Time-lapse kameramozgató rendszer

A time-lapse felvételek készítéséhez többféle technika létezik. A leginkább elterjedt eljárás az, amikor egy kamerát valamilyen kötött pályás rendszeren mozgatnak oly módon, hogy közben a céltárgyról több felvételt készítenek, melyeket videóvá fűzve különleges alkotások készíthetőek. A szerkezet két fő részből áll, egyik maga a mechanika, ami állványra szerelve biztosít egy egyenes pályát, valamint egy a pályán mozgatható kamerarögzítő talpat. A mozgatást ennél a projektnél egy kefés DC motor végzi. A másik fontosabb egység pedig maga az elektronikai vezérlőegység, ami lehetővé teszi a megfelelő sebességű mozgást, pontos pozicionálást valósít meg, illetve távkioldó segítségével kellő időpillanatban exponáltatja a rendszerre kapcsolt kamerát.

A vezérlőegység feladata

Az elektronikai vezérlés feladata egy digitális kamera, illetve fényképezőgép mozgatása, megállítása egy rögzített egyenes pályán kellő sebességgel és időzítésekkel. A kezdeti elgondolás szerint időalapon történt volna a motor vezérlése, de az első verzió elkészültét követően máris változott a terv és útmérő került a rendszerbe, mivel az időalapon történő vezérlés csak ideális feltételek megléte mellett működött jól. Beépítésre került egy inkrementális enkóder, melynek segítségével mérhető a megtett út, ezáltal a terheléstől és elhelyezéstől függetlenül a megtett távolság mindig annyi, amennyinek lennie kell. A működés alapja tehát a pontos útmérés és pontos pozicionálás lett. Az útérés további előnye, hogy általa lehetőség nyílt sebességmérésre, valamint szabályozásra, beállításra is.

A motor planetáris hajtóművel van felszerelve, így érhető el, hogy a rendszer megfelelő sebességgel, szép lassan tudja mozgatni a kamerát. A hajtómű a egy bordáskereket forgat, mely egy bordásszíj segítségével közvetíti a mozgást a kameramozgató kocsi felé. A pálya teljes hossza 900mm, ebből a hasznos hossz 850mm.

Funkciók

A vezérlés eredeti elgondolás szerint csupán time-lapse felvételek készítéséhez lett kitalálva, ám a fejlesztés közben, ahogy lehetőség nyílt az új megoldásokkal új funkciók beépítésére, képességei folyamatosan bővültek. A végeredmény az lett, hogy a vezérlőegységben már eleve kétféle működési mód került kialakításra. Egyik a képsorozat készítő mód, másik pedig egy videós mód. A két funkció között lényegi különbség van, mely alább részletesen ismertetésre kerül.

Time-lapse slider

Time-lapse mód

A sorozatkép készítő mód az eredeti time-lapse funkciót valósítja meg. Automatikusan működik, csupán két paraméter kell megadni a beállításánál. Az egyik a teljes pályahosszon készítendő képek száma, ami 1 és 400 darab között állítható be. A másik fontos paraméter pedig a képkészítés utáni várakozási idő. Ez 1-300 másodperc között konfigurálható. A képek mennyisége alapján a program kiszámolja azt, hogy a teljes hasznos út megtétele alatt mennyit szükséges mozgatni a kamerán ahhoz, hogy a teljes úton elkészíthető legyen a beállított mennyiségű felvétel. A program a 850mm-es hasznos pályahossz értékével számol és határozza meg a képenkénti mozgatások hosszát. Mikor a kamera pozíciója eléri a referenciaponttól mért 850mm-es távolságot, a folyamat leáll és a kijelzőn egy üzenet jelenik meg, jelezve a felhasználónak, hogy a program véget ért és a referenciapontba történő visszamozgatáshoz nyomjon meg egy gombot. Ekkor a motor visszamozgatja a kamerát a kiinduló állapotba, majd indítható a folyamat újra.

A mozgatási sebességet az vezérlés a megteendő út alapján számolja ki és állítja be, így a rövidebb távolságok megtételénél jóval lassabban mozog mint a nagyobb távolságra lévő pozíciók között. Ennek köszönhetően a rövid mozgásoknál a pozícióba állás pontosabban és finomabban történik meg. Az útmérő rendszer pontos sebességet is számol és ismeri a mozgás minden pillanatban aktuális sebességét is. Ennek köszönhetően a mozgás minden helyzetben egyenletes marad. Beprogramozott karakterisztika-görbe segítségével sikerült elérni, hogy a megállítás a célpozícióhoz érkezés előtt kellő mértékben lassulva történjen meg.

