Messeinrichtung Belichtungszeit

Hast du eine Empfehlung für ein Display mit einzeln ansteuerbaren Pixeln und ausreichender Wiederholrate?
Zuimindest wenn du auch Zeiten mit 1/100s oder schneller messen möchtest?

Wie wäre es damit, einen Röhrenbildschirm zu fotografieren? Habe leider gerade keinen zur Hand... Ist die Leuchtschicht zu träge um kurze Zeiten messen zu können?

Oder ne ganz andere Variante: Laser und Photodiode/-transisotor plus Oszilloskop, und den Reflex des Sensors/Sensordeckglases detektieren. Das funktioniert natürlich dann nur mit voll mechanischem Verschlussvorhang.

Grüße
Florian

huxtebude schrieb:

Wie wäre es damit, einen Röhrenbildschirm zu fotografieren? Habe leider gerade keinen zur Hand... Ist die Leuchtschicht zu träge um kurze Zeiten messen zu können?

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Ein altes Röhrenoszi wäre bezüglich Ansteuerung und Mustererzeugung ideal aber die Nachleuchtdauer ist normalerweise relativ lange.
Eventuell wäre der Drehspiegel aus einem Laserdrucker mit entsprechend moduliertem Laser dahinter um ein Testmuster an die Wand zu projizieren eine Überlegung wert?

huxtebude schrieb:

Oder ne ganz andere Variante: Laser und Photodiode/-transisotor plus Oszilloskop, und den Reflex des Sensors/Sensordeckglases detektieren.

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Siehe #2

peter be schrieb:

Deshalb sollte man dazu in die Fläche gehen. Ich glaube, mal etwas über eine blinkende LED-Matrix gelesen zu haben.
Also wie wäre es, ein beliebiges Display mit einzeln anzusteuernden Lichtpunkten an einem Arduino oder Raspberry zu betreiben.
Dann ein Pixel kurz aufleuchten lassen, dann das nächste in der Reihe, usw.
Wenn das Ende der Reihe erreicht ist, vorne in der nächsten Zeile weitermachen.
Dann dieses Display mit einer kurzen Belichtungszeit abfotografieren und die beleuchteten Pixel im Bild irgendwie zählen/ausmessen.
Wenn man die Kamera mit demselben Mikrocontroller auslöst, kann man noch Information über die Auslöseverzögerung gewinnen.

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Ich habe solche LED-Arrays. Leider sind die zu langsam, erst recht, wenn sie über die normalerweise vorgesehene SPI-Schnittstelle betrieben werden.
Wenn man mal einen Überschlag macht: 1/8000 sec sind 125my-sec. Bei einer Genauigkeit von ca. 1% bräuchte man eine Frequenz von 1MHz. Das schaffen die normalen Microcontroller nicht. Ein ESP8266 schafft maximal 50KHz. Als Ausweg könnte man einen Raspberry nehmen, da kann man den Systemtakt auf einen GPIO legen und einen Zähler dranhängen. Das in Verbindung mit z.B. 100 einzeln anzusteuernden LED`s wäre ein Umfang, der leider schon weit von der ursprünglichen Idee der einfachen Messung entfernt wäre.
Da muss also etwas anderes her.

huxtebude schrieb:

Oder ne ganz andere Variante: Laser und Photodiode/-transisotor plus Oszilloskop, und den Reflex des Sensors/Sensordeckglases detektieren. Das funktioniert natürlich dann nur mit voll mechanischem Verschlussvorhang.

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Daniel71 schrieb:

Eine weitere Methode wäre, einen Laser auf den Sensor zu scheinen und die Reflexion zu messen. Damit erhält man exakt der Ablaufzeit des Verschlusses und bei den meisten Kameras auch der Belichtungszeit.

