DIY – 單眼相機的動物自動拍攝機

Description

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作者:CH.Tseng

專案介紹

學習了一些Arduino的基本知識及感測器的手法之後,或許是我們自己試試看設計一些好玩應用的時候了。

其實我一直想要拍攝野生鳥類的相片,一般來說這必須使用貴得驚人的望遠鏡頭,透過遠距離拍攝的方式才能拍到不錯的畫面。但其實,我們可以利用Arduino來設計自動化的工具,以近距離的方式來拍攝到更為寫實畫質更好的鳥類相片。

著名的攝影師Robert Capa曾經說過「如果你的照片拍的不够好,那是因為你靠的不够近」,所以這類以近距離方式所拍攝的野生動物相片,往往不但能表現出最自然野性的一面,而且這類以貼近的廣角攝影角度,帶來的臨場與寫實感更具震撼力,那猶如和你對望的瞳孔反射、以及層次分明的毛羽肌理,這些都是一般望遠鏡頭所無法拍攝出的感覺。

不過在都市化的台灣,除非上山下海或遠征百岳,否則要拍攝野生鳥類或動物談何容易,不光是數量稀少,而且只要任何的小動作或聲響便能讓羞怯的牠們立即逃之夭夭,所以,唯一的方式便是,透過偽裝與藏匿讓動物們毫無戒心的靠近,再利用相機在它們接近時自動拍攝。

而一般的DSLR單反相機除了快門按鈕之外,還可以透過紅外線遙控或是外接快門線的方式來間接控制快門的拍攝,此外一些最新的機型還內建了網路晶片能利用WiFi透過手機來控制並拍照。不過,這些動作都是由人來操作拍攝,我們希望讓相機能夠根據現場環境變化來自動執行拍攝的動作,這樣才能讓動物們放心的靠近,這樣自動化的拍攝動作,我想利用Arduino來DIY是很適合的。

因此我打算做一個自動拍照系統,它能夠在當動物靠近時自動的拍攝,效果就類似下圖,這是國外一個Maker的一幅作品,他也是利用Arduino加上PIR sensor再搭配Canon的單反相機所拍攝完成。

Hungry (angry?) pigeon

 

拍攝的方法

國外一些Maker他們大都是單單使用PIR sensor就拍到不錯的相片,不過我有點狐疑,因為台灣戶外的陽光強烈,當中包含了可見與不可見各式波長的光線,理論上PIR會受到干擾才對。因此為了避免PIR不作用,我再加上了一個超音波偵測器,打算當Arduino偵測不到PIR感應時就自動使用超音波,在60公分之內發現有障礙物時就自動拍攝。

這是大略的設計,我打算找一個長方型的面紙或餅乾盒,機絲都塞在裏面,理論上只要直接擺在平台或草地上,前方再灑一些誘餌,當動物靠近時就可以觸發快門拍攝到野生鳥類的相片了。

 

瞭解單反的快門線運作原理

一般的單反相機都有提供外接快門線的功能(部份較低階的單反可能僅提供紅外線遙控不支援快門線),以Canon來說,這是它的兩種快門線插孔所對應的功能:

https://hylobatidae.org/files/user_id_1/camera-trigger-eos-7d-connector.png
上圖為Canon入門單反使用的快門線(350D, 400D, 450D)。

https://hylobatidae.org/files/user_id_1/camera-trigger-eos-350d-connector.png
上圖是中高階專用快門線(例如40D, 7D, 5D)。

其實不只Canon,其它廠牌的單反例如Nikon、Olympus、Pentax、Sony…等等,它們的快門線接頭外觀長得都不同,但其實原理都是類似:當Ground與Focus接觸時,相機會開始對焦,再加上Shutter時,就會觸發快門進行拍攝。我建議可購買一個較便宜的副廠快門線實際拆解看看,您就會清楚它的原理和動作了,一般來說,這類的快門線內部會有三片白鐵,分別代表兩段式按壓動作,當第一段按壓時,Focus會先與Ground接觸進行對焦,再往下按壓時,則接觸到Shutter完成拍攝動作。最好的方式就是買一條便宜的副廠快門線,實際把它拆解看看。(下圖引用自https://meerstone.wordpress.com/2012/05/11/extending-a-wired-shutter-release/