A várakozási idő a kamera megállítását követően kerül leszámlálásra minden egyes pozicionálást követően. Ez a funkció a képkészítés szempontjából lényeges, elektronikai és mechanikai okai nincsenek a hosszú szüneteknek. A pozícióba állítást követően viszont szükség van nagyjából 1 másodperc szünetre, míg a mechanikában keletkező rezgések lecsillapodnak és a kamera nyugalmi helyzetbe kerül. Ez rövidebb idő alatt is végbemegy, ha minden jól van felszerelve és rögzítve. Ezt követően a vezérlő kiadja a fókusz jelet a kamerának, majd 500ms időt követően az exponálás jelet is elküldi. Megrendelői kérésre beépítésre került egy HDR funkció is, melynek az exponálás során van jelentősége. Normál exponálás esetén a pozícióhoz érkezés után a készülék egy exponáló jelet küld a kamerának. HDR módban 3 exponáló jelet kap a kamera és gyakorlatilag 3 kép készül minden egyes pozícióban, így egy HDR képességekkel rendelkező kamera ezen funkciója is kihasználható a fotózásnál.

Videó mód

Videókészítő módban előre programozható a menüben 5 darab megállítási pozíció, ezekhez tartozó mozgatási sebesség és várakozási idő. Ezen mód használatával a pálya hosszúságában tetszőleges irányban és sebességgel teljesen automatizált módon végigmozgatható a kamera. A megadott pozícióknál megállva a rendszer végrehajtja az adott pozícióhoz tartozó várakoztatást, majd a kamerát elindítja az újabb pozíció felé. Videó módnál exponálás nem történik. A referenciapontról a "start" gomb lenyomása után indul folyamat. Bejárja az 5 beprogramozott pozíciót, majd a végén visszatér a referenciapontra. A program működése közben bármikor felfüggeszthető, majd folytatható tovább, vagy megszakítható a referencia pontba történő visszairányítással.

Az exponáló jel

A kamera irányítása rádiós jelátvitel segítségével lett kialakítva, mivel a mozgó egység és a fixen beszerelt vezérlőmodul nem köthető össze vezetékkel ergonómiai és esztétikai szempontból sem. Ebből kifolyólag a vezérlő fel lett szerelve egy nagyfrekvenciás rádióadóval, a kamerát rögzítő egység (mozgó talp) belsejében pedig egy lítium akkumulátorról működtetett vevőegység lett elhelyezve, mely veszi az adó jeleit és ennek megfelelően vezérli a kamerát a távkioldó csatlakozóján keresztül. Mivel ez a kis egység egyetlen 3,7V-os Li-ion celláról üzemel, így kiemelt szerepet kapott a kialakítása során az energiatakarékos működés. A kamerát a szabvány Canon távkioldóknál is használatos 2,5-ös 3 pólusú jack csatlakozóhoz lehet csatlakoztatni, így a rendszer nem igényel speciális kábelt a kamera vezérléséhez, a gyári távkioldó csatlakozókkal teljes mértékben kompatibilis. A távkioldó egység hangjelzéssel is jelzi, ha neki szóló exponáló jelet kapott. Mivel a rádió hatótávolsága viszonylag nagy, előfordulhat, hogy több kameramozgató rendszer egymás hatótávolságán belül esik és vezérlik egymás exponálóegységeit. Ennek kiküszöbölése céljából cím-adat párossal kommunikálnak az egységek egymással, így minden rendszer egyedi azonosítót sugároz, amit csak a saját vevője tud értelmezni.

Energiaellátás

A központi vezérlőegység a motor miatt egy 3 cellás, 4500mAh kapacitású Li-ion akkumulátorpakkról üzemel, mely nagy készenléti időt eredményez. A rádiós távkioldó akkumulátora egy 900mAh kapacitású, szintén Li-ion cella. A két egység saját töltőáramkörrel rendelkezik. A töltőbemenet úgy lett kialakítva, hogy a 3 cellás töltőhöz mellékelt tápegységgel a távkioldó akkumulátora is tölthető legyen, így egy rendszerhez elegendő egy tápegységet mellékelni. Az akkumulátoros üzem miatt a lehető legalacsonyabb energiafelhasználást kellett megcélozni, valamint a vezérlést el kellett látni az akkumulátor állapotának figyelésével foglalkozó programmal és kijelzéssel is.

Tervezés és kialakítás

A tervezés főbb szempontjai a következők voltak:

  • kompakt kivitel
  • kedvező ár
  • minőségi összeszerelés
  • megbízható működés
  • egyszerű kezelhetőség
  • könnyen beszerezhető és pótolható alkatrészek
  • továbbfejleszthetőség
  • energiatakarékos működés
  • költséghatékony gyárthatóság kis szériában

A fenti szempontok alapján a leginkább kézenfekvő megoldásnak a mikrokontrolleres kialakítás tűnt. A kezelőfelület és a bonyolult vezérlés, valamint a gyors útmérés nem is lett volna megoldható más módon a korábban meghatározott, viszonylag kicsi helyen. A mikrokontroller típusának megválasztásánál fontos szempont volt a teljesítmény, a legtöbb felhasználható tokon belülre integrált hardveres periféria, illetve egy fejlettebb utasításkészlet. A mikrokontroller szoftvere az időkritikus működés miatt assembly nyelven íródott.

