Bauen Sie Ihre eigene digitale Lochkamera

Jun 17, 2023

Mein Zuhause von Port Townsend in Washington ist eine Gemeinde voller Künstler und Künstler. Aufrufe zur Teilnahme an lokalen kulturellen Aktivitäten sind keine Seltenheit, aber als ich einen für einen Lochkamera-Fotowettbewerb sah, fiel er mir auf. Ich hatte vor vielen Jahren mit Lochkameras herumgespielt und fragte mich, ob die elektrotechnischen Fähigkeiten, die ich seitdem gesammelt hatte, genutzt werden könnten, um die traditionelle Lochkamera zu verbessern und gleichzeitig ihre einzigartigen Eigenschaften beizubehalten. Könnte ich eine digitale Lochkamera bauen?

Optisch gesehen haben Pinholes einige überzeugende Eigenschaften, mit denen Objektive nicht mithalten können. Zum einen verfügt eine Lochkamera über eine praktisch unendliche Schärfentiefe: Alles in ihrem Sichtfeld ist scharf, unabhängig davon, wie nah oder fern sich ein Objekt befindet. Und es gibt keine Verzerrungen, wie z. B. chromatische Aberration, die durch Linsen erzeugt werden. In den letzten Jahren ist das Interesse an der Lochkamerafotografie gestiegen, und eine Vielzahl von Kameras wurden kommerziell und auf internationalen Fotoveranstaltungen verkauft.

Der Nachteil besteht darin, dass sowohl handelsübliche als auch selbstgebaute Lochkameras Film oder Fotopapier verwenden. Die Kosten für den Kauf und die Entwicklung eines Films summieren sich schnell, und natürlich vergeht zwischen der Aufnahme eines Fotos und dem Betrachten des Ergebnisses eine lange Zeit. Am bedeutsamsten ist vielleicht, dass das Fotografieren mit einer Lochkamera auf Filmbasis lange Belichtungszeiten erfordert – typischerweise mehrere Sekunden selbst bei hellem Sonnenlicht – was die Gefahr erhöht, dass eine Aufnahme durch unerwünschte Bewegung ruiniert wird.

Der Rahmen und die Lochlinsenaufsätze bestehen aus lasergeschnittenen Holzstücken. Diese enthalten die Mikrocontrollerplatine [Mitte], den Bildsensor und den Mikroschalter, der als Verschlusssteuerung fungiert [oben in der Mitte].James Provost

Meine Vermutung war, dass der Einsatz eines digitalen Sensors diese beiden Probleme lösen würde. Ich hatte von einem früheren Projekt ein ESP32-Cam-Board für 10 US-Dollar übrig, von dem ich wusste, dass es perfekt für dieses Unterfangen sein würde. Das Board integriert den beliebten Wi-Fi-fähigen ESP32-Mikrocontroller mit einem microSD-Kartensockel, einer Anzeige-LED und einer Schnittstelle für eine Reihe kostengünstiger Bildsensoren. Ich habe ein OV2460-Kameramodul verwendet, das bei Verwendung mit der ESP32-CAM eine maximale Auflösung von 1.600 x 1.200 Pixel unterstützt. Ich habe das Objektiv des OV2460 entfernt, um den Bildsensor freizulegen.

Ich habe einen Mikroschalter an einen der Allzweck-Eingangs-/Ausgangspins der Platine angeschlossen und Firmware geschrieben, um den Schalter als Verschlusssteuerung zu verwenden und Bilder auf der microSD-Karte zu speichern. Außerdem habe ich die Anzeige-LED so programmiert, dass sie einige Fehlercodes ausblendet, falls etwas schiefgeht, beispielsweise beim Versuch, auf eine volle microSD-Karte zu schreiben. Das Schreiben dieses Klebercodes dauerte dank der großen Anzahl an Softwarebibliotheken, die für die ESP32-CAM verfügbar sind, nicht lange.

Ich habe mit meinem Glowforge-Laserschneider eine Holzkiste für den Sensor, die ESP32-CAM-Platine und den Verschlussschalter hergestellt. Die entscheidende Lochblende lässt sich abnehmen, so dass ich die Brennweite – und damit das Sichtfeld der Kamera – durch den Austausch verschiedener Baugruppen anpassen kann. Dies bringt die Flexibilität abnehmbarer Objektive in die Lochkamerafotografie – ein weiterer schöner Bonus!

