So erstellen Sie einen automatischen 35-mm-Filmscanner mit Arduino Nano und Python

Mar 09, 2024

Zu warten, während Flachbettscanner einen Farbnegativfilm scannen, ist kein Grund zur Aufregung. Dieser Vorgang und die anschließende Farbvorkorrektur können zwischen einer und zwei Stunden dauern.

Ein typisches Scan-Setup für eine Digitalkamera umfasst eine Digitalkamera, ein Stativ (oder einen Kopierständer) und einen Filmträger. Von den dreien ist meiner Meinung nach der Filmträger der seltenste Gegenstand. Glücklicherweise begannen Unternehmen wie Negative Supply mit der Herstellung dieser dringend benötigten Filmträger. Diese können aber auch ziemlich teuer sein. Glücklicherweise funktioniert jeder DIY-Filmträger aus Pappe, der einen ungeschnittenen 135-Format-Film (35 mm) über ein einfaches Schaftsystem schieben und ziehen kann, hervorragend. Mehr dazu später!

Ein bisschen Hintergrund. Gleich zu Beginn sollte ich sagen, dass ich nicht mit Negative Supply, Capture One oder Negative Lab Pro verbunden bin. Ich besitze ihre Produkte und verwende sie (vorerst) gerne. Zuvor nutzte ich zum Scannen von Filmen den ehrwürdigen Epson V600. Das war sehr schön, da ich damit meine eigenen Filme scannen konnte, aber die Geschwindigkeit war nicht ausreichend. Außerdem gefielen mir die Körner, die ich bekam, nicht ganz.

Allerdings sind meine Gründe, warum ich mich für dieses Projekt entschieden habe, vielfältiger. Es macht mir Spaß, die Film-Community und filmorientierte Unternehmen wie Negative Supply, Lomography und Negative Lab Pro zu unterstützen. Mir gefällt auch die Idee, die DIY-Community ein wenig auf diese Nischendomäne aufmerksam zu machen. Schließlich wollte ich auch unbedingt zum ersten Mal einen Mikrocontroller programmieren. Die Aufnahme dieses Projekts hat mir so viele Gedanken gemacht. Ich gebe zu, noch vor einem Monat konnte ich den Unterschied zwischen einem Arduino und einem Raspberry Pi nicht erkennen.

Nachdem ich mich zufällig für ein Arduino entschieden hatte, vor allem wegen seines Preises, musste ich ein Problem finden, das ich lösen konnte.

Das hat NICHT sehr lange gedauert! Zuerst habe ich mein UniRoller-Entwicklerproblem behoben, das auf die Verwendung eines JOBO Expert Tank 3010 zurückzuführen war. Und dann habe ich mich darauf konzentriert, meine Tomatenpflanzen bei meinen Wanderungen automatisch zu bewässern. Und mein letztes und aktuelles Projekt bestand darin, dieses Problem zu beheben, das ich beim Scannen von Filmen hatte. Dies gab mir auch den Vorwand, etwas Python-Programmierung zu üben.

Bis heute habe ich zwei separate Filmscanprogramme abgeschlossen. Einer ist in Python-Sprache geschrieben und der andere ist in C++ geschrieben (auch als Arduino-Skizze bezeichnet). Beide verwenden die gleiche Hardware, es gibt jedoch große Unterschiede in der Funktionsweise. Einer wird durch Python Computer Vision aktiviert und ist völlig autonom (automatische Positionierung, Bildaufnahme und Übergang zum nächsten Bild). Der andere mechanisiert lediglich den Filmablauf. Der Benutzer nimmt die notwendigen Korrekturen der Filmposition vor und nimmt dann das Bild mit den Controller-Tasten auf.

Um dieses Projekt zu implementieren, wären Kenntnisse in Python (C/C++ für Arduino) ideal, es ist jedoch nicht erforderlich, auf die Schaltfläche „Ausführen“ in einem Browser zu klicken, der Jupyter Notebook (in Anaconda) ausführt. Allerdings muss der Benutzer Python und 4-Bibliotheken herunterladen. Ich empfehle das Anaconda-Bundle wärmstens, da es sich um eine One-Shop-Lösung mit einer sehr umfangreichen Online-Community handelt.

