مطالب زیادی در اینترنت پیدا می کنید که در مورد ساخت دوربین های فیلمی قدیمی باشد. ولی احتمالا برای ساخت سنسور دوربین چیز زیادی موجود نیست. اگر بخواهید، ماژول‌های آماده و با کیفیت بسیار زیادی از شرکت‌های متنوع در بازار وجود دارد. می توانید به راحتی یکی از این ماژول ها بخرید و دوربین خود را بسازید.(آن قدر ها هم راحت نیست… 🙂 )
قصد ما این بود که یک قدم جلوتر برویم و با قطعات پایه الکترونیکی خودمان سنسور را طراحی کنیم. این کار در همه بخش های طراحی و برنامه نویسی دست مان را باز می گذارد.
نویسنده اصلی این مقاله نام پروژه را DigiObscura گذاشته‌است که ما هم به رسم امانت داری آن را عینا ذکر می کنیم.
در ابتدا قصد داشتیم برای ساخت این دوربین از یک روزنه(دیافراگم) استفاده کنیم. ولی با توجه به نوع سنسور های مورد استفاده از یک لنز(عدسی) استفاده کردیم. ظاهرا نتیجه خوبی هم داشت.
این پروژه آنقدر ها هم ساده یا ارزان نیست. اگر شخص ماجراجویی هستید یا می‌خواهید از ساز و کار دوربین دیجیتال سر در بیاورید، جای درستی آمده‌اید.
برای این کار با چاپ پرینتر سه بعدی، لحیم کاری، برنامه نویسی آردوینو سر و کار داریم. دانستن اصول ابتدایی کار دوربین به شما کمک می کند.
قطعات
برد مدار چاپی میکروکنترلر(صفحه github یا صفحه PCBWAY)
برد مدارچاپی برای سنسور دوربین(صفحه github یا صفحه PCBWAY)
قطعات مورد نیاز برای برد سنسور و برد میکروکنترلر(BOM)
پیچ حرارتی M3 (رفرنس)
ذره بین شیشه ای
نمایشگر OLED (اختیاری)
SD Card
باتری 18650 (اختیاری)
چاپ سه بعدی بدنه
در صورتی که تاکنون بردها و قطعات را اماده کرده اید، نوبت چاپ قطعات بدنه است. نقشه ها را دانلود کنید. در صورت نیاز به تغییر می توانید فایل های اصلی را در گیت هاب پیدا کنید. چاپ قطعات کمی طول می کشد. این قطعات نیازی به استحکام خیلی بالا ندارند. لذا برای چاپ می توانید لایه ها را با ارتفاع ۰.۲ میلی متر و پرشدگی ۵ درصد انتخاب کنید.
دقت داشته باشید که شیارها و قسمت نصب شدن لنز در طراحی ما، صرفا برای یک لنز خاص جواب می دهد. ما از عدسی بیرونی لنز Canon 35-105 استفاده کرده ایم. می توانید این لنز های ارزان قیمت یا معیوب را پیدا کنید و از آن ها استفاده کنید. در غیر این صورت می توانید از یک عدسی و طراحی بدنه دیگر استفاده کنید.
مونتاژ برد سنسور تصویر
بیایید تا ابتدا به سراغ قسمت سخت کار برویم. این قسمت واقعا چالشی ترین قسمت کار است. سنسور دوربین ما از ۱۰۲۴ عدد سنسور کوچک نوری ساخته شده‌است. با توجه به این که ماشین مونتاژ شخصی ندارید(احتمالا) این لحیم کاری خیلی طول می کشد. برای من این کار به طور مداوم، حدود ۲.۵ ساعت طول کشید. البته من خودم را در این کار ماهر به حساب می آورم. (کار مونتاژ زیاد انجام داده‌ام) بنابراین اگر زیاد در لحیم کاری های ظریف مهارت ندارید، حتما اول حسابی تمرین کنید. من که گردن‌درد گرفتم. 🙂 اگر کمی بیشتر خرج‌کنید، می‌توانید سفارش مونتاژ بدهید و برد آماده تحویل بگیرید.(کار سختی نیست. سرچ کنید.)
اگر در مونتاژ این برد اشتباه کنید، عیب یابی آن خیلی سخت می شود.(تعداد بسیار زیاد اتصالات) هنگام لحیم کاری حواستان به جهت قطعه ها باشد.
مونتاژ برد میکروکنترلر
در مقایسه با برد سنسور تصویر، لحیم کاری این برد خیلی ساده تر است. اگر برای مونتاژ برد سنسور دوربین مشکلی نداشتید، این یکی مثل آب خوردن‌است. این برد قطعات زیادی ندارد. برای مونتاژ کردن قطعات ، شماتیک و فایل های برد را از KiCad دنبال کنید. زیاد طول نمی کشد. وقتی لحیم کردن قطعات روی سطح برد تمام شد، سراغ قطعاتی بروید که جای سوراخ دارند. هدر مربوط به برد تصویر، پشت این برد قرار می گیرد.(بر عکس قطعات روی سطح برد)
راه اندازی و برنامه نویسی میکروکنترلر
حالا میکرو کنترلر ما به یک بوت لودر نیاز دارد. می توانید یکی از این دو بوت لودر را انتخاب کنید. یا از قسمت برد های Adafruit گزینه Feather M0 را انتخاب کنید، یا این که SAMD Dev Breakout مربوط به Sparkfun را انتخاب کنید. هر دو به خوبی کار می کنند. به نظر من هر کدام که برایتان آشناتر است را انتخاب کنید.
برای این فرآیند اطلاعات خیلی مفصلی در سایت ها پیدا می کنید. من دیگر بیشتر از این توضیح نمی دهم.