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Höchstwahrscheinlich der beste Weg. Die schon geäußerte Gefahr für den Sensor sehe ich nicht, denn die Leistung des Lasers kann man reduzieren und dafür das Empfängersignal steigern. Das größte Probem ist für mich eine genaue Justage von Laser zu Empfänger, das müsste etwas stabiles sein das direkt ans Bajonett angeschlossen wird. Vom Aufwand her aber sicherlich geringer als das mit den LED`s.

Ich werde es jetzt einen Versuch mit einem gepulsten Kreuzlaser machen. Mal schauen, was dabei herauskommt.

Natürlich ist es selbstverständlich entsprechend Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, und die Bauteile der Anwendung nach geeignet auszusuchen. Jeder handelt hier auf eigenes Risiko. Kann man genauso bei Versuchen mit Brückengleichrichter und LEDs an Netzspannung dazusagen.
Der Laser sollte so wenig Leistung wie möglich haben, und die Wellenlänge zur Empfindlichkeit der Diode passen. Bei Billigzeugs muss man aufpassen, da kommt meist deutlich mehr raus, als draufsteht.
Wenn man das mit Sinn und Verstand angeht, kann man hiermit aber ziemlich hohe Messgenauigkeiten erzielen.

Grüße,
Florian

Die SPI-Geschwindigkeit an den Microcontrollern ist nicht das Problem. Der Arduino Due kann beispielsweise 21 MHz an der SPI.

Bezüglich den LEDs braucht man ja auch keine hunderte LEDs. Da reichen ja auch ein paar am Anfang der Belichtung und dann ein paar am Schluss der Belichtung. Zwischendrin kann man die ja eine definierte Pause Programmieren. Mit dem Prinzip kann man auch jede LED direkt von einem Port-Pin ansteuern und umgeht die Ansteuerung über eine SPI.

brontes schrieb:

Die SPI-Geschwindigkeit an den Microcontrollern ist nicht das Problem. Der Arduino Due kann beispielsweise 21 MHz an der SPI.

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Ich hatte versucht, das Array über SPI anzusteuern. Es mag sein, dass ich die falschen Bibliotheken, den falschen Microcontroller oder einfach nur den falschen Ansatz benutzt habe, jedenfalls habe ich es nicht hinbekommen.
Und bei der Direktansteuerung der LED`s über die Ports war bei ca. 50KHz schluss, das hab ich mit einem Ozzi nachgemessen.

brontes schrieb:

Bezüglich den LEDs braucht man ja auch keine hunderte LEDs. Da reichen ja auch ein paar am Anfang der Belichtung und dann ein paar am Schluss der Belichtung. Zwischendrin kann man die ja eine definierte Pause Programmieren. Mit dem Prinzip kann man auch jede LED direkt von einem Port-Pin ansteuern und umgeht die Ansteuerung über eine SPI.

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Gilt das auch für den mechanischen Verschluss? Wenn die Messung unabhängig von der Ablaufgeschwindigkeit sein soll, muss die LED-Zeile horizontal angeordnet sein. Mir fehlt da die Idee, wie ich die genaue Synchronisation vom Beginn des Leuchtens der 1. LED zum Belichtungsbeginn hinbekommen könnte.

Wenn Du bei den Arduinos performant arbeiten möchtest, dann gehe von der Arduino Umgebung weg. Nutze mal Atmel Studio 7. Dort werden die Controller nativ unterstützt. Das ist das Tool vom Hersteller. Du kannst Port-Pins im sub microsekunden Bereich schalten. Der Due beispeilsweise arbeitet mit 84 MHz und zum schalten eines Portpins sind nur ein oder ein paar wenige Assemblerbefehle notwendig.

Du Triggerst die Kamera doch schon vom Controller. Dann machst Du eine Pause in der Länge, die etwas kürzer ist als der Belichtungszeitbeginn. Dann lässt Du ein erstes LED-Lauflicht mit festem Timing blinken. Am Besten so, dass die ersten LEDs nicht zu sehen sind, da sie zu früh fürs Bild angeschaltet wurden. Damit hast Du den Startzeitpunkt (Pause + Zeit bis zur 1. sichtbaren LED). Dann machst Du wieder eine Pause und das Gleich Spiel am Ende mit einer zweiten LED-Kette. Dort sollten die letzten auf dem Bild auch nicht mehr zu sehen sein, da die Belichtung schon zu ende ist. Damit weißt Du den Endzeitpunkt.

