Nowy autorski projekt!

W obecnych czasach narzędzi i technik wykonywania zdjęć czy filmów mamy naprawdę bardzo dużo. Time lapse jest znany już od bardzo dawna. Myślę że niemalże każdy widział zachód słońca w filmie trwającym zaledwie 30s – sporo takich ujęć zawierają filmy przyrodnicze, na których rejestrowane są powolne procesy przyrodnicze trwające godzinami czy nawet dniami. Ja pierwsze swoje time lapsy zacząłem tworzyć dzięki kamerce sportowej. Dziś niemalże każda ma wbudowaną taką funkcję – i nie jest to wielkim problemem. Dołączone oprogramowanie pozwala w szybki i łatwy sposób zamienić stos zdjęć w krótki film. O tym jak powstał projekt TimeLapse365 przeczytasz poniżej…

Wprowadzenie

Swoją kamerkę wykorzystywałem do różnych celów, i po pewnym czasie użytkowania wpadłem na pomysł utworzenia time lapsa z zaokiennego widoku. Powstały filmy jednodniowe – od wschodu do zachodu słońca, ale wciąż czułem nie dosyt. Marzyło mi się uwiecznić więcej – czyli to jak zmieniają się pory roku w naszym kraju – od zimy do zimy przez wiosnę, lato i jesień – krótko mówiąc przez cały rok. Pomysł rodził się dość długo, aż w końcu dojrzałem by zrealizować ten projekt. Nazwałem go TimeLapse365

Każdy kto choć trochę się interesuje filmem i fotografią wie czym jest time laps, mimo wszystko krótko to pojęcie przybliżę. Time łaps jest filmem utworzonym z bardzo dużej ilości zdjęć – nieruchomych obrazów. Każde zdjęcie to jedna klatka filmu. Czym więc różni się od filmu – częstotliwości rejestrowania pojedynczych zdjęć (klatek filmowych). Tradycyjny film tworzy się nagrywając min. 24 klatki (zdjęcia) na sekundę lub większą, jednak ta częstotliwość zapewnia podstawową płynność filmu (czyli płynność ruchu na filmie). Time łaps to film, w którym ta częstotliwość jest dużo dużo mniejsza – jedno zdjęcie (jedną klatkę) utrwala się np co 0,5s; 1s; ….. 60s – ten czas zależy oczywiście od twórcy. To on dobiera według własnego uznania tą częstotliwość.

Czym jest: TimeLapse365?

To mój autorski projekt – nie jest w żaden sposób wspierany ani sponsorowany (ale to może się zmienić – oczym nie omieszkam poinformować) – od pomysłu aż po końcowy film. We wstępie nakreśliłem jaki efekt zamarzyłem uzyskać – film obrazujący zmieniającą się pogodę każdego dnia przez cały rok. Przy codziennym pośpiechu, zapracowaniu nie zauważamy drobnych zmian pogody, pór roku… Łapiemy się na tym że dzień już coraz krótszy, lub też zrobiło się już tak ciepło że nie trzeba zakładać ciepłej kurtki… Nie chcę tutaj wyliczać wszystkich zmian, aspektów – to ma właśnie pokazać ten film – TimeLapse365.

Koncepcja

Każdy projekt wymaga odpowiedniego przygotowania, przemyślenia…. Nagranie time lapsa z zachodu słońca, lub też z całego dnia jest pewnym wyzwaniem – ale dla mnie nie stanowi większego problemu – zrobiłem takich filmów już dość dużo. Swoją kamerkę zazwyczaj umieszczałem na statywie. Instalowałem w niej dość dużą kartę pamięci – np 32GB i podłączałem ją pod powerbanka – ze względu na to że zastosowany w niej akumulator wystarcza na max. 1,5h pracy. Dla TimeLapse365 te wymagania są zasadniczo większe. Tak więc postanowiłem swoje wszystkie pomysły spisywać w notatniku. Na pierwszej stronie notatki do podwalin układu zasilania, na kolejnych częstotliwość robienia zdjęć, system mocowania, i inne…

Założenia

Kamerka musi pracować 24h/365 ( 24 godziny na dobę przez cały rok), w związku z tym trzeba zapewnić:

  1. stałe zasilanie
  2. ciągłość zapisu
  3. pewne niezmienne zamocowanie
  4. ochronę przed wilgocią

Projekt

Realizacja tego projektu wymaga przemyślenia całego przedsięwzięcia – od analizy założeń, poprzez wybór pomysłów umożliwiających ich spełnienie, aż po fizyczne wykonanie ich i w ostatnim etapie przetestowanie, celem sprawdzenia poprawności każdego z etapów (także założeń). Tak założenia też postanowiłem zweryfikować, o czym też opowiem.

