ESP32-CAM zeigt Filmnegative
Ist der Berghang auf dem Foto tief verschneit oder grob überbelichtet? Wer steht da neben der Tante, lacht der freundlich oder schaut er grimmig? Auf den Kleinbildnegativen vergangener Zeiten ist das nur schwer zu erkennen. Doch verbannen Sie dieses Problem dahin, wohin es gehört – ins vorige Jahrhundert. Denn heute zeigt nach kurzer Bastelarbeit unser ESP32-Gucki die Schnappschüsse von damals mit korrekten statt umgekehrten Tonwerten und Farben an – und so groß, wie es die Displays hergeben.
Wer bereits in der vor-digitalen Ära einigermaßen ambitioniert fotografierte, hat ganz sicher noch ein sorgfältig gelagertes Archiv voller Negative im Haus – schließlich sind das bei analogen Fotos die eigentlichen Originale und die positiven Abzüge, die man ins Album klebt, bloß Kopien davon. Dummerweise kann man auf den Negativen meist nur schemenhaft was erkennen – die wenigsten Menschen sind in der Lage, im Kopf hell in dunkel zu verwandeln und umgekehrt. Die Zuordnung zwischen einem vorhandenen Abzug und seinem Negativ bekommt man zwar in der Regel noch hin, aber wenn nur das Negativ zur Hand ist, ist es schwierig, Personen darauf zu identifizieren oder gar Gesichtsausdrücke zu deuten – oder hätten Sie das bei Bild 1 nur aufgrund des Negativs hinbekommen?
In analogen Zeiten gab es das Problem natürlich auch schon. Die notdürftige Lösung waren Kontaktabzüge, die die Fotos zwar positiv zeigten, aber bei Kleinbild gerade mal auf einem Format von 36mm × 24mm. Da war die Lupe gefordert.
Wie gut, dass es mittlerweile die ESP32-CAM gibt: Dieses Mikrocontroller-Board samt Kamera bekommt man vielfach für deutlich unter 10 Euro zu kaufen. Und es bringt schon alles mit, um mit wenig zusätzlichem Material in einer Stunde einen einfachen Negativbetrachter zu bauen. Der zeigt die Bilder nicht nur gleich positiv, sondern auch vergrößert auf dem Display jedes WLAN-fähigen Geräts an, sei es Tablet, Smartphone oder Rechner. Unser Projekt ESP32-Gucki (zur Namensgebung siehe Kasten) eignet sich damit auch für den Ad-hoc-Aufbau vor dem Besuch bei der betagten Verwandtschaft, bei der noch die Fotoarchive aus dem letzten Jahrhundert schlummern, die mal gesichtet und von den Zeitzeugen erklärt werden wollen, ehe Filme und Erinnerungen verblassen. Braucht man hinterher seinen Gucki nicht mehr, lässt er sich weitgehend rückbauen und die Teile anderweitig verwenden. Denn neben der vielseitig nutzbaren ESP32-CAM besteht unser Projekt nur aus einem Breadboard, ein paar Kabelbrücken, einem Smartphone-Netzteil samt Adapterplatine und einer Bühne aus Pappe für die Negative.
Das Board
Die ESP32-CAM haben wir in der Make schon in diversen Projekten eingesetzt (siehe Mehr zum Thema in der Kurzinfo). Im Artikel Intelligente Webcam für 5 Euro (Make 1/20, S.28) haben wir gezeigt, wie man seinen Code mit einem universellen externen USB-zu-seriell-Konverter draufbekommt. Diese Methode funktioniert natürlich nach wie vor und kann auch für den Gucki zum Einsatz kommen, falls Sie schon eine ESP32-CAM und einen solchen Konverter haben. Wer sich hingegen eigens für dieses Projekt das Kameraboard kauft, kann zu einem Angebot greifen, bei dem für wenige Euro mehr ein maßgeschneiderter Konverter zum Drunterstecken gleich mitgeliefert wird 2 (Bezugsquellen siehe Link in der Kurzinfo). Über diesen Adapter findet nicht nur der Code bequem seinen Weg von der Arduino IDE aufs Board, für die ersten Experimente lässt sich die ESP32-CAM darüber auch mit Spannung versorgen. Spätere ESP32-CAMs für weitere Projekte kann man dann ohne neuen Konverter kaufen.