Das Prinzip funktioniert nur auf einer waagrechten Linie (Zeile). Das Problem hast Du aber auch beim Pendel. Das funktioniert auch nur zeilenbasiert. Den rolling Shutter, sowohl rein elektronisch vom Sensor oder mit Sensorvorhang, kannst Du in Deiner Kamera nicht umgehen. In dem Beispiel mit dem 100 Hz Pendel und der Belichtungszeit mit mehreren Sekunden, da spiel der Rolling Shutter nur noch eine untergeordnete Rolle.

Der Rolling Shutter spielt ja nur beim elektronischen Verschluss eine Rolle. Wenn mechanisch verdunkelt wird, hat der Sensor ja danach lange Zeit zum Auslesen.

Dagegen macht der Rolling Shutter das Messen der Zeit mit elektronischem Verschluss schwerer. Vermutlich ist das aber auch der weniger interessante Teil, da die Belichtung hier elektronisch gesteuert wird und keine größeren Toleranzen haben dürfte.
Misst du mit elektronischem Verschluss und senkrecht über den Sensor, dürftest du bei kurzen Zeiten fast nur noch den Rolling Shutter selbst, und nicht mehr die Belichtungszeit messen.
Verläuft deine blinkende Lichtquelle horizontal durchs Bild sieht das schon anders aus.
Ich weiß aber nicht, ob eine sensorzeile insgesamt gleichzeitig ausgelesen wird, oder ob es hier auch noch eine leichte Auswirkung zu spüren ist (Pixel innerhalb einer Zeile nach und nach ausgelesen werden).

Grüße
Florian

Ich muss mich korrigieren.
Auch mechanisch hast du einen Rolling Shutter Effekt. Der Schlitz benötigt ja eine gewisse Zeit zum Ablaufen.

Grüße
Florian

Der mechanische Shutter ist eben nur ein Stückchen schneller als der elektronische, was den Rolling Shutter Effekt betrifft. Aus diesem Grund unterstützen die Kameras typischerweise den Blitz auch nur mit mechanischem Shutter.

Egal ob elektronischer oder mechanischer Shutter, die einzelnen Bildpunkte sollten alle gleich lang aktiv Licht sehen. Nur eben nicht zur gleichen Zeit.
Beim Rolling Shutter Sensor sind immer ganze Zeilen aktiv. Wäre aber auch vernachlässigbar. Deshalb sollte man auch die Belichtungszeit immer innerhalb einer Zeile bestimmen. Oder vereinfacht in einer horizontalen Linie.

brontes schrieb:

Wenn Du bei den Arduinos performant arbeiten möchtest, dann gehe von der Arduino Umgebung weg. Nutze mal Atmel Studio 7. Dort werden die Controller nativ unterstützt. Das ist das Tool vom Hersteller. Du kannst Port-Pins im sub microsekunden Bereich schalten. Der Due beispeilsweise arbeitet mit 84 MHz und zum schalten eines Portpins sind nur ein oder ein paar wenige Assemblerbefehle notwendig.

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Danke für den Tip. Für die Zukunft könnte das was sein, allerdings ist mir die Einarbeitung für dieses Projekt jetzt zu viel.

brontes schrieb:

Du Triggerst die Kamera doch schon vom Controller.

