Riel de enfoque macro automatizado: 13 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Hola comunidad

Me gustaría presentar mi diseño para un riel de enfoque macro automatizado. Ok, entonces la primera pregunta, ¿qué diablos es un carril de enfoque y para qué se usa? La fotografía macro o de cerca es el arte de crear imágenes de lo muy pequeño. Esto se puede hacer con diferentes aumentos o proporciones. Por ejemplo, una relación de imagen de 1: 1 significa que el sujeto fotografiado se proyecta en el sensor de la cámara a tamaño real. Una relación de imagen de 2: 1 significa que el sujeto se proyectará al doble de su tamaño real en el sensor y así sucesivamente …

Un artefacto común de la fotografía macro es la profundidad de campo muy baja. Ya sea usando lentes macro dedicados, tomando lentes estándar e invirtiéndolos o usando fuelles en general, la profundidad de campo es poco profunda. Hasta hace relativamente poco tiempo, esto ha sido un problema creativo con la fotografía macro. Sin embargo, ahora es posible crear imágenes macro con tanta profundidad de campo como desee mediante un proceso llamado apilado de enfoque.

El apilamiento de enfoque implica tomar una serie o "pila" de imágenes en diferentes puntos focales desde el punto más cercano al sujeto más lejano. Luego, la pila de imágenes se combina digitalmente para crear una sola imagen con una profundidad de campo mucho más profunda. Esto es fantástico desde un punto de vista creativo, ya que el fotógrafo puede elegir cómo desea que aparezca su imagen y cuánto debe enfocarse para lograr el máximo impacto. El apilamiento se puede lograr de varias formas: es posible usar Photoshop para apilar o una pieza de software dedicada como Helicon Focus.

Paso 1: Principio del carril de enfoque y criterios de diseño

El principio detrás del carril de enfoque es bastante sencillo. Tomamos nuestra cámara y lente y los montamos en un riel lineal de alta resolución que permite acercar o alejar la combinación de cámara / lente del sujeto. Entonces, usando esta técnica no estamos tocando la lente de la cámara, excepto quizás para lograr el enfoque de primer plano inicial, sino que estamos moviendo la cámara y la lente con respecto al sujeto. Si consideramos que la profundidad de campo del objetivo es reducida, esta técnica genera cortes de enfoque en varios puntos del sujeto. Si los cortes de enfoque se generan de manera que la profundidad de campo se superpone ligeramente, se pueden combinar digitalmente para crear una imagen con una profundidad de enfoque continua en todo el sujeto.

Bien, entonces, ¿por qué mover la cámara y el lente grandes y pesados y no el tema de interés relativamente pequeño y liviano? Bueno, es muy posible que el sujeto esté vivo, digamos un insecto. Es posible que mover un sujeto vivo cuando intenta mantenerlo quieto no funcione demasiado bien. Además, estamos tratando de mantener una iluminación constante de una toma a la siguiente, por lo que mover el sujeto también significaría mover toda la iluminación para evitar sombras en movimiento.

Mover la cámara y el objetivo es el mejor enfoque.

Paso 2: Características principales del diseño de My Focus Rail

El raíl de enfoque que he diseñado lleva la cámara y la lente sobre un robusto raíl lineal mecánico impulsado por motor. La cámara se puede colocar y quitar fácilmente con un soporte de cola de milano de liberación rápida.

El riel mecánico se acciona hacia adentro y hacia afuera usando un motor paso a paso controlador de computadora y puede proporcionar una resolución lineal de aproximadamente 5 um, lo que personalmente creo que es más que adecuado para la mayoría de los escenarios.

El control del riel se logra mediante una interfaz de usuario o GUI basada en PC / Windows fácil de usar.

El control de posición del riel también se puede lograr manualmente usando un control giratorio con resolución programable situado en el tablero de control del motor (aunque podría colocarse en cualquier lugar, digamos como un control manual).

El firmware de la aplicación que se ejecuta en el microprocesador de la placa de control se puede volver a actualizar a través de USB, lo que mitiga la necesidad de un programador dedicado.

Paso 3: Focus Rail en acción

Antes de entrar en los detalles de la construcción y la construcción, veamos el carril de enfoque en acción. He tomado una serie de videos que detallan diferentes aspectos del diseño; pueden cubrir algunos aspectos fuera de orden.

Paso 4: Riel de enfoque: el primer disparo de prueba que obtuve del riel

En esta etapa pensé en compartir una imagen simple obtenida usando el carril de enfoque. Esta fue esencialmente la primera toma de prueba que hice una vez que el riel estuvo en funcionamiento. Simplemente agarré una pequeña flor del jardín y la coloqué en un trozo de alambre para sostenerla frente a la lente.

La imagen de la flor compuesta fue una combinación de 39 imágenes separadas, 10 pasos por rebanada en 400 pasos. Se descartaron un par de imágenes antes de apilarlas.

Adjunto tres imágenes.

• La salida de disparo apilado de enfoque final de Helicon Focus
• La imagen en la parte superior de la pila - primer plano
• La imagen en la parte inferior de la pila - fondo

Paso 5: Detalle de la placa de control y recorrido

En esta sección presento un video que detalla los componentes de la placa de control del motor y la técnica de construcción.

Paso 6: Control de pasos manual del tablero de control

En esta sección preselecciono otro video corto que detalla la operación de control manual.

Paso 7: Diagrama esquemático de la placa de control

La imagen aquí muestra el esquema de la placa de control de control. Podemos ver que al utilizar el potente microcontrolador PIC, el esquema es relativamente simple.