Achtung: Für unseren Gucki sollte es auf jeden Fall eine ESP32-CAM mit dem Kameramodul OV2640 mit knapp 2 Megapixeln (UXGA, 1600 × 1200) sein, nicht eines mit dem ebenfalls unterstützte OV7670 mit nur 0,3 Megapixeln. Außerdem gibt es gelegentlich irreführende Angebote bei AliExpress & Co., bei denen etwa nur das Kameramodul, aber nicht das Board enthalten ist …
Die Software
Wir benutzen für den Gucki den universell einsetzbaren esp32-cam-webserver des GitHub-Users easytarget. Den Link zum Original finden Sie in der Kurz-URL in der Kurzinfo. Wenn Sie stattdessen den Server aus unserem GitHub-Repository herunterladen, ist gleich eine fertige Konfigurationsdatei myconfig.h enthalten, mit der Sie direkt loslegen können, ohne auch nur ein einziges Zeichen am Code zu ändern.
Wenn das Ihr erstes Projekt mit der Arduino IDE, mit einem ESP und auch mit GitHub ist, finden Sie online über die URL in der Kurzinfo eine ausführliche Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie Sie den Code herunterladen, die IDE (Entwicklungsumgebung) und das Board miteinander bekannt machen und schließlich das Programm kompilieren und erfolgreich hochladen. Erfahrenen Makern müssen wir das hier nicht mehr erklären, es gibt keine Überraschungen dabei. Als Board stellt man beim hier verwendeten und in den Bezugsquellen verlinkten Modul AI Thinker ESP32-CAM ein – das kennt die Arduino IDE, falls schon ESP32 bei den Boardverwaltern eingetragen ist. Falls nicht, bekommen Sie Hilfe über den Link in der Kurzinfo. Der verwendete esp32-cam-webserver kommt übrigens auch mit ähnlichen Kameramodulen klar, das erfordert allerdings dann in der myconfig.h ab Zeile 182 eine entsprechende Änderung.
Sobald Sie das Programm auf die ESP32-CAM überspielt haben, resettet sich das Board automatisch und startet dann neu. Der ESP ist nach unserer vorbereiteten Konfiguration standardmäßig im Accesspoint-Modus aktiv, startet ein WLAN mit der Kennung GuckiWLAN, mit dem man sich vom Smartphone, vom Tablet oder Rechner aus mit dem Passwort MakeMake136472 verbinden kann. Dann öffnet man einen Browser, gibt in der Adresszeile http://ESP-Gucki oder http://192.168.4.1 ein und sieht anschließend die (arg reduzierte) Startseite des Servers 3. Kommt die Verbindung nicht zustande, kann es sein, dass sich Ihr Mobilgerät automatisch sofort wieder mit einem anderen erreichbaren WLAN verbunden hat, was einen Internetzugang verspricht (das halten etwa manche Android-Smartphones für existenziell). Man kann aber in der Regel bei den WLAN-Einstellungen zum GuckiWLAN festlegen, dass man mit diesem Netz verbunden bleiben will, auch wenn das keinen Internetzugang bietet.
Falls Sie den Gucki lieber im heimischen WLAN verwenden wollen, können Sie dessen SSID und Passwort in der Datei myconfig.h als zusätzlichen Eintrag im Array stationList[] (Zeile 25) einfügen. In diesem Fall startet der Gucki nur dann sein eigenes WLAN mit den Zugangsdaten in der ersten Zeile, falls keines der weiteren WLANs im Array erreichbar ist. So ist der Negativbetrachter stets benutzbar, ob zu Hause oder unterwegs, ohne dass man im Code was ändern müsste. Sicherheitsfanatiker sollten natürlich auch die Kennung und das Passwort für das ESP-eigene WLAN ändern, man weiß ja nie …
Der Bildcheck
Klicken Sie jetzt im Browser auf den roten Button Full Viewer, dann öffnet sich das Menü mit allen Einstellmöglichkeiten. Für den ersten Test lassen Sie alles wie voreingestellt, klappen die Settings über Klick oder Tipp darauf zu 4 und drücken auf die Schaltfläche Start Stream 5.