Panasonic微單眼相機的快門線比較特殊,它是利用目前電阻值來判斷要進行對焦還是快門拍攝的動作。

Panasonic GH1 remote shutter control schematic

  • 程式設計
    由於相機在拍攝前需要先對焦,因此我寫了一個shootNow() function執行拍攝的動作,先對zoomPin腳位輸出高電壓使得繼電器將快門線的groundh與focus腳位接通,再delay個2稍讓它完成對焦的動作,接下來對shootPin送出高電壓,第二個繼電器則會將groundh、focus及shoot三個腳位全部接通,等於是深按下快門鍵拍攝。另外,在超音波的部份我使用了HCSR04Ultrasonic這個package而沒有自己編寫。該package可從這連結下載。
  • 接線
    由於使用了兩個繼電器,一個用來對焦,另一個按下快門,因此接線搞得有點複雜。

這次我用旳是Olympus相機,它的快門線是採用較簡單的、獨立的三條線Ground、Focus、Shooter分別接通的方式,因此第一個繼電器用來接通Ground與Focus,也就是進行對焦。如果在Ground與Focus接通的情況下再接通第二個繼電器,也就是Ground、Focus、Shooter全部接在一起,快門就會動作了。

(改良) – 戶外陽光強烈時會嚴重干擾,造成PIR處在持續報警的狀況,幾乎無法正常作業。

使用可以感應目前光線明亮度的光敏雷阻,當陽光太強時會自動由PIR切換為超音波來偵測。

(改良) – 繼電器與相機對焦的聲音過大,觸發時容易驚嚇到拍攝對象。

使用電晶體(型號2N2222)取代了嘈雜且體積又龐大的繼電器,接法請參考下圖。要特別注意的是快門線中間那條接地的配線一定要接地,而非單純的與其它兩條線斷開或相接,這樣電晶體才能動作。

拍攝成果

我在娘家後門附近找到了一處不錯的地點,雖然左側有一座工廠,但另一側則是一片廣闊田野僻連到遠處的八掛山,四周不時有悅耳的鳥鳴傳來,而且剛到時還有隻斑鳩大揺大擺的走過呢,看來是個理想的測試地點。於是我在水溝邊一處水泥高台上擺下了這第二版的道具,利用雜草樹枝遮蔽了外盒和相機,只露出個黑色的鏡頭,前方30公分則放了一些岳父大人所推薦的鳥類最愛:矖乾的稻穗。待一切都佈置好之後,就只等著有緣的鳥兒來臨幸了,於是當天整個下午就放任著它就在那兒自動拍攝,若說真有什麼需要擔心的,大概就是下雨和小偷了。

幸運的,第二版的改進果然有些效果,當天這隻可愛旳小鳥在不自覺的情況下被拍攝到了。這隻外觀土氣長得像一般常見的麻雀,但它可不是哦,它的俗名是「褐頭鷦鶯」,鳴聲尖細清脆,是一種活動於灌木及草叢的小型鳥類,那長長蹺蹺的尾巴是它的一大特徵,老一輩的會用台語稱它為「芒噹丟仔」。

有點猶豫,得四處觀望一下。

看得出它剛離巢不久,身上的稚羽尚未脫盡。

由於快門聲還挺大的,它一定聽見了,因此轉過身來瞧瞧。

Resource:

  1. CH. Tseng個人網站
  2. 詳細介紹

 

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Project簡述

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  • 簡述
    本專案利用Arduino來設計自動化的工具,以近距離的方式來拍攝到更為寫實畫質更好的鳥類相片,不但能表現出最自然野性的一面,而且這類以貼近的廣角攝影角度,帶來的臨場與寫實感更具震撼力。
  • 作者
    CH.Tseng

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