Na mijn aanschaf van de zogenoemde macro-tussenringen heb ik er nog maar weinig mee gedaan. Ik was destijds wel een interessant concept Focus Stacking tegengekomen. Bij fotografie is het zo dat slechts een klein deel van datgene wat je fotografeert scherp op de foto terechtkomt. Je hebt te maken met een beperkte scherptediepte. Dat komt door het effect dat het, tijdens de opname, gekozen diafragma heeft op de foto: een kleine lensopening (hoog diafragmagetal) heeft een grotere scherptediepte tot gevolg, een grote lensopening (klein diafragmagetal) het tegenovergestelde. Bij o.a. macrofotografie is de scherptediepte heel erg beperkt. En dat is niet bevorderlijk voor het resultaat. Je wilt dan juist een groot, of groter gebied, scherp hebben.
Bij focus stacking maak je een serie (een stack, of stapel) foto’s waarbij elke foto elke keer een volgend klein deel van het onderwerp scherp heeft. Door deze foto’s samen te sandwichen in daarvoor bedoelde software, en alleen de scherpe gedeelten per foto aan elkaar te plakken krijg je een foto waarop het object van voor tot achter scherp is. Hieronder schematisch weergegeven hoe dat werkt. Drie foto’s, met elk een gedeelte van het boslandschap scherp, worden samengesmolten tot een van voor tot achter scherpe foto.

Om zo’n stack te maken heb je naast de juiste software ook de juiste apparatuur nodig. Commercieel worden deze “foto stackers” her en der aangeboden. Soms alleen de rail, waarbij je elke keer zelf handmatig de camera over de rail verplaatst, zoals de NiSi Macro Focusing Rail (ca. €115), of de Sunwayfoto Macro Focusing Rail (ca. €125). Maar ook gemotoriseerd versies zoals bijvoorbeeld de WeMacro Rail (ca. $320) en de StackShot (ca. €580). Er zijn er vast nog meer.
Ik heb de StackShot van de firma Cognisys gebruikt als voorbeeld voor de bouw van de gemotoriseerde Stacker. Dit systeem bestaat uit een klein kastje (de controller) die de camera, geplaatst op een macrorail, naar voren en naar achter kan sturen en op gezette tijden een foto laat maken. Hiervoor zit in de controller een aantal programma’s waarvan de meeste, naar mijn idee, niet echt zinnig zijn.

Maar nabouwen leek mij een leuke uitdaging. Een combinatie van knutselen, mechanische overbrenging, elektronica, programmeren en fotografie. De benodigde onderdelen had ik in huis: elektronica-onderdelen, een macro rail (al eens aangeschaft voor ca. €15), een stappenmotor (ca. €2, inclusief driver). Veel meer is er niet nodig om te beginnen, dus … 🙂
Mijn Stacker
Onderstaan mijn Stacker-systeem schematisch weergegeven. In de controlunit de microcontroller die de motor en de sluiter van de camera aanstuurt. De unit krijgt een display en een aantal knopjes waarmee de unit te bedienen is. Het systeem werkt autonoom: los van een computer. Het te fotograferen object staat op een plateau, dat alleen in hoogte te verstellen is. Het object staat vast, de camera beweegt.

De macrorail
Voor het hart van mijn systeempje heb ik gebruik gemaakt van een Arduino (in dit geval een Nano). Een macrorail had ik liggen: wel niet zo’n fraaie, maar voor een eerste concept bruikbaar. Op de foto hieronder zie je de rail met twee draaiknoppen. Met de linker zet je de rem op de rail (in het systeem niet nodig), met rechter draai je de rail naar voren, of naar achter. Op deze laatste knop wordt de motor aangesloten. En volledige omwenteling van de knop (360°) resulteert in een beweging van de mail van ca. 22,5 cm.

De aansturing van de rail: de motor en de driver
Om de rail te bewegen heb ik een 28BYJ motor met ULN2003-driver board gebruikt. Deze motor is makkelijk aan te sturen vanuit de Arduino. De motor is een stappenmotor met een vertraging: doet één omwenteling in 2048 stappen. Hier is een zeer uitgebreide uitleg van deze stepper, de driver, de standaard Arduino library èn van een verder uitgewerkte AccelStepper library, die ik nog niet kende (en die ik in een volgende versie van mijn sketch mogelijk ga uitproberen).

Om de motorbewegingen over te zetten naar de macrorail is een ontworpen en daarna geprint met de 3D-printer.