Jetzt sollte ein Live-Bild von der Kamera zu sehen sein, dass Sie für einen wichtigen Test brauchen: Schauen Sie so in die Kamera auf dem Board, dass Sie die Beschriftung ESP32-CAM auf der Platine lesen können. Sehen Sie dann im Browser sich selbst in einer Querformat-Aufnahme, mit dem Kopf nach oben? Dann brauchen Sie nachher die Querformat-Schneidevorlage. Denn wie sich bei der Arbeit für diesen Artikel herausstellte, gibt es auch (vermutliche ältere) ESP32-CAMs, bei denen der Sensor im Kameramodul um 90 Grad gedreht eingebaut ist. Ragt Ihr Konterfei im Browser also von der Schmalseite rechts oder links ins Bild hinein, ist die Hochformat-Schneidevorlage später richtig für Sie.
Die Settings können Sie jederzeit auch im laufenden Betrieb wieder verändern. Noch ist das Bild positiv, aber wenn Sie unter Special Effect 6 den Eintrag Negative wählen, ist der große Teil der Magie schon vollbracht. Unter Resolution 7 wählt man die gewünschte Auflösung (idealerweise eine im Seitenverhältnis 3:2 wie bei den Negativen). Zwischen Bildern im Hochformat und solchen im Querformat wechselt man später beim Sichten der Negative über das Menü Rotate in Browser 8 und seitenverkehrte oder auf dem Kopf stehende Bilder korrigiert man mit H-Mirror Stream und V-Flip Stream 9 – oder man fädelt ganz wie früher den Negativstreifen einfach seitenrichtig ein.
Achtung: Die manuellen Einstellungen für Kontrast und Helligkeit vertragen sich nicht mit dem Negativ-Filter, also lässt man es besser bei der Automatik.
Das Breadboard
Ist die Software an Bord und funktioniert die Kamera, zieht die ESP32-CAM aufs Breadboard um. Lassen Sie sich nicht täuschen: Ein kurzes Exemplar mit 30 Reihen kann knapp zu kurz sein, je nach verwendeter Pappe und Breite der Adapterplatine für den USB-Anschluss.
Elektronisch passiert nicht viel – das Steckbrett sorgt lediglich für die mechanische Basis der Konstruktion und die Spannungsversorgung der ESP32-CAM 10. Als Adapter für das Smartphone-Netzteil mit Micro-USB-Anschluss haben wir hier das PAD aus dem Elektronik-Experimentierset genommen (siehe auch Seite 98), alternative Breakout-Boards für diesen Anschluss gibt es von diversen Anbietern (Links in der Kurzinfo). Die Drahtbrücken führen einerseits +5 Volt und Masse von der Adapterplatine an die beiden Spannungsschienen des Breadboards und andererseits von dort die +5 Volt an den ersten Pin und Masse an den zweiten Pin der ESP32-CAM links oben, wenn man wieder in die Kamera schaut und die Beschriftung auf dem Board aufrecht lesen kann (zur Sicherheit sind die Pins auch winzig klein beschriftet). Die Anzahl der Buchsenreihen und damit der Abstand zwischen ESP32-CAM und Adapterplatine ist nicht entscheidend, er sollte nur so groß sein, dass später die Bühne ausreichend Platz hat – und die bauen wir jetzt.
Die Bühne
Die Bühne für die Negative besteht zum einen aus einem Würfel, der über das Kameramodul gestülpt wird, das gröbste Streulicht aussperrt und für den nötigen Abstand zwischen Linse und Negativ sorgt. Zum anderen gibt es noch zwei Schienen, durch die der Negativstreifen geschoben wird und die so konstruiert sind, dass der Bildbereich der empfindlichen Filmstreifen an keiner Stelle über irgendeine Oberfläche oder Kante schleift, was böse Kratzer zur Folge haben könnte. Den Aufbau zeigt das Schema 11.