Nach dieser Installation sind außerdem die Python-Bibliotheken Numpy, pyFirmata, SciPy und cv2 erforderlich. Sie können diese Python-Bibliotheken mit dem Anaconda-Navigator oder per PIP-Installation vom Terminal aus installieren. Das Internet ist übersät mit Anleitungen dazu. Allerdings habe ich die Jupyter-Weboberfläche zum Erstellen und Ausführen des Python-Codes verwendet. Diese Programme haben die Erweiterung ipynb. Am besten beginnen Sie jedoch mit der Installation der Arduino-IDE, da hier alles beginnt (Arduino-Skripte haben die Erweiterung .ino). Näheres hierzu erfahren Sie später.

Ok, kommen wir zum wirklich tollen Setup:

Sehen wir uns dieses Setup in Aktion an!

Modus 1: Nur Arduino und manuelle Korrektur der Position:

Modus 2: Automatische Korrektur mit Python:

Modus 3: Arduino plus Python in Aktion auf einem DIY-Filmträger aus Pappe:

Wenn Python und Automatisierung nicht Ihr Ding sind, Sie aber dennoch einen Schrittmotor zum Antrieb Ihres Films wünschen. Auf der Github-Website finden Sie auch eine spezielle Arduino-Skizze. Ich mag diesen Code, weil er extrem einfach zu verwenden ist und man nach dem Hochladen auf den Mikroprozessor mit der Arduino IDE-App nie mehr ein Computerskript sehen muss, außerdem ist er etwas schneller, was wirklich praktisch ist.

Hier werden die Mikrokorrekturen nach links und rechts über die entsprechenden Tasten (die beiden mittleren in Abbildung 5) vorgenommen. Die Taste ganz links ist der Auslöser und die Taste ganz rechts dient zum Weiterschalten zum nächsten Bild. Dieses Setup sollte auf Fujifilm- und Canon-Kameras funktionieren. Das liegt daran, dass das Auslöserkabel, das ich einmal besaß, von Canon stammte und ich versuchte, die daraus abgelesenen Spannungswerte nachzuahmen. Bitte beachten Sie, dass der Anschluss externer Schaltkreise an Ihre Kamera Risiken birgt. Bitte versuchen Sie diesen DIY-Aufbau auf eigenes Risiko.

Was macht ein Mikrocontroller?

Erstens heißt der hier verwendete Mikrocontroller Arduino Nano. Es gibt unzählige YouTube-Videos von Heimwerkern, die dieses Board verwenden. Ein Mikrocontroller ist im Wesentlichen ein integrierter Schaltkreis (ein Chip mit vielen, vielen diskreten elektrischen Komponenten), der eine diskrete Spannung (3,3 V oder 5 V) verwendet, um „Ja“ zu sagen (in Computersprache gleich 1, „Wahr“ usw.), oder 0 V, um zu sagen nein (0, Falsch usw.). Es gibt auch eine Grauzone dazwischen, in der es nicht gut ist, aber die Details kenne ich derzeit nicht. Die Kommunikation erfolgt über die seitlich angebrachten Pins.

Diese Pins können auch Spannungen lesen. Pins, die Einsen und Nullen lesen und schreiben, werden als digitale Pins bezeichnet und mit D bezeichnet. Einige der D-Pins können auch Impulse über die Zeit modulieren. Dies wird mit PWM oder ~ bezeichnet. Und einige Pins können analoge Signale lesen, die mit A gekennzeichnet sind. Dies sind keine Einsen oder Nullen. Sie lesen normalerweise einen Bereich von 0-1000 auf einem Arduino-Board ab, und so geben wir die gewünschte Geschwindigkeit des Schrittmotors ein. Die Pinbelegung der Mikrocontroller ist im Internet verfügbar. Achten Sie daher bei der Verkabelung Ihres Stromkreises bitte auf die Verkabelung. Schalten Sie Ihr Board während der Verkabelung außerdem nicht mit Strom ein.

Filmposition mit Python korrigieren.

Um die Position des Films zu korrigieren, benötigt Python Feedback. Hierzu nutzen wir die Video Capture Card HDMI to USB 1080p (Pos. 4).

