeschreibung
C10, 1 μF Kondensator
R1330 Ω Widerstand
R2470 kΩ Widerstand
R347 kΩ Widerstand
R4200 kΩ Multiturn-Potentiometer
R510 kΩ Widerstand
IC14N25 Optoisolator
IC2MCP601P Operationsverstärker
FSR1FSR 406 Kraftmesswiderstand
SW1momentaner Schalter

Software

Die Arduino-Software, die zum Betrieb der Schaltung verwendet wird, ImpactFlash.ino, ist unten enthalten. Es ist relativ kurz und sollte leicht zu verstehen sein.

Im Wesentlichen wartet die Software darauf, dass SW1 gedrückt wird. Wenn dies der Fall ist, leuchtet die Onboard-LED des Arduino auf und zeigt damit den Status "scharf" an. Dann wartet die Software auf einen Wechsel von "high" auf "low" am Triggereingang.

Wenn ein Triggersignal empfangen wird, wird das Blitzgerät betrieben. Wenn Sie möchten, können Sie eine kurze Verzögerung nach dem Auslöser und vor dem Betrieb des Blitzes einfügen. Manchmal benötigt Ihr fotografisches Objektiv einige Millisekunden Verzögerung. Nach dem Blitzbetrieb blinkt die integrierte LED für eine programmierbare Zeit, während der das Blitzgerät aufgeladen wird. Nach diesem Intervall wartet der Code erneut darauf, dass SW1 gedrückt wird.

Sie können die Variable DEBUG auf 1 setzen, um an verschiedenen Stellen des Programms eine Textausgabe an den seriellen Monitor zu erhalten. Standardmäßig ist DEBUG = 0, da das Programm wahrscheinlich eigenständig verwendet wird. Die serielle Monitorausgabe kann Ihnen jedoch helfen, sich mit dem Programm vertraut zu machen oder das Programm zu testen, nachdem Sie einige Parameter geändert haben.

Code

Laden Sie die folgenden Programmdateien herunter.

Flash Freeze Fotografie Code

Gebrauchsanweisung

Minzbonbons

Um die Bedienung weiter zu veranschaulichen, sind hier die Schritte gezeigt, die verwendet wurden, um den obigen Schuss aufzunehmen, der eine Gruppe von fallenden Bonbon-Minzen einfängt. Wenn einer der Mints den FSR (der unter dem Papier ist) schlug, erkannte die Arduino-Software das Ereignis und löste den Blitz aus, um den Moment festzuhalten.

  1. Richten Sie Ihr "Studio" ein, einschließlich des Anschlusses des Blitzgeräts und des FSR an den Schaltkreis und das Einschalten des Blitzgeräts. Richten Sie den Blitz vom Zielbereich weg und verwenden Sie ggf. einen Diffusor (wie bereits erwähnt).
  2. Positionieren Sie das FSR unter einem dünnen Stück Papier. Beachten Sie genau, wo sich der FSR befindet, da dies der Zielbereich für die Aufprallerkennung ist.
  3. Stellen Sie Ihre Kamera auf eine lange Belichtungszeit von beispielsweise 4 bis 6 Sekunden ein.
  4. Manuelle Fokussierung der Kamera Wenn möglich, platzieren Sie zuerst die Objekte, die Sie aufnehmen möchten, in der Nähe des Zielbereichs, damit Sie den Fokus für diesen Punkt festlegen können.
  5. Schalte alle Lichter aus - je dunkler, desto besser.
  6. Schalte den Stromkreis durch Drücken von SW1 ein. Beachten Sie, dass die integrierte LED am Arduino aufleuchtet.
  7. Betätigen Sie den Verschluss der Kamera.
  8. Legen Sie die Objekte auf dem Zielbereich ab.
  9. Die Blitzeinheit funktioniert, wenn ein Objekt den FSR beeinflusst. Beachten Sie, dass die Onboard-LED jetzt blinkt und anzeigt, dass das Blitzgerät aufgeladen werden muss.
  10. Der Verschluss schließt und das Bild wurde aufgenommen.

Hier sind einige weitere Beispiele.

Match-Sticks

Gummibälle

Halloween-Süßigkeiten streut

Wenn Sie es satt haben, Dinge fallen zu lassen, können Sie immer anfangen, Dinge zu brechen, aber seien Sie vorsichtig.

Früher eine Glühbirne

Einen Schallsensor verwenden

Während die obigen Aufnahmen mit dem FSR als Sensor gemacht wurden, müssen Sie die Technik nicht auf einen Force Trigger beschränken. Eine weitere Option ist die Verwendung von Ton als Auslöser.