Experimentell haben wir vorab ermittelt, dass das Negativ idealerweise etwa 50mm über der Oberfläche des Breadboards liegen sollte, damit die Kamera das Negativ möglichst formatfüllend aufnimmt, aber auf keinen Fall am Rand etwas abgeschnitten wird. Das ist aber nur eine Hintergrundinfo. Selber messen und konstruieren müssen Sie nichts, wir haben Schneidevorlagen für alle Pappteile in unsere Downloads gepackt. Sie können die Vorlage als PDF auf normales A4-Papier drucken, das auf die Pappe kleben und dann mit einem Cutter und Stahllineal sowie einem Bastelskalpell für saubere Ecken und Kerben ausschneiden. Hier ist etwas Geduld gefragt, der Zuschnitt der Pappteile von Hand ist der zeitaufwendigste Teil des Gucki-Baus. Falls Sie einen Lasercutter zur Verfügung haben, geht es damit natürlich bequemer und schneller; dann können Sie nach Belieben auch andere Materialien wie Sperrholz oder Kraftplex benutzen.
Achtung: Es gibt von den Vorlagen zum Download jeweils eine Version für Hochformat-Kameramodule (bei denen läuft später der Filmstreifen parallel zum Breadboard) und eine für Querformat-Kameramodule (da läuft der Film quer zum Breadboard, diese Version ist in 11 zu sehen). Welche Variante Sie brauchen, haben Sie ja bereits ermittelt (und wissen das hoffentlich noch).
Wenn Sie für Ihren Gucki extra Pappe besorgen müssen, schauen Sie mal, ob Sie im Künstlerbedarf sogenannte Finnpappe mit 3mm Stärke bekommen. Die ist günstig, lässt sich trotz der Dicke gut schneiden und man bekommt durch die Stärke satt Klebefläche zwischen den Teilen. Der Nachteil: Sie neigt etwas zum Fusseln, ein Staubsauger in Reichweite ist beim Schneiden nützlich. Es geht aber im Prinzip jede Pappe, die mindestens 1,5mm dick ist – die minimalen nötigen Modifikationen an der Schneidevorlage durch dünneres Material beschreiben wir online. Wir haben speziell für noch dünnere Pappe auch eine alternative Schneidevorlage und Bauanleitung ins Web gestellt, solider wird es aber mit der dicken Pappe.
Der Zusammenbau
Schneiden Sie nach der Vorlage alle Teile zurecht und vergessen Sie beim Deckel A nicht den Ausschnitt in der Mitte für das Negativ (ja, wir sprechen da aus Erfahrung …)! Geben Sie dann Alleskleber in die Aussparungen der Rückwand C und der Seitenteile D und E und kleben Sie diese untereinander und am Deckel A aneinander fest. Die Front B können Sie lose einsetzen, damit alles im Winkel ist, diese aber bitte noch nicht festkleben – sonst wird das Fokussieren später mühsam!
Dann kleben Sie im nächsten Schritt die beiden Schienen zusammen. Die Schienenteile sollten aus ungefähr 1mm dicker Pappe bestehen. Ist die Pappe dicker, wird die Führung eher lose, ist sie dünner, kann sich der Negativstreifen verklemmen. Haben Sie nur dünnere Pappe, kleben Sie lieber je zwei oder mehr Streifen zu doppelt so dicken Pappstreifen zusammen. Achtung: Die beiden Unterteile F sind etwas breiter als die Oberteile H, damit der obere Teil der Schiene das Negativ am Rand später nicht abschattet. Abschrägungen an den Enden von H erleichtern zudem das Einfädeln der Negativstreifen.
Kleben Sie die beiden Sandwiches jeweils aus F, dem Mittelstreifen G und dem Oberteilen H so zusammen, dass die später außen liegenden Kanten aller drei Streifen miteinander fluchten. Hat der Kleber abgebunden, die beiden Schienen mit den Unterteilen F so auf den Deckel A kleben, dass die Innenkanten von F genau auf den Kanten des Bildausschnitts in A zu liegen kommen (die gelben Flächen auf den Vorlagen zeigen an, wo genau die beiden Unterteile F sitzen müssen). Und bevor der Kleber anzieht, schieben Sie probehalber einen echten Negativstreifen (alternativ einen Papierstreifen von 35mm Breite) durch die Schienen, um sicherzustellen, dass der Streifen gut geführt wird.