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Auch da habe ich schon verschiede Versuche hinter mit. Alle nach dem Prinzip, mit einem Blitz den Verschluss zu erfassen.
1.) Trigger mit der Blitzbuchse. Da kommt das Signal zu spät. Bei den schnellen Zeiten sieht man micht mehr die volle Verschlussbreite.
2.) Trigger der Kamera über ESP, Blitz ebenfalls über ESP. Bei dieser Version waren die Zeiten nicht konstant, d.h. mal war der Verschluss im Bild, anderes mal wieder nicht.
3.) Das Triggersignal habe ich ohne Objektiv über den Blendenhebel generiert (mit einer Reflexlichtschranke).
Das ist früher und lieferte relativ konstante Ergebnisse. Allerdings erzeugte der Blitz - wohl durch Überbelichtung oder zu lange Leuchtdauer - kein scharfes Bild des Verschlusses.

Also, so einfach stellt sich die Synchronisation für mich nicht dar.

Ich glaube jetzt aber einen ziemlich einfachen Weg gefunden zu haben. Mehr dazu wenn es wirklich geklappt hat.

Ich weiß nicht, was für eine Kamera Du hast. Bei meiner Fuji kann ich ein Kabel-Fernauslöser anschließen. Das ist wohl bei fast allen Kameras so. Und wenn man die einfachen so anschaut, dann ist beim leichten drücken der Fokus über einen ersten Kontakt aktiv und beim durchdrücken der zweite Kontakt zum auslösen.
Im manuellen Modus schließt sich die Blende beim ersten Kontakt.

Die Kameras sind eigentlich alle so, dass man die Kontakte mit einem einfachen Transistor Open-Collector oder Open-Drain ansteuern kann. Die unterschiedlichen Verzögerugen bis zur Bildaufnahme kommt zum Teil durch die Blendenverstellung am Objektiv. Je nach dem wie weit der verstellt werden muss. Daher bevorzugt offenblendig betreiben oder aber je nach Kameramodell mit Hilfe des Fokuskontakts die Blende schon in Endstellung bewegen bevor man auslöst.

Der Trigger über den Blitzkontakt kann ja nicht funktionieren. Denn der Blitz darf ja erst auslösen wenn der Vorhang schon offen ist. Deshalb muss der ja immer zu spät kommen.

Ich hab auch per Kabel ausgelöst, angesteuert durch einen CNY-17 Optokoppler. Die Blende hatte ich zwischen den einzelnen Auslösungen nicht verstellt, trotzdem war das Timing am ungenausten. Ach ja, die Kamera ist eine D800.

So, ich habe ein relativ einfaches Verfahren probiert.
Beleuchtung ist eine normale LED. Über ein Objektiv wird der Strahlengang so angepasst, dass der Sensor komplett ausgeleuchtet ist. Fotografiert wird ohne Objektiv! mit einer in diesem Fall 1/8000s.

Die LED wird gepulst, z.B. wie in den Bildern mit
1.)50my sec an und 250my sec aus und
2.) 50my sec an und 450my sec aus.

Dadurch ergeben sich die Streifenmuster.
Was man erkennt ist, dass der Verschluss sich nicht gleichförmig bewegt sondern beschleunigt. (Die beiden Bilder müssten vertikal gespieglt werden, das hab ich jetzt nicht gemacht)
Ferner kann man aus der Taktzeit von 300 bzw. 500my sec die Verschlussgeschwindigkeit bestimmen.
Ich hab jetzt keine Messreihe gemacht und auch keine Abweichungen ermittelt, aber bei den paar Messungen kam ich auf eine ungefähre Geschwindigkeit von 9,5 m/s.
Bei einer Schlitzbreite von z.B. 1,7 mm ergäbe sich dann eine Belichtungszeit von 179 my sec entsprehend 1/5588 sec

So, im Anhang noch die Bilder

Klasse!
sooo einfach.

Hallo Ralph,
durch Streifen zählen kannst du hier die Ablaufzeit des Verschluss schön bestimmen.
Aber du kennst die Spaltbreite nicht, um die eigentliche Belichtungszeit zu ermitteln.
Wäre die Spaltbreite konstant, wäre es denkbar, einen extrem kurzen Puls mit einer andersfarbigen LED zu senden (dann müsstest du aber deine weiße so weit runter regeln, dass sie nicht mehr überstrahlt).
Und du musst den Sensor mit parallelen Strahlen beleuchten, sonst bekommst du noch einen Parallaxenfehler bzw unscharfe Streifenränder, da der Verschluss ja vor dem Sensor abläuft und nicht in der gleichen Ebene. Vermutlich hast du das aber bei deinem Aufbau mit LED und Objektiv schon berücksichtigt.
Am spannendsten finde ich momentan noch den Ansatz mit dem Messen des Lichtreflex am Sensor mittels Photodiode.