Viele Mikrophon-Verstärkerschaltungen wurden veröffentlicht, so dass Sie Ihre eigenen nicht wirklich von Grund auf neu entwerfen müssen. Eine besonders bequeme und relativ kostengünstige Option ist ein Schallsensormodul, das speziell für den Anschluss eines Arduino entwickelt wurde.

Arduino Sound-Sensor-Module

Drei solcher Schallsensormodule sind oben gezeigt. Die erste (von links nach rechts) stammt von DFROBOT; Es verwendet einen Operationsverstärker LM358 und hat ein analoges Ausgangssignal. Die zweite Version von SimplyTronics verwendet einen 555-Timer und verfügt über einen digitalen Ausgang. Die dritte von Keyes verwendet einen Komparator LM393 und verfügt über digitale und analoge Ausgänge. Alle drei Module verfügen über ein Potentiometer zur Einstellung der Empfindlichkeit.

Hier werden wir das erste Modul zur Veranschaulichung der Technik verwenden.

Schema für die Arduino-Schnittstelle zum Soundsensor und Blitzgerät. Klicken um zu vergrößern.

Das obige Schema zeigt die vollständige Schaltung für die Verwendung des Schallsensors als Auslöser. Es ist identisch mit dem FSR-Schema, außer dass das Schallsensormodul die FSR- und Operationsverstärkerschaltung ersetzt hat. Der Ausgang des Soundsensors wird an einen Arduino-Analogeingangspin (A0) angeschlossen.

BOM für die Arduino-Schnittstelle zum Soundsensor und zur Blitzeinheit

KomponenteBeschreibung
R1330 Ω Widerstand
R210 kΩ Widerstand
IC14N25 Optoisolator
SW1momentaner Schalter
SchallsensorDFR0034 (siehe Text)

Mehr Software

Die Arduino-Software, mit der die Schaltung mit dem Soundsensor SoundFlash.ino betrieben wird, ist ebenfalls in der herunterladbaren Datei enthalten. Der Betrieb ist im Wesentlichen identisch mit dem Programm ImpactFlash.ino, mit der Ausnahme, dass ein Schwellwert für den Analogwert im Programm eingestellt wird, um zu bestimmen, wann der Ton ausreicht, um die Blitzeinheit auszulösen.

Wenn Sie die Schaltung mit Klängen mit sehr geringen Lautstärken verwenden, wie sie beispielsweise von Wassertropfen erzeugt werden, gibt es zusätzliche Überlegungen. Das Potentiometer am Modul muss auf maximale Empfindlichkeit eingestellt sein. Außerdem muss das Umgebungsgeräusch minimal sein, um falsche Auslöser zu vermeiden. Tatsächlich sollten die Benutzungsschritte für die FSR-Schaltung modifiziert werden, so dass der Verschluss der Kamera betätigt wird, bevor die Schaltung aktiviert wird, da das Geräusch des Verschlussmechanismus die Blitzeinheit auslösen kann.

Ein Richtmikrofon oder ein auf einer Parabolantenne montierter Richtmikrofon würde falsche Auslöser durch Umgebungsgeräusche reduzieren. Andernfalls kann die Verwendung eines einfachen Papierkegels um das eingebaute Mikrofon helfen (mehr zu diesem Konzept finden Sie hier).

Die folgenden Fotos wurden mit der Schallsensor-Schaltung und der Software aufgenommen. Sie illustrieren eine interessante "Fluiddynamik".

Elegante Einfachheit

Milchspritzer

Alien Milch

Flüssige Blume

Schlussgedanken

Dies ist meist ein lustiges Projekt, das relativ kostengünstig zu bauen ist und für fortgeschrittene Elektronik-Enthusiasten und Fotografen gleichermaßen geeignet ist. Die Schaltungen und die Software sind ein bisschen knochig, und es gibt sicherlich Verbesserungen, die hinzugefügt werden könnten.

Ich persönlich war immer ein großer Bewunderer der Veranschaulichung der Komplexität und Schönheit gemeinsamer Ereignisse. Die in diesem Artikel vorgestellten Beispiele kratzen nur an der Oberfläche dessen, was Sie erfassen können. Lassen Sie Ihrer Fantasie freien Lauf und Sie werden vom Ergebnis überrascht sein.

Gib diesem Projekt einen Versuch für dich selbst! Holen Sie sich die Stückliste.