جا زدن قطعه ها
احتمالا کار چاپ سه بعدی تان تا الان تمام شده‌است. متریال پرینت سه بعدی به نوعی است که قطعات برنجی داغ شده به راحتی در آن فرو می‌رود. با حوصله و دقت آن را صاف و درست در جای خود قرار دهید. ۴ عدد برای سنسور تصویر، ۴ عدد برای برد آردوینو و ۴ عدد برای جای لنز مورد نیاز است. البته برای هر برد ۲ پیچ هم کافی است. چون می توان گفت استرس زیادی روی هیچ کدام از این قطعات نیست.
سر هم کردن بدنه دوربین
تعداد قطعات بدنه آنقدر ها زیاد نیست. به ترتیب تصویر بالا دقت کنید. هر کجا لازم بود از پیچ M3 استفاده کنید. دکمه دوربین در سوراخ بالایی محفظه قرار می گیرد. این دکمه یا استفاده از اتصال JST به برد PCB آردوینو متصل می شود.
یافتن لنز مناسب
هدف ما در ابتدای مسیر ساخت یک دوربین روزنه ای بود. ولی چندان خوب کار نکرد. بنابراین من از عدسی لنز یک دوربین Canon 35-105 استفاده کردم. عدسی بیرونی لنز این دوربین یک ذره بین عادی است ولی اعوجاج کمتری در تصویر ایجاد می کند. اگر موفق به یافتن چنین دوربین و لنزی نشدید می‌توانید از یک ذره بین معمولی استفاده کنید. سعی کنید از عدسی با بزرگنمایی ۲ تا ۳ برابر استفاده کنید. در غیر این صورت فاصله مورد نیاز تا سنسور تصویر بسیار زیاد می شود. احتمالا بسته به کار خودتان مجبور می‌شوید تا فایل های طراحی بدنه را ویرایش کنید. در حین تغییرات حواستان به فاصله کانونی باشد. فاصله بین سنسور دوربین و عدسی باید در همین مقدار تنظیم شود.
برنامه ریزی و تست آردوینو
من در صفحه github دو کد متفاوت را بارگذاری کرده ام. هر دو به یک اندازه کارامد هستند ولی برای عیب یابی فایل Webcam مناسب تر است. بنابراین من پیشنهاد می کنم از این فایل استفاده کنید.
کد را در آردوینو آپلود کنید. الان موقع آن است که مطمئن شوید لحیم کاری درست انجام شده‌است. اگر قبلا این کار را نکرده اید، کد Processing را استفاده کنید. دو قسمت کد راه انداز داریم. یکی از کد ها در دوربین اجرا می شود و کد دیگر در کامپیوتر پردازش می شود.
وقتی کد فریمور را روی دوربین اپلود کردید، فایل Processing را باز کنید و برنامه را اجرا کنید. مطمئن شوید که پورت COM با شماره درست را انتخاب کرده اید. اگر قصد دارید دوربین را تست کنید، آن را به سمت یک جسم پر نور و با تضاد بالا(کنتراست) بگیرید. این که بدانید دوربین به سمت چه چیزی گرفته شده‌است، می‌تواند به شما کمک‌کند. اگر همه چیز به درستی کار کند، باید تصویر در برنامه تولید شود. در حین جریان تصویر‌برداری پیوسته دوربین، آن را حرکت ندهید.
دانلود فایل های این بخش(مربوط به webcam)
بارگذاری فریمور دوربین
اگر همه قسمت‌های دیگر سر جای خودش باشد، فریمور، در نهایت این جعبه پرینت‌شده پر از سیم و قطعات الکترونیکی را به یک دوربین دیجیتالی(با پایین ترین رزولوشن ممکن 🙂 ) تبدیل می‌کند.
فریمور دوربین دیجیتال را آپلود کنید. SD Card و باتری را قرار دهید. دوربین بدون قرار‌گرفتن SD Card کار نمی‌کند و این را روی صفحه نمایشگر OLED هم(در صورت وجود) نمایش می‌دهد.
دوربین شما آماده ثبت تصاویر جدید است.
دانلود فایل های این بخش (مربوط به camera)
راه‌اندازی دوربین
فکر می کنم تا اینجای کار، همه ما می دانیم که این یک آزمایش برای این است که سنسور و دوربین دیجیتال خود را بسازیم. پس قرار نیست با آن تصاویر فوق العاده ای بگیرید.
بگذارید تا رک بگویم… این که با دوربین دیجیتال خودتان عکس بگیرید، به خودی خودش یک شاهکار است، دیدن این حجم از جزئیات در تصویر دوربین برای من واقعا باورنکردنی بود. اگر در استفاده های عمومی رایج از دوربین استفاده کنید، نتیجه چندان رضایت بخش نخواهد بود. اگر می خواهید واقعا تصویر قابل قبولی ببینید، باید از یک چیز بزرگ و با کنتراست بالا استفاده کنید. در مواقعی که پس‌زمینه تاریک و صورت من روشن بود، عکس گرفتن از چهره خودم نتیجه مناسبی داشت.
خودتان هم سعی کنید در کارها کنجکاوی کنید و کدها را دستکاری کنید. لطفا و حتما کد آردوینو را تغییر دهید و سعی کنید نسخه بهتری از آن بسازید.
شما یک حرفه ای هستید!
اگر این پروژه را انجام داده‌اید و موفقیت آمیز بوده است… کار بزرگی کرده اید. تبریک می گویم.
برای مطالعه مطالب بیشتر ما را در اینستاگرام و مجله سایت دنبال کنید.