Durch die perfekte Positionierung des Films auf dem Filmträger wird für jedes 35-mm-Bild die maximale Auflösung des Kamerasensors erreicht.

Wenn die maximale Auflösung mit einem guten Makroobjektiv kombiniert wird, kann das Betrachten der Körner eine wahre Freude sein. Um dies zu aktivieren, werden Kanten zwischen Bildern bestimmt und diese Informationen werden während der Korrekturphase verwendet. Das heißt, wenn wir einen 24-Megapixel-Sensor wie bei der Fujifilm X-T2 haben, werden unsere Scans fast 4000 x 6000 Pixel pro Bild haben. Um den Rahmen perfekt zu positionieren, benötigt unser Python-Programm lediglich eine Auflösung von 100p. Daher wird die 1080p-Videoaufnahme in Python verkleinert. Ein vollständiges 1080p-Videostreaming mit der Karte wäre jedoch eine hervorragende Webcam über Skype, Zoom usw.

Die aktuelle Version des Python-Programms funktioniert nicht mit Farbpositivfilmen.

Ich arbeite seit August letzten Jahres nur noch in Teilzeit an diesem Projekt. Ich hoffe, das Programm in naher Zukunft für Farbpositivfilmrollen aktualisieren zu können. Wenn ich das nächste Mal eine ungeschnittene Positivfilmrolle habe, werde ich mir ein Wochenende Zeit nehmen, um dies zu verwirklichen.

Dies ist ein Open-Source-Projekt, das der MIT-Open-Source-Lizenz unterliegt. Das bedeutet, dass die Verbreitung, Änderung und Nutzung kostenlos ist. Im Gegenzug könnte die Software zur Frame-Erkennung mit der Zeit durch neue und ausgefallene Algorithmen drastisch verbessert werden. Ich ermutige andere Python-Programmierer und Datenwissenschaftler nachdrücklich, das Projekt von meinem Github aus zu teilen und ihre Talente zu präsentieren.

Ich wollte, dass diese Seite von Leuten verstanden wird, die gerade erst ihre Reise in die Welt der Mikrocontroller beginnen. Wenn Sie also eine Frage oder einen Vorschlag haben, zögern Sie bitte nicht, uns diese mitzuteilen.

Beginnen wir mit der Herstellung unseres Scangeräts:

1.Montage des Schrittmotors und Herstellung einer neuen Welle

2.Der Controller

3.Beginnend mit dem Arduino Nano (Blau) und der Schrittmotorplatine (ROT)

4.Die Verkabelung

5.Von Github herunterladen und loslegen

6.Verwendete Artikel und Kosten

Dieser Teil des Projekts ist vielleicht einer der unterhaltsamsten, wenn die Dinge Gestalt annehmen. Es ist der einfachste Teil, aber paradoxerweise auch der schwierigste Teil. Der entscheidende Teil, auf den man achten muss, besteht darin, sicherzustellen, dass die Spannung am Riemen während der Drehung der Welle gleich ist. Und dass er den Schrittmotor nicht belastet, da er mit einem klebrigen Silikon-Montageband (doppelseitiges Gorilla-Klebeband) befestigt ist. Seien Sie außerdem vorsichtig: Wenden Sie bei der Montage der GT2-Zahnriemenscheiben und -knöpfe (Abbildung 3 a, b und c) bitte nicht zu viel Kraft auf die Schrauben an, da das Schraubengewinde das weiche Aluminiumstück anlaufen lassen könnte. Das ist bei mir mit dem Negative Supply-Knopf passiert.

Der Schrittmotor (Pos. 1) wird zunächst an der Schrittmotorhalterung (Pos. 19) montiert. Mit dem doppelseitigen durchsichtigen Gorilla-Klebeband wird der Motorhalter auf dem negativen Versorgungsträger befestigt, wie in Abbildung 3 dargestellt. Ich habe diesen Typ verwendet, obwohl ich wusste, dass es kein großes Problem sein würde, ihn bei Bedarf abzuziehen.

Wenn alle Teile montiert und eingestellt sind, sollte es am Ende so aussehen. Die Schaftlänge könnte 1 cm kürzer sein. Aber manchmal ist es besser, Dinge zu erledigen, als nur auf das perfekte Stück zu warten.

