Edwin Broeks Photography

Welkom op mijn foto site

Waterdruppels

Fotograferen van “Waterdruppels”, hoe doe je dat?

Hoeveel manieren zijn er om Waterdruppels te fotograferen?
Genoeg, dat is zeker, maar welke past het beste bij jou, dat is de vraag.
Of je het nu handmatig doet of automatisch dat maakt niet uit, want het gaat tenslotte om het resultaat.
Na vele uren handmatige bedienen, uiteindelijk gekozen voor een automatische oplossing.

Waarom een automatisch systeem?

In de begin dagen dat ik waterdruppels ging fotograferen, met een draadontspanner, heb ik gebruik gemaakt van de ingebouwde flitser.
Dat bleek al snel niet de beste keuze te zijn gezien de resultaten die ik ermee haalde.
Maar waarom niet?
Omdat de hoeveelheid flitslicht te gering is om ook maar enigszins een plaatje te krijgen die je leuk zult vinden.
Ik heb toen een top flitser aangeschaft en ben die gaan gebruiken om zodoende betere foto’s te kunnen maken want de flitskracht is vele malen krachtiger.
Maar de uitkomst waren foto’s met een hoog geluk gehalte omdat je precies op het juiste moment moet drukken om een foto te maken.
Afhankelijk van de valhoogte van de druppels (in dit voorbeeld 50cm) moet je drukken tussen de 0.3 en 0.4 seconde, je hebt dus 0.1 seconde om te drukken.
Laat staan dat je op tijd drukt.
Door het hoge geluk gehalte, was ik niet in staat om fatsoenlijke foto’s te maken.
Ten tweede was het moeilijk om de instellingen goed te krijgen omdat het vele foto’s kostte om uiteindelijk resultaat te zien.
Maar hoe wordt de foto eigenlijk gemaakt?

maakt de camera of de flitser de foto?

De camera legt alleen licht vast, dus de flitser maakt de foto en niet de camera.
Wat kunnen we met die wijsheid?
Om waterdruppels “scherp” te krijgen heb je een aantal aspecten waarmee je rekening dient te houden:
– Snelheid van de waterdruppel
– Scherpte diepte
– Hoeveelheid licht
– Gevoeligheid van de camera

De snelheid van een waterdruppel is na een val van 50 cm ongeveer 3 m/s wat best snel is dus een korte flits is gewenst.
Om de waterdruppel zo scherp mogelijk te krijgen moet het diafragma verkleind worden, dus een groter f-getal, wat inhoud dat er meer licht nodig is.
Hoe meer licht hoe beter maar dit mag niet door de omgeving worden afgegeven maar door de flitser. Houd het omgevingslicht minimaal om verstoring in de foto te voorkomen.
Een goede flitser zoals ik die gebruik kan flitsen tussen de 1/300 sec. en 1/30000 sec. waarbij 1/300 sec. volle flits sterkte is en 1/30000 sec. minimale flits sterkte is.
De gevoeligheid van de camera wordt nu enkel nog bepaald door de sluitertijd en de ISO. Door de ISO te verhogen is minder licht nodig maar komt er meer ruis in de foto.
Omdat de flitser de foto maakt heeft de sluitertijd geen invloed op de foto indien het omgevingslicht niet te sterk is.
Stel je hebt geen omgevingslicht dan kun je theoretisch je camera constant openzetten zonder de sensor te belichten. De sensor wordt pas belicht als de flitser afgaat.
Met bovenstaande kennis kunnen we nu aan de slag met het maken van het automatische systeem.

een automatisch systeem te maken

Het is niet makkelijk maar er zijn voldoende websites, zoals deze, waar je voldoende “gedetailleerde” informatie kunt vinden.
Met mijn achtergrond als electronica technicus en programmeur maken het voor mij makkelijker om het voor elkaar te krijgen.
Maar met enige kennis, het juiste gereedschap, doorzettingsvermogen en een dosis gezond verstand kun je ver komen.
De uitleg van de opstelling, de gebruikte apparatuur en de instellingen worden hieronder beschreven. Ten eerste zijn er vele manieren om “Waterdruppels” te fotograferen met geautomatiseerde systemen zoals:
– Geluid gestuurd
– Druppelklep gestuurd
– Sensor gestuurd

Omdat ik geen druppelkleppen heb en omdat ik geluid detectie te instabiel vind, heb ik voor de laatste optie gekozen “Sensor gestuurd”.
Ik gebruik een lichtsluis, opgebouwd met een laser, om de waterdruppel te detecteren waarna een electronisch apparaat de camera en de flitser aanstuurt.
Het electronische aanstuur apparaat wordt verderop in dit verhaal uitvoerig beschreven. In de basis is de opstelling eenvoudig van aard en bestaat uit een steun met het druppel systeem, een laser lichtsluis, en natuurlijk een bak met water om de waterdruppels in op te vangen.

