Hacks für die Digitale Fotografie E-Book

Peter Recktenwald

• Herausgeber: O'Reilly
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2014

Seitenzahl: 337

Beschreibung

Wollte der ambitionierte digitale Fotoamateur vor wenigen Jahren seine Aufnahmemöglichkeiten professionell verbessern, musste er tief in die Tasche greifen, um halbwegs taugliche Lösungen zu erstehen. Dies hat sich grundlegend geändert, seitdem mit dem Arduino und dem Raspberry Pi Entwicklungsplattformen geschaffen wurden, die auch im professionellen Umfeld genutzt werden können. "Hacks für digitale Fotografie" wendet sich an den ambitionierten Fotoamateur, der für kleines Geld professionelle Lösungen selbst bauen möchte. Der erfahrene Fotograf und Elektroniktüftler Peter Recktenwald führt in seinem Buch über 50 detaillierte Hacks zu Hochgeschwindigkeits- und Zeitrafferfotografie, Lichtschrankenbau, Schall- und Lichtsensoren, Tropfenfotografie, Motorensteuerung und Kamerafernsteuerung auf, alle ausgestattet mit elektronischen Schaltplänen, Detailfotos und Bauanleitungen in Farbe.

Leseprobe

Hacks für die Digitale Fotografie

PeterRecktenwald

Im Gedenken an meine Eltern.

Vorwort

Im August letzten Jahres (2013) erhielt ich eine E-Mail von Volker Bombien, Lektor des O’Reilly Verlages. Ob ich nicht Lust hätte, mit ihm über ein Buchprojekt zum Thema „Arduino und Digitalfotografie” zu plaudern. Damit fing alles an, aber es war noch ein langer Weg und es brauchte schon eine gehörige Portion Überzeugungsarbeit, um mich dazu zu bringen dieses Buch zu schreiben, das Sie heute in den Händen halten. Letztendlich ließ ich mich doch breitschlagen und schnell änderte sich meine anfängliche Skepsis in Begeisterung. Wie so oft im Leben und erst recht beim Schreiben dieses Buches wuchsen kleine Dinge schnell zu großen Themen heran. So geschehen beim Foto Controller; der sich mit der Zeit zu einem wahren Mammutprojekt entwickelte und zum Schluss gleich mehrere Kapitel des Buchs in Anspruch nahm. Das war zwar anfangs so nicht geplant, aber letztendlich wurde daraus der rote Faden, der sich durch das Buch zieht.

Ich wünsche viel Spaß beim Nachbau der Projekte und hoffe das damit viele interessante Fotos entstehen. Wer möchte kann seine Fotos mit anderen in den sozialen Medien teilen oder darüber diskutieren. Aus diesem Grund habe ich verschiedene Gruppen eingerichtet:

Flickr Gruppe „DigitalfotografieHacks“

Google+ „DigitalfotografieHacks“

Twitter Hashtag #DigitalFotografieHacks

Peter Recktenwald

Berlin, im September 2014

Danksagung

Besonderen Dank geht an meinen Lektor, Volker Bombien, für die tatkräftige Unterstützung bei der Umsetzung des Buches. Er hatte immer ein offenes Ohr für meine Problemchen und fand stets für alles eine Lösung.

Ebenso geht ein großes Dankeschön an die Korrektorin Tanja Feder, die mein Yoda-Sprech in eine lesbare Form gebracht hat.

Meiner Familie danke ich für die Unterstützung und das Verständnis, dass ich mich für recht lange Zeit in mein Kämmerlein zurückgezogen habe und kaum noch Zeit für sie hatte.

Meinen Beta-Lesern, Freunden und Kollegen, die mir mir Rat und Tat zur Seite standen, möchte ich auch auf diese Weise meinen Dank aussprechen.

Kapitel 1. Basic Hacks

Dies ist ein etwas anderes Fotografiehandbuch. Eigentlich handelt es sich gar nicht um ein solches im eigentlichen Sinne. Es geht weder darum zu zeigen, wie man bessere Fotos schießt oder wie man seine Technik als Fotograf verbessert, noch darum, welches Equipment für die Fotografie erforderlich ist. Vielmehr richtet sich dieses Buch an Fotografen, die gerne auch mal experimentieren oder selber etwas basteln, oder an Bastler, die nebenbei auch noch fotografieren. Sicher kennt jeder die faszinierenden Bilder der Tropfenfotografie. Auch mich hat es da sofort gepackt: Wie macht man solche Fotos? Das will ich auch können!