De aansturing van de camera: afstandsbediening
Om de sluiter van mijn camera te bedienen had ik nog een ooit bestelde afstandsbediening (bedraad) liggen. Zo een. Een neppe. 🙂

Wanneer je het handvat (met de knop) open maakt zie je drie metalen strips met daaraan drie draden: van boven naar beneden een witte, een zwarte en een rode draad. De witte blijkt Gnd te zijn, de zwarte bedient de focus en de rode de sluiter. Het werkt als volgt. Wanneer de knop half ingedrukt wordt, maakt de bovenste strip contact met de middelste. De aangesloten camera focust. Wanneer de knop verder wordt ingedrukt wordt daarnaast ook contact gemaakt met de derde strip: de camera drukt af. KLIK!

Op de camera (zonder afstandsbediening) werkt dit ook zo: half indrukken is scherpstellen, doordrukken … KLIK.
Om met de afstandsbediening een foto te maken moet dus zowel de rode als de zwarte draad met de witte verbonden worden.
De elektronica
Onderstaand het schema rondom de Arduino Nano.

De Arduino heeft een I2C OLED (Organic Light Emitting Diode) display en acht knopjes, verdeeld over twee blokken (1 en2), voor de besturing van het programma in de unit. Daarnaast dus de motordriver voor de stappenmotor.
Om de camera elektrisch niet direct aan de Arduino te hangen heb ik gebruik gemaakt van een optocoupler (O in het schema): hierdoor worden de controller en de camera galvanisch gescheiden. Ik had in de rommelkist nog een CNX36 (een zespoot DIL chippie) die ik heb ingezet. Met een 1K weerstandje tussen D12 en pootje 1 van de DNX36 ziet dat er zo uit.

Een blauwkleurige LED zorgt voor een lichtflitsje wanneer de sluiter van de camera getriggerd, ter indicatie.
De USB-aansluiting van de Arduino wordt gebruikt om de sketch (firmware) te uploaden en voor de voeding van het geheel.
De software
Software voor de Arduino: een sketch bouwen begint met de aansturing van de motor. Eén omwenteling van de motor (in 2048 stappen) komt overeen met een verplaatsing van de rail van ca. 20,5 mm. Eén stap van de motor is dus een verplaatsing van 0,01 mm van de rail! Lijkt mij nauwkeurig genoeg. Verder heb ik de functies die in de StackShot zitten, voor zover ze mij handig leken, nagemaakt. Op dit moment valt er nog maar een programma te kiezen, “Programma 1”. Met dit programma bepaal je het eindpunt, het startpunt en het aantal foto’s dat gemaakt moet worden. Het programma berekent op basis daarvan het aantal tussenstappen en gaat aan de slag. Onderstaande afbeelding komt uit de handleiding van de StackShot. Bij “Beeld 6” is het eindpunt, “Beeld 1” is het startpunt. Er worden 6 foto’s gemaakt.

Eerste foto, plateau richting de camera, foto, plateau richting de camera, foto, enzovoorts ….
Opbouw
Het motortje en de rail zijn op een plankje hout gemonteerd. De Arduino kreeg een OLED-schermpje en een achttal knoppen om de zaak in te stellen en keuzes te maken. Er is een werkende versie van het Arduino-programma. Hieronder staan de zaken die nog aangevuld en verbeterd kunnen worden.
To do lijstje
- De camera met lens blijkt in de praktijk te zwaar voor de combinatie rail-stappenmotor-driver. Zolang heb ik de zaak opgelost door de opzet om te draaien: de camera staat vast (op statief) en het te fotograferen object op de rail wordt verplaatst. Ik weet niet wat uiteindelijk een beter resultaat zal opleveren. Als ik toch e.e.a. zoals oorspronkelijk bedacht wil opzetten, dan moet er iets veranderen. Hier een mooi artikel over de kracht van de 28BYJ onder verschillende omstandigheden. Er zijn dus verschillende mogelijkheden; zie hieronder.
– De bestaande Arduino-sketch aanpassen door de snelheid van de stepper te verlagen.
– De Arduino-sketch aanpassen door gebruik te maken van de eerder genoemde AccelStepper.
– Een andere, krachtiger stappenmotor selecteren.
– De huidige motor van unipolair naar bipolair ombouwen, zoals hier beschreven. - De Arduino sketch is nog zeer beperkt, de functionaliteit kan nog flink uitgebreid worden. Te denken valt aan:
– Configuratie opslaan in EEPROM.
– Snelheid variabel maken.
– Autoreturn optie.
– Programma 1: uitbreiden met “Programma herhalen? (J/N)”.
– Eventueel extra programma’s maken.
– Time lapse functie bouwen.
– Stopknop activeren.
– oled.clear() functie her en der weghalen, instellen.
– Back lash correctie inbouwen.
- Nice to have?
– Bluetooth aansturing vanaf smartphone.
Stacking software
Er is een enorme hoeveelheid software om de stacks om te vormen; soms zelfs gratis! Ik heb een start gemaakt met Picolay en CombineZP: kijk hier voor het eerste resultaat.