Opstelling:

Zoals de afbeelding laat zien heb ik ervoor gekozen om zowel de flitser als de camera aan dezelfde zijde te plaatsen.
Dit is gedaan om meer controle te hebben over het gebruik van de kleuren in de foto’s.
Wanneer de flitser afgaat zal het licht weerkaatsen tegen de achtergrond en via het wateroppervlak door de camera worden opgevangen.
Hierdoor kan ik elke variant van kleuren toepassen maar deze opstelling zorgt er wel voor dat de flitser harder moet flitsen vanwege de afstand.

Welke electronische stuur apparaten zijn er?

Er zijn stuur apparaten in overvloed. Van complete sets tot zelfbouw apparaten.
Een complete set is over het algemeen vrij prijzig en beperkt zich qua functionaliteit. Meestal zijn deze apparaten geschikt voor maar 1 doel.
Vanwege de prijs en beperkingen ben ik op zoek gegaan naar een eenvoudig apparaat, welke makkelijk is aan te sluiten en breed inzetbaar is.
Zo wil ik diverse type sensoren kunnen toepassen, timers kunnen gebruiken en bovenal apparaten kunnen aansturen zoals de camera, de flitser en andere apparaten zoals bijvoorbeeld kleppen.
Uit mijn zoektocht zijn twee apparaten naar voren gekomen die voldoen aan mijn wensen:
– Raspberry Pi
– Arduino

Een nader onderzoek heeft uitgewezen dat de Arduino voor mij een betere keuze is.
Elke gewenste informatie kan op het internet gevonden worden over de Arduino, zie arduino.cc (open in een nieuw venster of tab).
Het neemt niet weg dat je jezelf zult moeten verdiepen in de materie om alles tot een succesvol einde te krijgen.
Hieronder twee afbeeldingen van de Arduino Uno en de Arduino Leonardo in de uitvoering zoals ik deze gebruik:

Opbouw van het schema

Om het schema uit te kunnen werken heb je een programma nodig van waaruit je gaat werken.
Ik ben begonnen met het opzetten van het programma waarbij ik geïnspireerd werd door de informatie van M. van den Burg.
Schema technisch heb ik het systeem van M van den Burg als basis genomen.
Het idee van de door M van den Burg gebruikte code is als basis gebruikt maar de code is herschreven omdat deze niet accuraat genoeg is voor mijn project.
Ervan uitgaande dat het druppelsysteem om de x tijd een druppel laat vallen en gedetecteerd wordt door een laser lichtsluis en na een bepaalde tijd een foto maakt. Het programma zelf is vrij eenvoudig:
– Zet het systeem op scherp voor iedere foto
– Als de laser lichtsluis wordt onderbroken activeer de sluiter van de camera en start een instelbare timer
– Wanneer de timer de ingestelde waarde heeft bereikt laat dan de flitser afgaan
– Breng alles weer naar de begin stand

Aan de hand van bovenstaande heb ik een opzet gemaakt voor het aansluitschema welke er als volgt uitziet:

LET OP!! De aansturing voor camera en flitser zijn NIET voor de oude generatie apparaten!

LASER1 en PD1 vormen samen de laser lichtsluis. LASER1 is een eenvoudige laserpointer die overal te koop is voor slechts een paar euro.
Ik heb de laserpointer aangepast zodat deze gestuurd kan worden door de Arduino. Hierbij is de bedienknop van de laserpointer overbrugt.
Om het laserlicht te kunnen detecteren, moet je de juiste fotodiode, of fototransistor of LDR gebruiken.
Omdat de LDR “traag” is heb ik gekozen voor een fotodiode maar een fototransistor had ook gekunt. De camera en flitser worden op eenvoudige wijze rechtstreeks aangestuurd door een optocoupler.
Omdat de camera in dit project op handmatige focus staat is er slechts 1 opto nodig om de camera te bedienen en dat is voor de sluiter. Zoals het schema laat zien bestaat het hele systeem uit slechts een paar componenten.
Het gaat in deze dan ook om het hart van het systeem, de Arduino Uno.
Tussen de Arduino Uno en Arduino Leonardo bestaat aan de buitenzijde bijna geen verschil.
Zo zijn de gebrukte aansluitingen van de Arduino Uno exact hetzelfde als die van de Arduino Leonardo.
Maar……….
Helaas zijn de beide apparaten onder de motorkap totaal verschillend.
Wanneer je de basis commando’s gebruikt dan zijn de apparaten enigszins uitwisselbaar maar met de code die ik heb toegepast NIET.
Dus………..Hieronder een kleine technische uitleg voor de geïnteresseerden en nieuwsgierigen onder ons:

Ik zal de details besparen waarin de beide apparaten van elkaar verschillen. maar ik kan wel aangeven waarom het met mijn code niet kan.
De code die ik geschreven heb maakt gebruik van directe poortsturingen, en bij beide apparaten zijn de poorten anders ingericht.
Directe poortsuringen zijn vele malen sneller (min 10x) dan de basis commando’s en bij waterdruppel fotografie is snelheid essentieel.
Aansturen van de flitser met een basis commando duurt 116 micro seconde, en met een directe poortsturing slecht 0,8 micro seconde.
Is 116 micro seconde niet snel genoeg? Jazeker, maar als je meerdere poorten moet sturen dan loopt het hard op, en kom je snel op een 0,5 milli seconde.
Een 0,5 milli seconde kan het verschil zijn tussen een gelukte of mislukte foto.
Want na een val van 50 cm legt een waterdruppel in 0,5 milli seconde 1,5 mm af. Dat lijkt niet veel maar een druppel is slechts 3 à 4 millimeter groot. De code die ik geschreven heb is dus snel maar alle commando’s die gebruikt worden hebben tijd nodig om uitgevoerd te worden.
Soms is die tijd onvoorspelbaar en dat kwam het fotograferen niet ten goede.
Daarom zit er een oplossing in de code die ervoor zorgt dat eventuele misstappen worden opgevangen in de code.
Hiervoor maak ik gebruik van een tijdcorrectie systeem.
Ieder keer dat het programma aan de “loop” begint, leg ik de tijd vast.
Wordt de straal onderbroken dan zal de code ten uitvoer worden gebracht en na het wachten van de ingestelde tijd zal de tijdcorrectie worden toegepast.
De tijdcorrectie wordt berekent aan de hand van het tijdstip voor de correctie minus het tijdstip aanvang “loop”.
Door 1 wachtcycli te gebruiken en daar de tijdcorrectie vanaf te halen, behaal ik een hele hoge nauwkeurigheid met een marge van 8 micro seconden.Voorbeeld waarbij de code 0,3 milli seconde nodig heeft om tot de wachtcyclus te komen:
Ingestelde Wachttijd = 20 milli seconden (20 wachtcycli)
Laserstraal wordt onderbroken op tijdstip Startloop (= 0)
Codetijd = 0,3 milli seconde
Correctietijd = 1 wachtcyclus – (NU – Startloop) = 1 – (0,3 – 0) = 0,7 milli seconde
Wachttijd = 19 x 1 milli seconde
Totale wachttijd is nu = Codetijd + Correctietijd + Wachttijd = 0,3 + 0,7 + 19 = 20 milli seconden

Programma Code voor de Arduino Uno is te hier te bekijken of vrij te downloaden.
Toon de code in een nieuw venster of nieuw tabblad.
Download de code.

LET OP!! De gebruikte Software is enkel voor de Arduino Uno en is NIET uitwisselbaar met de Arduino Leonardo

De instellingen welke ik gebruik zijn als volgt:

– Camera in bulb mode of op 1/10 sec.
– ISO op 200 – 800 (met een APS-C sensor krijg je snel last van ruis)
– Diafragma op 10 – 14
– Flitser kracht op 1/64 – 1/32
– Flitser zoom op 50mm

Hieronder een paar opvolgende voorbeelden van de accuratesse van de hard- en software.

Waterdruppel op een bepaalde hoogte:

Waterkolom na val waterdruppel:

Ik hoop dat je met het bovenstaande verhaal aan de slag kunt met het fotograferen van waterdruppels.
In het begin denk je regelmatig, ik stop ermee want het lukt mij echt niet.
Maar hou vol want de aanhouder wint en het is niet meer dan de juiste instellingen zien te vinden.
Wat ik zeker niet mag vergeten te vertellen is dat je de mooiste foto zeker moet nabewerken want spetters wil je niet op de foto, en verscherpen doet een hoop.
Als beloning voor het lezen van bovenstaand verhaal laat ik hieronder een paar voorbeelden zien van het resultaat in een basis kwaliteit:

Veel plezier met het fotograferen van de waterdruppels.

© 2019 Edwin Broeks Photography

Theme designed by Anders Norén

Translate with Google »