Aquí hay un enlace a un esquema de alta resolución:

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

Paso 8: Software de interfaz de usuario basado en PC o GUI

En esta sección, utilizo nuevamente un video para demostrar el software de control de aplicaciones basado en PC, a menudo denominado GUI (interfaz gráfica de usuario).

Paso 9: Principio y funcionamiento del gestor de arranque

Aunque no está relacionado de ninguna manera con la operación del carril de enfoque, el cargador de arranque es una parte esencial del proyecto.

Para reiterar, ¿qué es un gestor de arranque?

El propósito de un cargador de arranque es permitir al usuario reprogramar o actualizar el código de la aplicación principal (en este caso, la aplicación Focus Rail) sin la necesidad de un programador PIC especializado dedicado. Si tuviera que distribuir microprocesadores PIC preprogramados y tuviera que emitir una actualización de firmware, el cargador de arranque permite al usuario actualizar el nuevo firmware sin tener que comprar un programador PIC o devolverme el PIC para que lo vuelva a actualizar.

Un cargador de arranque es simplemente una pieza de software que se ejecuta en una computadora. En este caso, el cargador de arranque se está ejecutando en el microcontrolador PIC y me refiero a esto como firmware. El cargador de arranque podría estar ubicado en cualquier lugar de la memoria del programa, pero me parece más conveniente ubicarlo justo al comienzo de la memoria del programa dentro de la primera página de 0x1000 bytes.

Cuando un microprocesador se enciende o se reinicia, iniciará la ejecución del programa desde un vector de reinicio. Para el microprocesador PIC, el vector de reinicio está ubicado en 0x0 y normalmente (sin un cargador de arranque) esto sería el inicio del código de la aplicación o un salto al inicio, dependiendo de cómo el compilador ubique el código.

Con un cargador de arranque presente después del encendido o reinicio, es el código del cargador de arranque el que se ejecuta y la aplicación real se encuentra más arriba en la memoria (denominada reubicada) desde 0x1000 y superior. Lo primero que hace el gestor de arranque es comprobar el estado del botón de hardware del gestor de arranque. Si no se presiona este botón, el gestor de arranque transfiere automáticamente el control del programa al código principal, en este caso la aplicación Focus Rail. Desde el punto de vista de los usuarios, esto es perfecto y el código de la aplicación parece ejecutarse como se esperaba.

Sin embargo, si se presiona el botón de hardware del cargador de arranque durante el encendido o el reinicio, el cargador de arranque intentará establecer comunicación con la PC host en nuestro caso a través de la interfaz serie de radio. La aplicación del cargador de arranque de la PC detectará y se comunicará con el firmware PIC y ahora estamos listos para iniciar un procedimiento de actualización.

El procedimiento es sencillo y se lleva a cabo de la siguiente manera:

El botón de enfoque manual se presiona mientras el hardware está encendido o reiniciado

La aplicación de PC detecta el cargador de arranque PIC y la barra de estado verde muestra el 100% más el mensaje de PIC detectado

El usuario selecciona 'Abrir archivo hexadecimal' y usando el selector de archivos navega al nuevo archivo de firmware HEX

El usuario ahora selecciona 'Programar / Verificar' y comienza el proceso de flasheo. Primero, el cargador de arranque PIC actualiza el nuevo firmware y luego se lee y se verifica. El progreso se informa mediante la barra de progreso verde en todas las etapas

Una vez que se completa el programa y la verificación, el usuario presiona el botón 'Restablecer dispositivo' (el botón del cargador de arranque no se presiona) y el nuevo firmware comienza a ejecutarse

Paso 10: Descripción general del microcontrolador PIC18F2550

Hay demasiados detalles para entrar en relación con el PIC18F2550. Se adjunta la especificación de nivel superior de la hoja de datos. Si está interesado, puede descargar la hoja de datos completa del sitio web de MicroChip o simplemente buscar en Google el dispositivo.

Paso 11: Controlador de motor paso a paso AD4988

El AD4988 es un módulo fantástico, perfecto para impulsar cualquier motor paso a paso bipolar de cuatro cables hasta 1.5A.

Características: Salida de RDS bajo (encendido) Detección / selección automática del modo de caída de corriente Mezcla con modos de caída de corriente lenta Rectificación síncrona para disipación de baja potencia UVLO interno Protección contra corriente cruzada Suministro lógico compatible con 3,3 V y 5 V Circuito de apagado térmico Protección contra fallas de tierra Protección contra cortocircuitos de carga Modelos de paso cinco opcional: completo, 1/2, 1/4, 1/8 y 1/16

Paso 12: Ensamblaje de riel mecánico

Este riel fue recogido en eBay por un excelente precio. Es muy robusto y bien hecho y viene completo con motor paso a paso.

Paso 13: Resumen del proyecto

Disfruté mucho diseñando y construyendo este proyecto y terminé con algo que realmente puedo usar para mi fotografía macro.

Tiendo a construir solo cosas que son de uso práctico y que usaré personalmente. Estoy más que feliz de compartir muchos más detalles de diseño de los que se han cubierto en este artículo, incluidos los controladores PIC probados programados, si está interesado en construir un riel de enfoque macro para usted. Déjeme un comentario o mensaje privado y me pondré en contacto con usted. Muchas gracias por leer, ¡espero que lo hayan disfrutado! Saludos cordiales, Dave