Die Steuerung ist für beide Versionen des Filmschieberprogramms gleich. Allerdings haben die Tasten bis auf eine andere Funktion, nämlich den Auslöser. Außerdem wird der blaue Knopf zur Einstellung der Filmvorschubgeschwindigkeit oben links in der vollautomatischen Version nicht verwendet. Das liegt an Python. Es ist nicht so gut wie die Arduino IDE, wenn es um das genaue Timing von Dingen geht.

Für beide Modi ist das Hochladen von Arduino-Skizzen erforderlich. Dazu müssen Sie die Arduino IDE-App installieren. Nachdem Sie die App geöffnet haben, wählen Sie unter „Tools/Board“ „Arduino Nano“, unter „Tools/Prozessor“ „ATmega328P (alter Bootloader)“ und schließlich unter „Tools/Port“ Folgendes aus: „/dev/cu.usbserial“. -14xx“ für Mac-Benutzer und möglicherweise „ /com3“ für Windows-Benutzer. Notieren Sie sich diese Adresse, da sie für das Python-Programm benötigt wird.

An dieser Stelle möchte ich Sie dringend dazu ermutigen, die Blink-Skizze auszuprobieren, die sich unter Files/Examples/01.Basics/Blink befindet. Es erscheint ein neues Skizzenfenster. Klicken Sie in diesem Fenster oben links neben der Schaltfläche mit dem Häkchen auf die Schaltfläche „Hochladen“. Unten links wird im geöffneten Skizzenfenster „Skizze kompilieren/Hochladen/Hochladen abgeschlossen“ angezeigt und Sie sollten beobachten, wie eine LED auf Ihrem Arduino Nano blinkt. Dies zeigt, dass das Board funktioniert und Sie eine Arduino-Skizze hochladen können. Auf meinem MacBook Pro 2012mid funktioniert nur der USB-Anschluss, der dem Display-Anschluss am nächsten liegt, zum Hochladen von Arduino-Skizzen. Wenn hier also ein Problem auftritt, prüfen Sie, ob andere USB-Seiten auf Ihrem Laptop funktionieren.

Die beiden orangefarbenen Drähte in Abbildung 6 (nebeneinander im oberen Teil, der andere ist rot, sieht aber zugegebenermaßen auch orange aus) versorgen die Schrittmotor-Controllerplatine mit Strom. Eine falsche Verkabelung führt dazu, dass Ihre Schrittmotor-Steuerplatine nicht mehr funktioniert. Achten Sie auch auf die Kabelfarben des Schrittmotors. Durch die richtige Verkabelung wird sichergestellt, dass der bipolare Schrittmotor die Spannungen in der richtigen Reihenfolge für eine erfolgreiche 360-Grad-Drehung empfängt. Aber das ist nicht so empfindlich.

Dies ist ein einfach zu verkabelndes System, das nicht viele Komponenten enthält. Während der Verkabelung ist es jedoch wichtig, den Strom auszuschalten.

Beginnen wir mit der 2,5-mm-Buchse, die für den Kameraverschluss zuständig ist. Sie benötigen eine 3-polige Buchse, Abbildung 8(A). Die Verwendung von 3 statt 2 verhindert die Aktivierung des Autofokus (manuelle Objektive sind hier ideal). Der mittlere Abschnitt (rot in Abbildung 8) löst den Autofokus aus und ist nicht mit dem Mini-Steckbrett verbunden. Das schwarze Kabel ist geerdet und das weiße Kabel löst den Verschluss aus.

Als nächstes müssten Sie herausfinden, welcher Draht welcher an Ihrer 2,5-mm-Buchse ist. Eine unorthodoxe, aber bewährte Methode ist die 9-V-Batterie und der Zungensensor. Eine andere Möglichkeit wäre die Nutzung der Deduktionskraft. Dazu stecken Sie den 2,5-mm-Klinkenstecker in Ihre Kamera und lassen alle Drähte frei (weiß, rot und schwarz). Wenn wir wissen, dass der Autofokus aktiviert wird, wenn der mittlere Teil mit dem rechten Teil (wahrscheinlich schwarz) verbunden wird, und der Kameraverschluss aktiviert wird, wenn die linke Seite mit dem rechten Teil verbunden wird (wahrscheinlich weiß), können wir unsere Kabel ableiten. Aber ich muss zugeben, ich bin mir nicht sicher, was passiert, wenn die linke Seite zuerst mit der Mitte verbunden wird. Hoffentlich nichts :) Die beste Lösung wäre die Verwendung eines Multimeters.