Die Bastler- oder Maker‐Szene, wie sie jetzt neudeutsch heißt, hat in den letzten Jahren einen bedeutenden Aufschwung erlebt. Durch preiswerte Boards wie Arduino und Raspberry Pi sowie zahlreiche Anleitungen im Internet können heutzutage auch technische Laien etwas nachbauen, ohne dass sie unbedingt alle Details verstehen müssen. Aber was ist, wenn eine Schaltung oder ein Programm für bestimmte Zwecke geändert werden muss? Wenn das hierfür erforderliche Wissen fehlt, ist man in solchen Fällen tatsächlich aufgeschmissen. Das vorliegende Buch soll hier eine Hilfestellung bieten, indem ein entsprechendes Grundwissen vermittelt wird und die Schaltungen und Programme in ihrer Funktion erläutert werden.

Bei den im Buch abgedruckten Quellcodes handelt es sich meistens nur um Auszüge und keine kompletten Programme. Der komplette Programm Code steht auf der Website zu diesem Buch zum Download bereit, ebenso wie die Hardware‐Layouts der vorgestellten Schaltungen. Allzu tief in die Materie Elektronik und Programmierung möchte ich in diesem Buch allerdings nicht eintauchen, denn man kann nicht immer qbei Adam und Eva beginnen. Auf weiterführende Links wird an entsprechender Stelle im Buch hingewiesen.

Alle Hacks dieses Buches sind in die Schwierigkeitsgrade leicht, mittel und schwierig eingeteilt. Dies erkennen Sie an den Ampelfarben der Hack-Icons, wobei grün für einen leicht zu verstehenden Hack steht.

Elektronik für Dummys

Ohne ein wenig Grundwissen geht es leider nicht. Beginnen wir mit der Elektronik und kratzen ein wenig an der Oberfläche. Es geht doch nichts über eine gute Portion gesunden Halbwissens.

Elektronische Größen und Einheiten

Strom, Spannung und Widerstand sind die elementaren Größen der Elektrotechnik. Das Ohmschen Gesetz ist vielleicht dem einen oder anderen bekannt. Danach verhält sich der Spannungsabfall über einem Widerstand proportional zum Strom. Der elektrische Widerstand hat das Formelzeichen R und die Maßeinheit Ohm. Es handelt sich dabei um die Spannung, die erforderlich ist, um eine bestimmte Stromstärke durch einen Leiter zu schicken.

Aus diesem Grundsatz ergeben sich zwei weitere Formeln zur Berechnung der Spannung und des Stroms. Der elektrische Strom hat das Formelzeichen I (lateinisch influare) und die Maßeinheit Ampere, kurz A. Als elektrischer Strom wird die Bewegung von elektrischen Ladungen bezeichnet, dazu gehören z. B. die freien Elektronen in einem Metall.

Die elektrische Spannung hat das Formelzeichen U (lateinisch urgere) und die Maßeinheit Volt, kurz V. Unter elektrischer Spannung versteht man einen Potentialunterschied zwischen zwei Punkten. Häufig wird ein Bezugspunkt – die Masse bzw. der Minuspol der Spannungsquelle – definiert, um innerhalb einer Schaltung verschiedene Spannungen zu messen und vergleichen zu können.

Hilfreich für das Einprägen dieser drei Formeln ist das sogenannte URI‐Dreieck.

Abbildung 1.1 URI‐Dreieck

Das Zusammenwirken von Strom, Spannung und Widerstand lässt sich am besten anhand eines Wasserkreislaufs veranschaulichen. Der Strom entspricht dabei dem Wasser, die Spannung dem Wasserdruck und der Widerstand dem Durchmesser des Wasserrohrs. Je höher der Wasserdruck (Spannung) ist, desto mehr Wasser (Strom) fließt. Je dünner das Rohr ist (größerer Widerstand), desto weniger Wasser (Strom) kann durch das Rohr fließen.