Das Fokussieren
Jetzt geht es dem Kameramodul der ESP32-CAM ans Objektiv. Das ist ins Gehäuse des Kameramoduls eingeschraubt und mit Lack fixiert, den es zu knacken gilt. Dazu trennt man das Board von der Stromversorgung, falls es gerade noch läuft, hält mit einer ausreichend langen Spitzzange oder einem ähnlichen Werkzeug den viereckigen Kamerakörper fest und dreht gefühlvoll mit einer zweiten Zange am Objektiv gegen den Uhrzeigersinn. Eventuell ist auch ein selbstgeschnittenes Werkzeug aus einer alten Scheckkarte hilfreich, wie seinerzeit bei den defokussierten Raspi-Kameras (siehe Make 3/16).
Wenn Sie einen 3D-Drucker haben, ist das ESP32-CAM Focus tool des Thingiverse-Nutzers AskePetter 12 sehr nützlich: Stülpen Sie dieses einfach so auf das runde Objektivgehäuse, dass die kleinen Stege im Werkzeug in die Kerben rings um das Objektiv greifen und drehen dann gegen den Uhrzeigersinn, während Sie das Kameragehäuse festhalten.
Einmal gelöst, lässt sich das Objektiv leicht mit der Hand verdrehen. Durch sein Gewinde wird bei Drehung gegen den Uhrzeigersinn der Abstand zwischen Linse und Sensor größer, die Kamera wird sozusagen kurzsichtig. Das ist beabsichtigt, denn im Werkszustand bildet sie alles ab etwa 20cm Entfernung scharf ab, wir wollen aber bis auf rund 5cm heran, damit das Negativ möglichst formatfüllend abgebildet wird.
Zur Feineinstellung kommen wir aber gleich erst, vorher sollte das Kameramodul noch am Board befestigt werden, denn im Lieferzustand lommelt es am Ende eines kurzen Folienbandkabels herum. Am einfachsten klebt man die Kamera mit einem Tropfen Alleskleber auf die darunterliegende Oberseite des SD-Kartenslots. Achten Sie dabei darauf, dass das Modul unbedingt kantenparallel zum Board fixiert wird, sonst hat der Gucki später Schlagseite. Natürlich kann man auch mit dem 3D-Drucker einen aufklipsbaren Halter drucken, aber falls sich das Modul unter dem verkantet, ist seine Schieflage schwierig zu korrigieren.
Setzen Sie jetzt die Bühne auf das Breadboard, sodass die Schmalseite der ESP-Platine mit der Beschriftung innen an die Wand des Gehäuses stößt. Möglicherweise verhindern noch die Nupsis an der Seite des Breadboards, die zum Zusammenstecken mehrerer davon gedacht sind, dass die Unterkanten der Bühnen-Seitenteile D und E auf dem Breadboard zu liegen kommen. In diesem Fall müssen Sie nochmal mit dem Cutter ran und eine passende Kerbe in die Front B oder die Rückwand C schneiden 13. Da sich die Breadboards verschiedener Hersteller in manchen Details unterscheiden, sitzen die Nupsis nicht an einheitlichen Stellen und auch ihre Breite variiert, deshalb haben wir die Kerbe dafür in der Schneidevorlage noch nicht vorgesehen.
Schieben Sie dann ein möglichst kontrastreiches Negativ mit feinen Strukturen in die Schiene – alternativ tut es auch der eben erwähnte 35mm-Papierstreifen mit ein paar dünnen schwarzen Linien drauf. Versorgen Sie das Board mit dem Smartphone-Netzteil mit Strom und rufen Sie die Webseite mit dem Live-Kamerabild auf. Dann stellen sie die Kamera durch gefühlvolles Drehen am Objektiv auf das Negativ oder den Papierstreifen scharf. Falls Sie das 3D-gedruckte Focus tool benutzen, können Sie praktischerweise durch das Loch in dessen Mitte live beim Drehen auf das Negativ schauen.