Układ zasilania dla TimeLapse365

Rozwiniecie założeń:

Zasilanie – wykorzystać możliwość zasilania kamerki z sieci 230V – zasilacz sieciowy: 5V, 1A

W razie braku prądu (awaria, przerwa w dostawie) co być może nie zdąża się zbyt często w ciągu roku, ale ryzyko że wystąpi jest duże – zasilanie akumulatorowe pracujące na zasadzie UPS – tak można by zastosować UPS od komputera – w razie braku prądu 230V kamerka pracowałaby naprawdę długo.

Jednakże UPS to dość duże urządzenie i wbrew pozorom zbyt energochłonne to tego celu. Postanowiłem poszukać innego rozwiązania. Wpadłem na to by zrobić układ UPS oparty na ogniwach wyjętych ze starego akumulatora od laptopa. Ta koncepcja wpłynęła na powyższy punkt.

Otóż postanowiłem użyć dość popularnych ogniw LiIon 18650, które są ogólnie dostępne. Stosowane były w komputerach, a ze względu na duże wydajności prądowe także znalazły zastosowanie w elektronarzędziach, hulajnogach i innych urządzeniach bezprzewodowych.

Wracając do ogniw ich napięcie znamionowe to 3,7V – nie jest ono wprost 'pasujące’ do zasilania kamerki – ta ma wbudowane gniazdo mini USB charakteryzujące się napięciem 5V. Maksymalny prąd jaki udało mi się zmierzyć podczas pracy połączonej z ładowaniem podczas zasilania z USB to 1A. Aby zapewnić dość długą pracę kamerki podczas zasilania awaryjnego (czyli z akumulatorów LiIon) postanowiłem zbudować pakiet 3S2P. Powodów wyboru takie konfiguracji było kilka. Podstawowym to ten, że napięcie powstałe z połączenia 3S – wynosi ok. 12V (oczywiście zależy od stanu naładowania – max 12.6V). Dla wyjaśnia 3S2P to układ w którym mamy 3 zespoły połączenie szeregowo akumulatorów, przy czym każdy zespół – w tym przypadku składający się z dwóch jest połączony między sobą równolegle, co obrazuje poniższy obrazek:

Taki typ akumulatora wymaga zastosowania układu BMS (battery management system), spełnia on kilka funkcji:

  • zabezpiecza akumulator i pojedyncze cele przed nadmiernym rozładowaniem / naładowaniem
  • wyrównuje napięcia miedzy celami podczas ładowania
  • zabezpiecza cały pakiet przez nadmiernym obciążeniem prądowym
  • zapewnia właściwy program – sposób ładowania (nie wymaga dodatkowej ładowarki) – wystarczy podłączyć do odpowiedniego źródła zasilania ( w moim przypadku będzie to zasilacz 230V)

W związku z tym postanowiłem zastosować zasilacz sieciowy dający: 12V i 2A. ( 24W przy pełnym obciążeniu). Pozostała jeszcze jedna kwestia do rozwiązania. Konwersja 12V zasilacza/ akumulatora na napięcie zasilania kamerki – typowe 5V dla USB. Postanowiłem to wyzwanie rozwiązać stosując gotowy moduł przetwornicy. Wybrałem przetwornicę jako gotowy komponent, ponieważ nie jestem elektronikiem i zaprojektowanie i wykonanie takiego modułu zajęło by mi sporo czasu. Nie wiem taże ile by mnie to kosztowało. Moduły gotowych przetwornic znajdziesz w sklepach z elektroniką – po moim rozpoznaniu mogę powiedzieć że ich koszt to od 10 do ok 40zł. Ja wybrałem taką nieco droższą, wyposażoną w wyświetlacz, regulację napięcia wyjściowego i regulację obciążenia prądowego. Powodem była możliwość odczytywania i weryfikowania informacji o zasilaniu kamerki. W ten sposób powstał układ zasilania i podtrzymania podczas braku prądu. Poniżej schemat układu:

Realizacja układu zasilania. Decyzja zapadła co do rozwiązania. Akumulatory 18650 wygrzebane. Pozostało zrobić zakupy. Postanowiłem kupić moduł przetwornicy, woltomierz, gniazdo USB, przewód USB A – mini USB długości 0,8m. Do tego potrzebne były mi jeszcze: lutownica, cyna przewody, taśma izolacyjna i podstawowe narzędzia…

Przygotowanie układu (połączenie wszystkich komponentów) nie było zbyt czasochłonne – szacuje, że zajęło mi ok. jednej godziny.