Noch ein paar Anmerkungen zur Spannungsquelle, oder besser gesagt zur Energiequelle. Die Spannung kann man entweder vom E-Werk bzw. auf unser Wassermodell bezogen vom Wasserwerk beziehen. Die Spannung bzw. der Wasserdruck ist dabei konstant und wird vom Netzbetreiber vorgegeben. Die Spannung vom E-Werk muss allerdings noch gleichgerichtet werden, weil es sich ja um Wechselspannung handelt, aber das wollen wir hier vernachlässigen. Anders, wenn man eine mobile Energiequelle, sprich einen Akku oder eine Batterie verwendet. In unserem Wassermodell entspräche die Batterie einem Wasserbassin. Die Spannung wäre analog zur Wassertiefe des Bassins. Je tiefer der Wasserstand im Becken ist, desto höher die Spannung. Wenn nun Strom aus der Energiequelle entnommen bzw. Wasser aus dem Bassin gelassen wird, sinkt der Wasserspiegel bzw. die Spannung der Batterie. Übrigens spielt die Größe des Bassins für den Wasserdruck – sprich die Spannung – keine Rolle. Die Größe des Beckens entspricht dem Energieinhalt der Batterie, die entsprechende Maßeinheit lautet Amperestunde, kurz Ah. Je größer das Bassin bzw. der Energieinhalt, desto länger fließt das Wasser bzw. desto länger liefert die Batterie Strom.

Zum Wasserkreislauf bzw. zum Vergleich des elektrischen Stroms mit Wasser bliebe noch Folgendes anzumerken: Während Wasser der Schwerkraft folgend nur bergab fließt, gilt diese Einschränkung für Strom natürlich nicht. Auch die Annahme, dass der elektrische Strom von Pluspol zum Minuspol fließt, entspricht nicht ganz den Tatsachen, weil Elektronen nun einmal negativ geladen sind. Deshalb spricht man in diesem Zusammenhang auch von der technischen Stromrichtung.

Eine weitere elektrische Größe ist die elektrische Leistung. Die elektrische Leistung hat das Formelzeichen P (Power) und die Maßeinheit Watt, kurz W.

Elektronische Bauteile

Nachfolgend werden einige der wichtigsten elektronische Bauteile vorgestellt.

Passive Bauteile

Zu den passiven Elektronik Bauteilen zählen unter anderem Widerstände und Kondensatoren.

Bei einem Widerstand handelt es sich um ein passives Bauteil, das – wie der Name schon vermuten lässt – dem Strom einen Widerstand entgegensetzt. Eingesetzt werden Widerstände zur Strombegrenzung (Vorwiderstand bei LEDs) und als Spannungsteiler, um definierte Pegel einstellen (Pullup- und Pulldown‐Widerstände). Die Kenngröße Widerstand, kurz R (Resistor), wird in der Maßeinheit Ohm angegeben.

Die folgende Abbildung zeigt zwei Arten von Widerständen, einen Festwiderstand und einen variablen Widerstand, oder besser ausgedrückt einen Widerstand mit variablem Mittenabgriff, auch Potentiometer oder Trimmer genannt. Rechts daneben befinden sich die entsprechenden Schaltbilder, oben die in Europa übliche DIN‐Darstellung, darunter die amerikanische Version nach ANSI.

Abbildung 1.2 Widerstände

Es gibt noch einige weitere Bauelemente, die sich in die Rubrik Widerstand einordnen lassen und deren Widerstand sich unter bestimmten Umständen ändern kann. Dazu zählt der LDR (Light Dependent Resistor), dessen Widerstand von der Umgebungshelligkeit abhängig ist. Dann gibt es Bauteile, deren Widerstand von der Temperatur abhängig ist. Sie werden als PTC und NTC bezeichnet. Beim PTC (Positive Temperatur Coefficient) oder Kaltleiter steigt der Widerstand mit steigender Temperatur, beim NTC (Negative Temperature Coefficient) oder Heißleiter sinkt er entsprechend.

Als Grundschaltungen für Widerstände sind die Reihenschaltung und die Parallelschaltung zu nennen. Bei der Reihenschaltung teilt sich die Spannung U über den Widerständen R1 und R2 auf, deshalb spricht man auch von Spannungsteiler.

Abbildung 1.3 Grundschaltungen für Widerstände

Bei der Parallelschaltung teilt sich der Gesamtstrom I auf die beiden Teilströme I1 und I2 auf.

Bei Kondensatoren handelt es sich um Ladungs- und Energiespeicher. Eingesetzt werden sie z. B. als Filter bei Störsignalen und zum Glätten von Spannungseinbrüchen. Auch zum kurzzeitigen Puffern der Versorgungsspannung werden sogenannte Superkondensatoren (Gold‐Caps) verwendet. Die wichtigste Kenngröße von Kondensatoren ist die Kapazität, kurz (Capacity) genannt. Die Maßeinheit für die Kapazität ist das Farad, F. Da es sich bei einem Farad um eine recht große Kapazität handelt, weisen gängige Kondensatoren Kapazitäten auf, die im Bereich von µF (microFarad 10 F) bis pF (picoFarad 10 F) liegen.