Normalerweise betreibe ich den Schrittmotor gerne mit 9 V, da er sich mit der Zeit erwärmt. Wenn die Spannung am Riemen jedoch zu stark ist, benötigt er möglicherweise die angegebene 12-V-Stromquelle.

Ich habe gerade angefangen, GitHub zu verwenden. Es ist eine hervorragende Möglichkeit, Änderungen zu verfolgen und Ideen auszutauschen. Wenn Sie daran interessiert sind, wie sich Python an die richtige Position bewegt, können Sie sich gerne den Algorithmus ansehen. Und bitte zögern Sie nicht, das Projekt zu teilen und Ihre Ideen mitzuteilen. Sie können sie hier finden und herunterladen.

Ein guter Anfang ist die Ausführung des Arduino Sketch. Dadurch wird sichergestellt, dass die Verkabelung und die Komponenten korrekt funktionieren. Laden Sie dazu Semi-automaticUsingArduino.ino von GitHub herunter und laden Sie diese Skizze wie in Abschnitt 3 beschrieben auf Ihren Arduino Nano hoch. Das sollte alles sein.

Wenn Ihr Schrittmotor ein komisches Geräusch macht, spielen Sie mit dem blauen Potentiometer herum, bis es richtig klingt und die Geschwindigkeit Ihren Wünschen entspricht. Wenn der Fortschritt des Filmbilds wiederholt zu kurz kommt, erhöhen Sie die FrameLength-Variable in der Skizze, und umgekehrt, wenn er zu stark voranschreitet. Dieser Wert ist wahrscheinlich gerätespezifisch, da es zwischen den Geräten geringfügige Unterschiede geben kann. Notieren Sie sich Ihre FrameLength-Variable, da sie bei der Verwendung des Python-Programms hilfreich ist.

Wenn Sie möchten, können Sie die Schrittmotorauflösung ändern, indem Sie die 3 motMS(X)Pin-Werte ändern. Im Modus 0,0,0 sind es beispielsweise 200 Schritte pro volle Umdrehung (was am schnellsten ist), im Modus 1, 1, 1 sind es 3200 Schritte pro volle Umdrehung, was als Mikroschritt bezeichnet wird. Das ist die größte räumliche Auflösung, die wir mit diesem Stepperboard erreichen können. Diese Schrittmotor-Steuerplatine verfügt außerdem über drei weitere Modi: 400, 800 und 1600 Schritte pro volle Umdrehung (Element 2). Dies lässt sich in der Arduino-Skizze einfacher ändern als im Python-Programm, da Änderungen an mehreren Stellen erforderlich sind.

Wenn Sie möchten, dass das System im vollautomatischen Modus arbeitet, benötigt der Arduino eine Datei namens „Standart Firmata“, die von der Arduino IDE hochgeladen wird. Diese Skizze finden Sie unter Datei/Beispiele/Firmata/StandartFirmata. Dadurch ist der Arduino Nano bereit für die Interaktion mit Python. Auf der anderen Seite heißt die Python-Bibliothek, die für die Kommunikation mit Arduino verantwortlich ist, pyFirmata. Hoffentlich ist pyFirmata zusammen mit Cv2, Numpy und SciPy bereits entweder über das Anaconda-Navigationsfenster oder per PIP-Installation installiert. Die Zeitbibliothek ist eine Standardbibliothek, die bereits installiert ist. Das Python-Programm heißt Full-AutomaticUsingPython.ipynb und kann von Github heruntergeladen werden.

Normalerweise kaufte ich das, was ich für dieses Projekt brauchte, über Amazon. Dies geschah größtenteils aus Bequemlichkeit. Außerdem musste ich während der Pandemie nicht physisch in die Läden gehen. Manchmal wünsche ich mir auch die schnellere Lieferoption. Das bedeutete, dass ich meist mehr Teile kaufte, als ich brauchte. Ich habe dies vor mir selbst gerechtfertigt, weil ich dachte, ich würde es für andere Projekte verwenden.