TimeLapse365

Tak jak wspominałem wcześniej – test układu zasilania był bardzo istotny. Na pierwszy ogień – po połączeniu układu – test zasilania awaryjnego. Po ustawieniu przetwornicy na 5V i podłączeniu do niej kamerki została ona uruchomiona, włącznie z WiFi i transferem obrazu na tablet. Tak układ na zasilaniu z pakietu akumulatorów pracował 12h – przyznaje że nie wiem czy akumulatory były w pełni naładowane – ale ten czas uznałem za satysfakcjonujący. Oczywiście test odbywał się w warunkach pokojowych. Doprowadziłem nim do całkowitego rozładowania pakietu LiIon oraz akumulatora kamerki – by wykonać kolejny test – ładowania pod pełnym obciążeniem.

Kolejny test – pod pełnym obciążeniem.

Dodatkowy woltomierz zastosowany w układzie zastosowałem by mieć informację o zasilaniu i stanu naładowania pakietu (tak sądziłem). Przy tym teście wykryłem dwie niedoskonałości układu (przy najmniej w mojej ocenie dwie).

Pierwsza z nich – pomiar napięcia nie daje informacji o poziomie naładowania pakietu – teoretycznie naładowany pakiet powinien mieć napięcie 12,6V – na woltomierzu maksymalne napięcie jakie udało się uzyskać to 12,2V. Przyczyny mogą być dwie: – zasilacz 230V nie daje większego napięcia, przez co pakiet nie jest wstanie się naładować do maksimum, zaś druga możliwość to taka że BMS odcina ładowanie przy ok. 12V, jednak tego nie ma ma w mojej ocenie możliwości sprawdzenia.

Druga niedoskonałość – podczas zasilania z 230V kamera się nie naładowała. To mnie bardzo zmartwiło. Po kilku próbach z ładowaniem kamerki wniosek był jeden. Przewód USB A – mini – ma bardzo duży spadek napięcia – jest niskiej jakości i powoduje, że zbyt mało energii dociera do kamerki. Dziś już prawie nie ma urządzeń korzystających ze złącza USB mini – przez co znalezienie lepszego przewodu graniczy z cudem.

Modyfikacja

To spowodowało, że posunąłem nie do brutalnego rozwiązania tego problemu. Zakupiony przewód przeciąłem w dwóch miejscach – na ok 5 cm przed każdą z wtyczek. Moja teoria wstępnie się potwierdziła. Przewody zasilające okazały się bardzo cienkie. Ze swojego warsztatowego bałaganu wygrzebałem kilka przewodów o różnych przekrojach. Zacząłem od prawie najcieńszego, za to dwużyłowego. Był on tak na pierwszy rzut oka o dwa lub nawet trzy razy większym przekroju niż oryginalny USB.

W sieci bez problemu można znaleźć sposób podłączenia przewodów USB – wystarczy wpisać 'USB pinout’ – czerwony przewód to zasilanie VCC – +5V, zaś czarny to GND – czyli masa (lub jak to powinno się mówić przy prądzie stałym 'minus’), pozostałe dwa przewody nie zostały przeze mnie przedłużone – nie potrzebne do ładowania (służą do transferu danych). Przewody polutowane i zabezpieczone termokurczkami oraz taśmą izolacyjną.

Po tej modyfikacji uzyskałem zadowalający efekt ładowania kamerki. Pierwsza wersja TimeLapse365 niemalże gotowa! W ostatnim kroku budowy układu wyszukałem wystarczające pomieścić wszystko pudełko. Oryginalne wieczorem zastąpiłem cienkim tworzywem sztucznym, w którym wykonałem otwory na doprowadzenie zasilania, włącznik zasilania kamerki i otwór wyprowadzający przewody zasilające kamerkę.

Ciągłość zapisu.

TimeLapse365 ma składać się ze zdjęć rejestrowanych każdego dnia przez cały rok. Wybór parametrów time lapse… – zacznę od sprzętu.

Ze względu na ograniczony budżet do projektu postanowiłem wykorzystać posiadaną kamerkę GoPro 4 black. (Najnowszy model to 10)

Dla mnie największą wadą posiadanej kamerki jest słaba jakość zdjęć/filmu przy słabym oświetleniu. Zdaję sobie sprawę że nocna część filmu może być 'czarna’, ale nie mam możliwości zaprogramowania czasowego nagrywania (bądź nie znalazłem na to funkcjonalnego sposobu – najnowszy model posiada taką funkcjonalność ale nie wiem czy by się sprawdził przy tym projekcie) by móc rejestrować każdej doby tylko od wschodu do zachodu.

Rejestracja przez 24h/ dobę powoduje także dość sporą ilość zapisywanego materiału. Z tych względów postanawiam ustawić częstotliwość robienia zdjęć co 60s. Co jak łatwo policzyć daje 1 440 zdjęć na dobę i 525 600 przez cały rok.