Allerdings gibt es nichts umsonst. Pinholes variieren in der Größe, und der Nachteil all dieser digitalen Vorteile besteht darin, dass man ein Kameraloch mit einem kleineren Durchmesser herstellen muss, als dies bei einer herkömmlichen Lochkamera möglich ist. Dies liegt daran, dass der Sensor viel kleiner ist als ein Filmrahmen: 4 Millimeter breit beim Sensor gegenüber beispielsweise 35 oder 120 mm beim Film. Um sicherzustellen, dass das gesamte durch die Lochblende erzeugte Bild auf die Sensoroberfläche fällt, muss sich der Sensor daher viel näher an der Lochblende befinden als bei einem Film. Wenn man die für diese Anordnung benötigte Optik berechnet, ergibt sich ein kleineres Loch.

Wenn ich diese Kamera in Massenproduktion herstellen würde, wäre das Verfahren der Wahl chemisches Ätzen. Sobald Sie alle Parameter eingegeben haben, können Sie den ganzen Tag über präzise sehr kleine Löcher bohren. Aber der Zeit- und Arbeitsaufwand, der mit der Einrichtung eines Ätzprozesses verbunden war, führte dazu, dass ich einen anderen Weg finden wollte.

Meine erste Lösung bestand darin, ein dünnes Stück Messing zu besorgen und mit einem Körner eine Delle hineinzuschneiden. Dann habe ich das Messing von der anderen Seite abgeschliffen, bis ich gerade bis zur Delle durchgebrochen bin. Dadurch entstand ein hübsches kleines Loch, aber es war eine Menge Arbeit, und ich wusste, dass ich beim Testen der Kamera ein paar Nadellöcher zur Hand haben wollte.

Nicht alle Pinholes sind gleich. Herkömmliche Lochkameras haben aufgrund der Größe eines Filmbildes relativ lange Brennweiten, wodurch größere und einfacher herzustellende Lochkameras möglich sind. Da digitale Sensoren viel kleiner sind, ist eine kürzere Brennweite erforderlich, was wiederum eine viel kleinere Lochblende erfordert.James Provost

Also kehrte ich zu den Grundlagen zurück und versuchte, etwas Aluminiumfolie zu dehnen und sie mit einer Nadel zu durchstechen. Normalerweise würde dies zu einem viel zu großen Loch führen. Ich stellte jedoch fest, dass, wenn ich die Folie auf die Kunststoffoberfläche meiner Werkbank legte und die Nadel vorsichtig in die Folie drückte, der Kunststoff nur die Spitze der Nadel in die Folie eindringen ließ. Obwohl diese Methode nicht besonders zuverlässig ist, kann ich schnell viele Nadellöcher herstellen und diese überprüfen, um diejenigen mit dem idealen Durchmesser zu finden.

Dann war es an der Zeit, die Kamera auszuprobieren, also ging ich mit ihr zu einem örtlichen Leuchtturm und schloss eine Batterie an. Durch die Empfindlichkeit des Bildsensors beträgt die erforderliche Belichtungszeit nur den Bruchteil einer Sekunde und ich konnte meine Fotos von der microSD-Karte herunterladen und direkt am Ufer überprüfen. Dennoch behielten die Fotos den leuchtenden Look bei, der für die traditionelle Lochkamerafotografie charakteristisch ist. Erfolg!

Eine offensichtliche Verbesserung wäre es, die Innenseite der austauschbaren optischen Baugruppen mit etwas mattschwarzem Material zu beschichten, da interne Reflexionen meinen Fotos etwas Unschärfe verleihen. Eine andere Möglichkeit wäre, einen LCD-Bildschirm hinzuzufügen, damit Sie in Echtzeit genau sehen können, was die Kamera sieht – der ESP32-Controller verfügt über mehr als genug freie Rechenleistung, um ein kleines Display anzutreiben.

In der Zwischenzeit warte ich immer noch darauf, zu hören, wie ich bei diesem Fotowettbewerb abgeschnitten habe!