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Selbstbau Stackingsteuerung zur digitalen Mehrebenenfotografie

Gute Makroaufnahmen von winzigen Mineralien lassen sich meist nur über digitale Mehrebenenfotografie erreichen. Mehrere Bilder werden übereinander gelegt und die besten Stellen aus den Bildern zusammen gerechnet. Hierzu wird ein Bilderstabel (Stack) in unterschiedlichen, winzigen Abständen vom Objekt (Mineral) aufgenommen. Da es sehr schwierig und zeitaufwändig ist winzigen Abstände mit der Hand einzustellen, gibt es Geräte die dies automatisiert erledigen. Das Objekt oder die Kamera wird in winzigen Schritten entfernt oder heran geführt und jeweils ein Bild ausgelöst. Eine Stacking-Software wie Helicon-Focus oder CombineZM übernimmt später das Zusammenrechnen der Bilder. Eines der besten käuflichen Geräte für diesen Zweck ist der Stackmaster von Rainer Ernst. Gute Geräte haben leider auch ihren berechtigten Preis. Diese Anleitung soll einen kostengünstigen Zugang zu dieser Technik ermöglichen.


Bitte beachten

Dies ist eine Bastelanleitung und setzt technisches Know-How und Geschick voraus. Die beigefügte Steuerungs-Software ist funktionsfähig aber nicht fehlerfrei. Die Anleitung soll einen Start ermöglichen und darf frei verändert und verbessert werden. Über Rückmeldungen und Verbesserungen würde ich mich freuen. Aus dieser Arbeit abgeleitete Software und resultierende Anleitungen sind ebenfalls frei verfügbar zu stellen. Gerne dürfen Sie auch kommerzielle Varianten anbieten solange die Bauanleitung für alle frei zugänglich ist. Der Nachbau erfolgt auf eigenes Risiko. Leider kann ich persönlich keine Bausätze oder fertige Geräte anbieten.


Ziel

Bau einer kostengünstigen, vollautomatische Steuerung um einen Stapel (Stack) von Bildern zu erstellen. Die Einstellungen sollen über Fernbedienung oder auch über einen PC erfolgen. Die Schrittmotorsteurung zum bewegen des Objektes soll vollautomatisch in Einklang mit der gesteuerten Bildauslösung erfolgen.

Bitte bachtet den Download mit der etwas detaillierteren Anleitung.

Zusatzinformationen zur Physik stehen im Beitrag: Digitale Mehrebenen-Fotografie.

Stackingsteuerung
Stackingsteuerung

Fertiger Bausatz zum Stuern eines Schrittmotors per Fernbedienung

Stefan

Funktionen

  • Steuerung über Fernbedienung möglich (auch alte Fernsteuerungen verwendbar, IR Codes können den Funktionen zugeodnet werden).
  • Steuerung über PC möglich (USB Anschluss, Serielles Terminal)
  • Steuerung einer Kamera über Fernauslöseanschluss (Nikon, Canon getestet)
  • Vollautomatische Stack-Aufnahmen
  • Geschwindigkeit regelbar
  • Eingabe der Abstände in Schrittmotorschritten (Space)
  • Setzen des Anfangspunktes
  • Setzen des Endpunktes
  • Anzeige der Anzahl der Bilder gesamt und offen
  • Sicherheitsanschlagsschalter oben unten, bei erreichen Rückfahrt um ein paar Schritte.
  • Universell einsetzbar für viele Aufbauten
  • Ausschwingpause zwischen den Aufnahmen
  • Sprache änderbar in der Software (derzeit Englisch wg. der kürzeren Bezeichnungen)
  • Kostengünstig
  • Anpassbar

Anmerkung zur Steuerung über Fernbedienung: Eine Steurung über Smartphone oder Tablet wirkt modern, setzt aber ein funktionsfähiges Zusatzgerät voraus auf das der Blick gerichtet wird. Eine Steuerung über Fernbedienung kann nahezu ohne Blickkontakt erfolgen und das Auge kann auf Kamerabildausgabe gerichtet werden. Mir erscheint dieser Weg schneller, zielführender und zudem kostengünstiger.


Benötigte Komponenten


Technik Steuerungsbox

  • Arduino Uno (1x)
  • EasyDriver Schrittmotortreiber V44 für Arduino (1x)
  • Display, 20x4 Lcd-modul 2004 Charakter LCD Display 5V Serielle IIC/I2C/TWI (1x)
  • Widerstände 10kΩ (2x)
  • Widerstand 1kΩ (1x)
  • Gehäuse

Anschlüsse Steuerungsbox

  • Serial Female (1x) für die Steuerungsbox (oder VGA Female falls zusätzliche Kontakte benötigt werden 15 anstelle von 9)
  • 3.5 mm Klinke 2x

Sonstiges Motorsteuerung

  • Schrittmotor Nema 17 26Ncm/37oz.in Stepper Motor 12V 0.4A
  • Serial Male oder VGA Male (1x) für Motor zum Anstecken an Steuerungsbox
  • IR-Sensor (Infrarotempfänger für die Fernbedienung)
  • Serielles Verlängerungskabel oder VGA Verlängerungskabel
  • Stabilisiertes und geglättetes Netzteil 9V bis 12V (billige Schaltnetzteile sind nicht zu empfehlen und bringen den Arduino aus dem Tritt).

