Highspeed-Fotografie

Fotos mit Wassertropfen oder schnellen Bewegungen haben mir schon immer gefallen. Allerdings war ich der Meinung, dass solche Aufnahmen nur mit extrem schnellen und teuren Kameras realisiert werden können.

Im August 2012 bin ich über einen Artikel gestolpert, wo genau beschrieben wurde wie solche Aufnahmen gemacht werden – Mit normalen Spiegelreflexkameras!

Highspeed-Aufnahmen werden in dunklen Räumen gemacht. Mit dem Blitzlicht wird dann der richtige Moment eingefroren. Der Ablauf geschieht also in dieser Reihenfolge:

  1. Umgebungslicht wird gelöscht
  2. Der Kameraverschluss wird geöffnet (Langzeitaufnahme, z.B. zwei Sekunden)
  3. Das Ereignis wird ausgelöst (z.B. Wassertropfen startet)
  4. Blitzlicht belichtet die Szene (z.B. wenn der Wassertropfen ins Wasser fällt)
  5. Der Kameraverschluss wird wieder geschlossen
  6. Das Umgebungslicht wird wieder eingeschaltet

Aus dieser Beschreibung wird klar: Die Schwierigkeit besteht darin, exakt zur richtigen Zeit das Blitzlicht auszulösen. Wird zu früh ausgelöst, ist der Wassertropfen irgendwo in der Luft, wird zu spät ausgelöst, sind im Wasser nur noch die Wellen zu erkennen, weil der Tropfen schon längst ins Wasser gefallen ist. 10 Millisekunden können über Erfolg oder Misserfolg entscheiden.

Die exakte Abstimmung der drei Auslöse-Aktionen (Kamera, Wassertropfen, Blitzlicht) wird von einem programmierbaren Microcontroller übernommen.
Dafür eignet sich ein Arduino Uno hervorragend. Mit einer Software kann können die Aktionen programmiert werden. Dieser Programmcode wird dann mittels USB-Schnittstelle auf das Arduino-Board übertragen. Mittels Sensor (drücken eines Auslösers) wird der Programmcode gestartet.

Wenn der Benutzer einen Drücker betätigt, startet die Steuerung. Das Arduino-Board verfügt über mehrere Inputkanäle. Der Programmcode überwacht einen festgelegten Kanal und wartet bis ein Ereignis eintritt. (Eingangsspannung wird von 0 Volt auf +5 Volt erhöht)

Wenn der Input erfolgt ist, wird nach einer kurzen Pause ein Signal (+5 Volt) an einen bestimmten Outputkanal für die Kamera gesendet. Kamera und Arduino-Board sind über einem Optokoppler miteinander verbunden. Damit wird sichergestellt, dass Spannungsschankungen das andere Bauteil nicht zerstört.
Genau gleich ist die Steuerung für das Blitzlicht realisiert.

Wie lässt sich der Wasserfluss mit einem  5 Volt Signal exakt steuern? Die Lösung nennt sich Magnetventil. Die Funktionsweise ist bestechend einfach: Kein Strom = Kein Wasser, 12 Volt Strom = Wasser fliesst.  Kurzer 12 Volt Strom = Tropfen:-)
Die grössere Hürde waren die verschiedenen Spannungen: Das Arduino-Board schaltet mit 5 Volt, das Magnetventil mit 12 Volt. Es werden zwei Stromkreise benötigt, die mit einem Transistor getrennt sind. Wenn der Transistor ein 5 Volt Signal vom Arduino-Board erhält, schliesst der 12 Volt Stromkreis und das Magnetventil ist offen. Wird kein ein  0 Volt Signal gesendet, ist der 12 Volt Stromkreis offen und das Ventil geschlossen.

Bei den ersten Versuchen wurde klar, wo die Tücken zu finden sind: Der alles entscheidende Faktor ist die Zeit zwischen dem Auslösen des Tropfens und dem Auslösen des Blitzlichtes. 10 Millisekunden können über Erfolg oder Misserfolg entscheiden. Das Ändern dieses Parameters wurde mühsam, weil der Programmcode jedesmal vom Computer auf das Arduino-Board übertragen werden musste. Zudem gab es immer mal wieder einen Wackelkontakt auf dem Breadboard.

So habe ich mich entschlossen die Steuerung mit einem Poti-Meter zu ergänzen, damit der Wert zwischen dem Auslösen des Tropfens und dem Auslösen des Blitzlichtes mittels Drehregler geändert werden kann. Damit der Wert des Potimeters kontrolliert werden kann, habe ich ein kleines 16*2 Display eingebaut, auf dem der eingestellte Wert angezeigt wird.

Schlussendlich wurde die komplette Schaltung fix auf eine Platine gelötet und die fertige Schaltung sauber in eine diskrete Box verstaut. Mit den zweiten Potimetern ist es nun möglich einen oder zwei Tropfen zu starten. Wenn der zweite Tropfen im richtigen Moment auf den ersten Tropfen fällt, ergeben sich unglaubliche Effekte.

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