Nie ma możliwości by móc zapisać je wszystkie na jednej karcie. To też niesie ryzyko uszkodzenia karty i niepowodzenia całego projektu. Tak więc postanawiam użyć karty o pojemności 64GB. Po włożeniu do kamerki odczytałem informacje o tym, że powinno się na niej zmieścić ok 24 tyś. zdjęć.

Po szybkiej analizie doszedłem do wniosku, że w tej sytuacji należy zgrywać zdjęcia co mniej więcej dwa tygodnie. Biorąc pod uwagę, że w roku mamy 53 tygodnie, to tych danych będzie bardzo dużo. Nie wiem czy zdołam gromadzić taką ilość. Rozważam także użycie do projektu dwóch takich kart – z szybką wymianą co 2 tyg. – zapewni mi to ciągłość zapisu. Kolejnym zadaniem co 2 tyg. będzie utworzenie filmu cząstkowego – pozwoli to na zaoszczędzenie miejsca na nośniku zewnętrznym. Tutaj przyszedł pomysł by co 4 tyg. publikować film (miesięczny) na kanale. Idąc dalej film końcowy będzie się składał z 13 odcinków.

Pewne mocowanie.

By zapewnić jednolite ujęcie TimeLapse365 trzeba zapewnić stałe niezmienne umocowanie kamerki. Systemów i akcesoriów do kamer sportowych jest całe mnóstwo na rynku. Od statywów, kijki, po przyssawki do szyb… Wybór nie jest czasami oczywisty. Jedno jest pewne. Kamerka musi być zamocowana pewnie – na sztywno. Przez rok nie może zmienić swojego położenia. To założenie kieruje mnie do wykonania indywidualnego mocowania. Będzie ono przytwierdzało kamerkę do kraty. Dodatkowo postanawiam użyć zabezpieczenia w postaci taśmy, która ma nie dopuścić do upadku kamery w trakcie montażu i demontażu. Koncepcji utwierdzenia kamery na kracie było kilka. Zdecydowałem się użyć kawałka ceownika aluminiowego do którego przykręcona będzie kamera, zaś ten profil do kraty poprzez śrubę z zaciskiem rowerowym. Wykonanie tego mocowania zajęło mi ok 3h, koszt jest trudny do oszacowania ponieważ użyłem posiadanych materiałów.

Ochrona przed wilgocią.

Ponieważ TimeLapse365 ma być tworzony przez cały rok, to jej kamerka musi być odporna na różne warunki atmosferyczne. Zasadniczo kamerki te (GoPro 4) były sprzedawane z obudowami wodoszczelnymi. Zapewniają one 100% ochronę. Jednak nie zawsze się sprawdzają.

W przypadku długo rejestrowanych time lapsów zdecydowanie nie. Ja swój zestaw już kilka lat temu rozszerzyłem o obudowę typu 'skeleton’. To obudowa niemalże identyczna do tej podwodnej. Jednak ma otwory na gniazda kamerki, oraz na przycisk Bluetooth i mikrofon, oraz drzwiczki z owalnymi otworami zapewniającymi chłodzenie.

Takie obudowy producent zaleca stosować w utrudnionych warunkach np podczas jazdy na motorze, gdzie silny wiatr mógłby uszkodzić soczewkę kamerki… Ja postanowiłem jej używać właśnie podczas tworzenia filmów poklatkowych. Po pierwsze kamerkę łatwo zamocować za pośrednictwem akcesoriów, mam ochronę obiektywu, po drugie mogę podłączyć zasilanie.

Pozostałe otwory zakleiłem taśmą izolacyjną – zabezpieczając w ten sposób kamerkę przed wilgocią. Po włożeniu kamerki do obudowy i podłączeniu kabla zasilającego zaklejam taśmą otwór tak by wilgoć nie mogła się dostać do wnętrza. W ten sposób powstało kilka długich nagrań zarówno w zimowe i deszczowe dni. Nie jest to zabezpieczenie tak pewne jak obudowa do nurkowania ale się sprawdziło w naprawdę trudnych warunkach.

Pierwszy test w realnych warunkach TimeLapse365.

Przed ostatecznym uruchomieniem, które zaplanowałem na pierwszy dzień przyszłego roku, nadszedł czas na dłuższy test w realnych warunkach. Pozostało sprawdzić ostatecznie układ zasilania, pewność mocowania, oraz przetestować sposób wymiany karty, jej pojemności…. Poniżej fotka prezentująca testowo pracujący układ TimeLapse365:

TimeLapse365

Poszczególne filmy wykonane do realizacji projektu TimeLapse365 będą publikowane na moim kanale na YouTube