Az útmérés inkrementális enkóderrel történik, melynek jeleit valós időben azonnal fel kell dolgozni. Ez a művelet a vezérlés fontos részét képezi és a pontos útmérés alapja a jól működő programnak. Mivel a kontrollernek az útmérés alatt egyéb más feladatokkal is kell foglalkoznia, nyilvánvaló volt, hogy kellően nagy sebességgel kell futtatni a programot ahhoz, hogy mindez hibátlanul működni tudjon. Cél volt továbbá a hardver minimális szintre történő csökkentése is. Ha már egy kellően nagy teljesítményű mikrovezérlővel lesz ellátva az egység, akkor minden más feladatot is célszerű, ha a kontroller végez, így az alkatrészek felhasználása minimálisra csökkenthető, miáltal az elektronikai modul mérete is csökken, illetve az előállítási költségek is kedvezőbben alakulnak.

Működés, beállíthatóság

A felhasználói paraméterezés legfontosabb eszköze egy jól áttekinthető és egyszerűen kezelhető menürendszer. Maga a készülék ugyan nem túl bonyolult, de egy 4x16 karakteres kijelzőn néhány gomb segítségével nem állítható be minden paramétere egyszerre. Ezért egy mini beállító menü lett létrehozva a beállítások kényelmes elvégzése végett. A sorozatkép készítőnek és a videós funkcióknak saját menüje van, tehát adott állásban csak az adott funkcióhoz tartozó paraméterek átállítása engedélyezett. Például sorozatkép készítő módban nem állítható be a sebesség, mert az automatikusan kerül meghatározásra, viszont beállítható a készítendő képek mennyisége és a képkészítések utáni várakozási idő.

A menübe az "enter" gomb segítségével lehet belépni, és a felfelé és lefelé mutató nyilak segítségével lehet navigálni, A kívánt paraméterre állva az "enter" gomb megnyomásával aktiválódik a szerkesztő mód, ami azt jelenti, hogy a nyilak funkciója megváltozik. Nem a menüben lépkedést végzik, hanem az adott paraméter csökkentését, ill. növelését lehet a nyilak segítségével elérni. A beállítást követően az "enter" gomb megnyomásával az új érték elmentődik az "enter" memóriába is. Ezzel automatikusan kikapcsol a szerkesztői mód és tovább lehet navigálni a következő paraméterhez. A menü bárhol elhagyható a "start/stop" gomb megnyomásával, az esetlegesen szerkesztett értékek így nem kerülnek mentésre. A beállítások mellett a menüben megtekinthető a pontos akkumulátor feszültségszint, illetve megtekinthető az aktuális firmware verziószáma is.

Az adott feladat készenléti helyzetből a "start/stop" gomb megnyomásával indítható el és addig tart, míg a mozgó egység a pálya végéhez nem érkezik. Innen gombnyomással mozgatható vissza a kiinduló helyre. Aktív folyamat bármikor megszakítható a "start/stop" gomb megnyomásával és a lefelé nyíllal visszamozgatható a kiindulási helyre. A megszakított folyamat a "start/stop" újabb megnyomásával folytatható tovább.

Néhány kép a vezérlőelektronikáról

Az alábbi két képen a vezérlőelektronika látható, mely a kijelzővel és az akkumulátorral együtt egy készülékházba került.

Time-lapse vezérlőmodul

Time-lapse vezérlőmodul

Itt pedig a rádiós exponáltató modul látható, mely a mozgó egységbe építve, saját akkumulátora segítségével vezeték nélkül képes a vezérlőegység által küldött exponáló jel fogadására és természetesen a kamera exponáltatására.

Time-lapse RF exponáltató

Time-lapse RF exponáltató

Működés közben a vezérlő.

Time-lapse kijelző

Érdekességként legyen itt néhány kép a fentebb bemutatott kameramozgató vezérlőelektronika egy korábbi verziójáról. Ebben még a vezeték nélküli kommunikáció infravörös jelekkel valósult meg, ami sajnos nem igazán volt előnyös olyan terepviszonyok esetén, amikor a napfény a vevő ablakára sütött, mert gyakorlatilag teljesen elvakította azt bármilyen fényszűrő alkalmazása esetén is, így a hatótávolság ebben a szélsőséges esetben még a slider pálya végéig sem ért el. Ezt váltotta a későbbi modellben alkalmazott RF megoldás, ami már stabil átvitelt biztosított. Látható, hogy az ekkori vezérlőmodulon még jóval ritkább a panelen lévő alkatrészek száma, továbbá a kijelző is fele akkora a végső eszközben lévőhöz képest.

Time-lapse korábbi vezérlő

Time-lapse infrás exponáló

Time-lapse infrás exponáló

Végezetül a legelső 1.0-ás kiadás. Innen indult az egész projekt 2012. végén, mire 2013. januárjában előállt a képen látható változat.

Time-lapse vezérlő első kiadás