Alternative Optik für die ESP32-CAM
Kombiniert man die WLAN-Kamera auf ESP32-Basis mit ausgedienten Objektiven alter Spiegelreflexkameras, lässt sich ein Teleskop oder ein Mikroskop improvisieren.
Unsere Kamerakonstruktion aus dem 3D-Drucker zweimal dargestellt: Vorne als Explosionsdarstellung, hinten in montierter Form, wobei drei Seiten der Lichtschutzhaube der Deutlichkeit halber weggelassen wurden.
Die Grundidee dieses Workshops ist simpel: Man nimmt die billige und winzige ESP32-CAM (1), entfernt deren ebenso winziges Objektiv (2) und setzt stattdessen vor den Sensor (3) ein möglichst stark vergrößerndes Zoom- oder Teleobjektiv aus der Ära der analogen Fotografie. Diese dürften noch in vielen Haushalten eingelagert sein – zwar sind sie zu keiner aktuellen Kamera mehr kompatibel, aber seinerzeit waren sie viel zu teuer, um sie jetzt einfach wegzuwerfen.
Der überraschende Effekt der Operation: Die Vergrößerung des alten Teleobjektivs wird durch Kombination mit dem winzigen Sensor der ESP32-CAM noch mal vervielfacht, sodass schon mit mäßigen Zooms oder sogar einem Standard-Normalobjektiv (50mm Brennweite) erstaunlich starke Teleskope entstehen.
- Alternative Objektive für die günstige Netzwerkkamera ESP32-CAM
- Zoom- und Makroaufnahmen mit Foto-Objektiven aus der Analogzeit
- Tele-Aufnahmen mit der Lupe
Checkliste
- Zeitaufwand: Zusammenbau ab einer Stunde, mehr Zeit für Experimente
- Kosten: ab etwa 5 Euro für die ESP32-CAM, ggf. Zusatzkosten für Material, USB-zu-Seriell-Wandler, Objektive
- Programmieren: Umgang mit der Arduino IDE zum Einrichten der Kamera
- 3D-Druck: für Halterungen und Gehäuse (optional)
Material
- ESP32-CAM alternativ Raspberry Pi mit Kameramodul
- USB-zu-Seriell-Wandler
- Jumperkabel female-female, um zwei Pins fürs Aufspielen der Software zu verbinden
- Stromversorgung für den ESP32, 5 Volt, etwa durch Netzteil oder USB-Verlängerung und USB-zu-Seriell-Wandler
- Foto-Objektiv bevorzugt Zoom- oder Teleobjektiv, zur Not eine Lupe
- 3D-Druck-Teile für das Gehäuse und die Halterungen, alternativ Holz, Metallteile, Pappe, Kunststoff etc. aus der Bastelkiste
- Kamerastativ optional, gegebenenfalls mit Wechselplatte aus dem 3D-Drucker für den Stativkopf
Zoomfaktor
Der Schlüssel dazu ist der sogenannte Crop-Faktor (manchmal auch Formatfaktor genannt). Der Sensor des OV2640-Kameramoduls aus der ESP32-CAM hat eine Größe von 1/4" – er ist 3,6mm breit, 2,7mm hoch und hat damit eine Diagonale von 4,5mm. Das Kleinbildformat der alten Spiegelreflexkameras ist hingegen 36mm breit, 24mm hoch und hat eine Diagonale von 43,3mm. Platziert man jetzt den Sensor in die Ebene, in der früher der Kleinbildfilm lag, deckt der nur etwa ein Zehntel der Diagonale und grob ein Hundertstel der Fläche ab. Das entspricht einer sehr starken Ausschnittsvergrößerung aus einer Aufnahme im Kleinbildformat, was den Zoom-Effekt ergibt.
Normalerweise geht so eine starke Ausschnittsvergrößerung mit einer geringeren Auflösung einher: Machte sich das früher unweigerlich mit vergrößertem Filmkorn bemerkbar, sind es heute die verhältnismäßig wenigen Pixel, auf die sich die Bildinformationen des Ausschnitts verteilen müssen – weshalb mit dem "digitalen Zoom" von Smartphones aufgenommene Bilder meist auch so enttäuschende Qualität zeigen.
Bei einer ESP32-CAM in Kombination mit dem Kleinbildobjektiv ist das aber genau umgekehrt: Hier wird die volle Fläche des Sensors für einen kleinen Ausschnitt des Kleinbildformats genutzt und man kann hochrechnen, wie viele Pixel ein großer Sensor bräuchte, um diese Auflösung zu liefern. Auf dem Sensor der ESP32-CAM tummeln sich 1232 × 1632 Pixel, praktisch genutzt werden 1200 × 1600, also 1,92 Megapixel. Durch den Crop-Faktor würde man rund 89 Sensoren dieses Typs benötigen, um die Fläche eines Kleinbilds abzudecken. Daher entspricht unsere selbstgebaute Kamera einer Auschnittsvergrößerung aus einem Foto im Kleinbildformat, das etwa 1,92 × 89 = 171 Megapixel hat.