Erscheint das Testbild scharf, können Sie die gefundene Position etwa mit einem Lackstift auf dem Objektivrand und dem Kamerahalter markieren, falls Sie befürchten, dass es sich beim Transport verstellt. Achtung: Vermeiden Sie möglichst, das Objektiv ganz heraus zu schrauben, da sonst sehr leicht Dreck auf den Sensor gerät, den man nicht mehr los wird …
Jetzt darf man endlich auch die Front B am Rest der Bühne festkleben. Leider gibt es bei den Steckbrettern keine ganz einheitliche Breite, sodass es sein kann, dass die Bühne auf dem Breadboard nur lose sitzt und zu verrutschen droht. In diesem Fall kann man sie etwa mit einem knetbaren Klebepad wie Patafix sichern. Ein bisschen Schiebereserve ist aber auch ganz wünschenswert, denn die Bühne sollte so platziert werden, dass auf dem Kamerabild auf allen Seiten höchstens ein minimaler Rand der Bühne zu sehen ist und das Negativ später zentriert angezeigt wird.
Die Beleuchtung
Wenn Sie jetzt den Special Effect: Negative aktivieren und die gewünschte Auflösung wählen, ist der ESP32-Gucki einsatzbereit und Sie können Ihre Negative am laufenden Filmstreifen sichten! Die visuelle Qualität der Anzeige ist allerdings davon abhängig, wie viel Licht durch das Negativ auf die Kamera fällt und wie gleichmäßig das passiert.
Praktisch und sehr hell sind natürlich spezielle Fotolampen 14, die man in ein Tischstativ spannt. Eigens anschaffen wird man die aber nicht, sie kosten ein Vielfaches des ganzen Projekts. Kein Problem, es geht auch ohne. Liegt der Gucki mit dem Breadboard auf dem Tisch, reicht schon eine helle Zimmerdecke als Lichtquelle aus; abends kann man sie zusätzlich mit einem Deckenfluter aufhellen. Die automatische Belichtungsreglung des Kameraservers liefert auch bei schwacher Beleuchtung noch erstaunlich gute Darstellungen ab.
Auch eine Schreibtischlampe, etwa 20 bis 30cm über dem Gucki platziert, kann gute Ergebnisse bringen, besonders, wenn man noch einen Streifen Butterbrotpapier, transparentes Zeichenpapier oder notfalls auch das dünnste weiße Papier in Reichweite als leicht gebogener Diffusor darüber anbringt. Heften Sie den Diffusor bevorzugt als Bogen an, dann hat das Papier genügend Abstand von der Fokusebene der Kamera, dass sich eventuell sichtbare Papierfasern nicht störend auf dem Live-Bild abzeichnen 15. Auch Tageslicht ist nicht zu unterschätzen, besonders, wenn man es vom Fenster durch eine schräggestellte, möglichst helle Pappe, Styroporplatte oder ähnliches auf das Negativ reflektiert. Eine Dritte Hand, unsere Locline-Stative aus der Make 1/22 (S. 68) oder Ähnliches kann hierbei als Halter gute Dienste leisten – hier ist Findigkeit gefragt, damit Sie aus den vor Ort verfügbaren Mitteln die beste Beleuchtung herausholen.
Möchte man ein Bild nicht nur betrachten, sondern gleich auch festhalten, macht man einfach einen Screenshot beziehungsweise klickt auf Get Still und dann auf das eingefrorene Bild und speichert es als Grafik auf seinem Smartphone, Tablet oder Notebook. Natürlich geht das nur in der maximalen Auflösung der Kamera, also knapp 2 Megapixel – und für die Farben übernehmen wir keine Haftung. Unser Gucki ist eben nur ein Gucki, kein Scanni – im Gegenzug bleibt der Aufwand für dieses Projekt im Rahmen. Und noch ein Tipp: Widerstehen Sie der Versuchung, durch Wischen auf dem Smartphone zum nächsten Bild zu wechseln, das klappt nicht (sorgt aber sicher für allgemeine Erheiterung). Sie müssen schon zum Gucki greifen und den Negativstreifen dort von Hand weiterschieben. Aber jetzt: Viel Spaß beim Nachbau und beim Schwelgen in fotografischen Erinnerungen! —pek