Sollten Sie am Ende auch Teile übrig haben, die Sie nicht benötigen, können Sie diese jederzeit an Ihre örtlichen Schulen spenden. Ich habe etwa 300 kanadische Dollar für dieses Setup ausgegeben. Und ich habe jetzt genug Widerstände, Kondensatoren, Überbrückungskabel und Arduino Nanos, um ein Leben lang zu halten. Ich denke jedoch, dass Sie die Kosten auf etwa 100–150 US-Dollar senken können, wenn Sie im Internet nach Websites wie Alibaba, eBay usw. suchen.

Ein kurzer Haftungsausschluss: Wenn Sie die untenstehenden Links für Ihren Kauf verwenden, erhalte ich eine kleine Provision. Dieser kleine Kickback könnte mich auch motivieren, in Zukunft andere Projekte zu teilen. Die Nutzung dieser Links hat keinen Einfluss auf den Preis. Allerdings empfehle ich Ihnen auch, andere Websites zu günstigeren Preisen zu nutzen.

0. Venus Laowa 65 mm f/2,8 2X Ultra Macro Apo Objektiv. Ich mag dieses Objektiv wirklich.

1. Der Schrittmotor. (Auf dem Papier ist das identisch mit dem, das ich verwendet habe. Ich hoffe nur, dass der Schaftdurchmesser derselbe ist. Leider ist das, das ich gekauft habe, nicht mehr verfügbar.)

2. Der Schrittmotortreiber

3. Der Mikrocontroller

4. Die Videoaufnahmekarte mit HDMI-zu-USB-Ausgang

5. Riemen (158 mm wurden verwendet)

6. 100 mm x 6 mm Rundstab aus Edelstahl (derzeit ebenfalls nicht verfügbar). In Zukunft werde ich es vielleicht mit 6,5 oder 7 mm Durchmesser versuchen.

7. Mini-Steckbretter

8. Widerstandsbox (4 10 kOhm wurden am Controller verwendet, ein 2 kOhm und ein 5 kOhm wurden als Spannungsteiler für den Kameraauslöser verwendet)

9. Passen Sie die Schrittmotorgeschwindigkeit an, wenn Sie nur Arduino verwenden (nicht erforderlich für Python-Unterstützung).

10. Zur Herstellung der neuen Welle wurden Sechskantschlüssel 1,27 und 1,5 verwendet

11. Gleichstromversorgung. Ich habe den Draht herausgeschnitten, um sie freizulegen, und Krokodilklemmen verwendet, um die Platine mit Strom zu versorgen. Dies ist keine langfristige Lösung.

12. Unverzichtbar für den Anschluss der Stromkreise. Sie werden jedoch weit mehr haben, als Sie brauchen

13. Dieser Draht war für das Verschlusskabel praktisch, aber möglicherweise nicht notwendig

14. Dieses Montageband war ziemlich gut. Der Kleber war stark und ich konnte ihn problemlos entfernen

15. Viel mehr als nötig, aber ich habe diese Art von Knopf verwendet

16. Am Schrittmotor wurde nur eine GT2-Riemenscheibe verwendet (Zähne: 20, 5 mm Durchmesser)

17. Schrittmotor aus- und einschalten (sehr wichtig, wenn Sie den Filmträgergriff verwenden möchten)

18. Ich habe einen 1000uF 35V-Kondensator verwendet, was zu viel des Guten war. Ein 100uF 25V sollte ausreichen

19. Motorhalterung

20. Isolierband für lötfreie Drahtverbindungen

21. 2,5-mm-Klinkenstecker mit drei Abschnitten (es stellt sich heraus, dass Sie das Auslöserkabel nicht abschneiden müssen)

22. Zähne: 20, 6,35 mm Durchmesser am Schaft

Ich hoffe, Ihnen hat diese Anleitung gefallen.

Über den Autor : Seckin Sinan Isik ist ein Fotograf, der die Welt des Analogen erkundet. Die in diesem Artikel geäußerten Meinungen sind ausschließlich die des Autors. Weitere Arbeiten von Isik finden Sie auf seiner Website, Facebook und Instagram. Dieser Artikel wurde auch auf seinem Blog veröffentlicht.