Sonstiges Kamerasteuerung


Software


Benötigte Libraries für die Arduino IDE


Was wird noch benötigt zum Stacken (nicht in der Anleitung)

  • Zu steuernder Hubtisch oder Hubsteuerung über Spindelschlitten
  • Stepmotoranschluss an Hubtisch
  • Aluprofile z.B. Messebauprofile für die Halterungen (Beispiel)
  • Balgen
  • Kamera
  • Objektive
  • Adapterringe
  • weiteres Kleinzeug

Schaltplan


Steuerungsbox

Stackingsteuerung
Stackingsteuerung

Schaltplan zum Bausatz: Steuern eines Schrittmotors per Fernbedienung

Stefan

Motoranschluss, Infrarotmudul (IR-Modul)

Stackingsteuerung
Stackingsteuerung

Schaltplan Motor und IR Anschluss zum Bausatz: Steuern eines Schrittmotors per Fernbedienung

Stefan

Kosten

Die Kosten hängen stark von der Einkaufsquelle ab. Viele der Teile können über Aliexpress oder Ebay direkt in China bestellt werden. Die Wartezeit ist recht hoch, der Preis ohne Zwischenhändler sehr günstig. Das hier gezeigte Gehäuse ist bei Conrad Elektronik zu finden.

  • Stepper Motor Nema 17 (1 Stück) 10,00 €
  • Halterung Motor (1 Stück) 3,00 €
  • EasyDriver (2 Stück) 2,00 €
  • Arduino Uno (1Stück) 13,00 €
  • Display 2004 (1 Stück) 6,50 €
  • Klinke Buchse 3.5mm (2 Stück) 5,00 €
  • Gehäuse (1 Stück) 20,00 €
  • IR-Sensor Platine (1Stück) 2,50 €
  • Kleinteile (Kabel etc.) ca. 10,00 €

Summe: etwa 72,00 €

Da der StepperMotor Treiber "EasyDriver" sehr empfindlich reagiert wenn der Motor im Betrieb abgesteckt wird (Spannungsspitzen), empfehle ich hier mehrere zu kaufen. Während der Bastelphase habe ich 2 davon durch Spannungsspitzen geschrottet.

Die bezifferten Kosten beziehen sich nur auf die Motorsteuerung. Für Aluprofile und weiteres Zubehör können nochmal 100 bis 300€ fällig werden. Bei dem unten abgebildetetn Aufbau werden die Kosten mit gebrauchten Teilen (Balgen und Reprostativ als Kameraführung) in Summe incl. Box bei unter 350€ liegen. Das teuerste war der x-y-z-Hubtisch mit ca. 100€. Die Z-Führung ließe sich auch ganz anders lösen und ein insg. viel kompakteres Gerät bauen.


Mögliche Verbesserungen

  • Spannungsfreischalten des Motors während der Aufnahmen um etwaige Rest-Vibrationen zu unterdrücken

Downloads


Kompletter Aufbau

Und so könnte das Ganze dann aussehen. Schrittmotor und Hubtisch mit x-y-Steuerung sind auf eine Brücke gebaut und lösgelöst von Kamera und Balgenaufhängung. So kann die Brücke flexibel woanders eingesetzt und z.B. Bilder über das Binokular gemacht werden. In der Stackingsteuerungsbox ist auch die Lichtsteuerung verbaut. 4 Potentiometer erlauben 4 LEDS an Schwanenhälsen zu dimmen. Dies könnte aber auch separat verbaut werden. Im Eingangsbild ist eine Box ohne Lichtsteuerung abgebildet.

Stackingausrüstung
Stackingausrüstung

Stackingsteuerung mit integrierter Lichtsteuerung (bunte Potentiometer) und Stackingaufbau aus Messeprofilen.

Stefan

Beispielbilder

Camera Canon D50 an Balgen

Refikit unter LW UV (380nm)
Refikit unter LW UV (380nm)

Refikit Kritalle unter langewelligem UV zeigen eine bläuliche bis grünliche UV-Aktivität während Harz welcher oft in der Umgebung vorkommt teils deutlich gelbe Aktivität zeigt, was auch den Eindruc...

Stefan
Refikit
Refikit  R
Analysed with RAMAN
X
Analysed with XRD

Transparente Kristalle aus dem Moor bei Dab Feilnbach, Bayern, Deutschland. Bildbreite ca. 2,4mm; Stackingaufnahme; Kristalle aus dem Fund wurden analysiert mit Single-Crystal XRD (Dr. Anthony R. K...

Stefan
Epidot
Epidot

Bildbreite ca. 1.6mm; Spanien / Valencianische Gemeinschaft (Comunidad Valenciana) / Alicante, Provinz / Albatera-Hondon de los Frailes / Cantera de los Serranos

Stefan

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