Grüße
Florian

Hallo Florian,

huxtebude schrieb:

durch Streifen zählen kannst du hier die Ablaufzeit des Verschluss schön bestimmen.

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Das habe ich anders gemacht.
Im Bild mit den breiten schwarzen Streifen entspricht der Abstand von de Mitte eines hellen Streifens zur Mitte des nächsten hellen Streifens 500 my sec.
Bei 4 Streifen sind das 2000 my sec. In Ps habe ich dann diese Entfernung in Pixeln gemessen, z.B. 4000 Pixel. Der Sensor hat bei 24mm Höhe 4900 Pixel.
Darüber kommt man dann auf die Ablaufgeschwindigkeit.

huxtebude schrieb:

Aber du kennst die Spaltbreite nicht, um die eigentliche Belichtungszeit zu ermitteln.

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Doch. Die hellen Streifen sind der Schlitz. Bei einer Belichtung von 50 my sec. ist die Zeit deutlich kürzer als die Belichtung bei einer 1/8000 sec. Aber ich kann die Belichtungszeit durch die LED weiter auf 25 my sec reduzieren, dann werden die Streifen etwas schärfer.

huxtebude schrieb:

Am spannendsten finde ich momentan noch den Ansatz mit dem Messen des Lichtreflex am Sensor mittels Photodiode.

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Ich fände es interessant, diese Verfahren gegenüber zu stellen.

Bei 1/8000s liegt die theoretische Belichtungszeit bei 125us. Da sind 50us nicht deutlich kürzer. Zumindest wenn man von deutlich im Sinne von Messgenauigkeit spricht. Da sollten Zehnerpotenzen dazwischen liegen.
Aktuell wäre der weiße Streifen damit 40% größer als der Spalt des Verschluss.
Was ist denn das kürzeste was du verwenden kannst? Schaffst du 5us?

Grüße
Florian

huxtebude schrieb:

Was ist denn das kürzeste was du verwenden kannst? Schaffst du 5us?

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Das weiß ich nicht. Auf jeden Fall ist in dem Bereich das größte Verbessungspotential. Im Augenblick steuer ich die LED mit einem Vorwiderstand, normal spannungsgesteuert an. Die abfallende Flanke ist dabei aber ungenügend steil. Vielleicht gibt es hier ja Elektroniker, die ein Beispiel für eine vernünftige hochfrquente Treiberstufe nennen können.
Von der Helligkeit her könnten die Impulse kürzer sein, die Iso hat noch Reserven.

In der Anlage ist noch ein Bild, aufgenommen mit 1/2000 sec. Die gesamte Taktzeit ist 500 my sec.
Die helleren Streifen kommen daher, dass die Wartezeit zwischen den Lichtimpulen zu kurz war. Wenn man die gesamte Taktzeit so einstellt, dass weder dunkle noch helle Streifen auftreten, dann ist diese Taktzeit die Belichtungszeit. Da braucht man nicht einmal mehr rechnen

An so einem Microcontroller (Arduino) kannst Du bedenkenlos die LED auch direkt am Portpin ohne Vorwiderstand anschließen. Die kriegst Du quasi damit nicht kaputt. Nutze aber ein aktives High und Low. Kein Tristate. Wenn Du dann noch eine der PWMs nutzt, kannst Du in Deinen Grenzen quasi beliebig kurze Zeiten und die Frequenz einstellen. Dann bist Du auch nicht von irgendwelchen Timing-Effekten durch Interrupts etc. abhängig und damit sehr genau.