Exemples d'utilisation d'un système à base de microcontrolleur Arduino
automatisant la prise de vue de séries de photographies étagées en profondeur



La photographie à profondeur de champ étendue (focus stacking des anglophones) est une technique  qui consiste à faire assembler par un logiciel adapté les parties nettes d'une série de prises de vues étagées selon un axe pour obtenir une image composite dont la profondeur de champ est sensiblement plus importante que ce que permet une prise de vue unitaire ou dont la définition est supérieure à celle d'une prise de vue unitaire à petite ouverture. Différents termes français ont été proposés sur le forum "le naturaliste"pour remplacer cette longue expression, dont celui de zedification en particulier. Christian Aubert propose héliconisation en référence à un  logiciel utilisé. Le photographe Philippe Martin a de son coté forgé le néologisme d'"hyperfocus" pour son livre paru en 2011.

Cette technique s'est développée à partir des années 1990 avec l'imagerie numérique si on ne tient pas compte des précurseurs comme M.Locquin avec ses "photosynthèses" ( manuel de microscopie de 1978) ou J.Delly avec des collages de parties de tirages (livre photomacrography chez Kodak vers 1970) ou encore des techniques de "balayage" en argentique, utilisées par exemple par le système Dynaphot, ou par Sébastien Woehl.

D'après un historique de Rik Littlefield , les premières publications universitaires concernant des images numériques zedifiées remontent aux années 1980 (ex: Adelson&Al. 1984)  et les premiers logiciels commerciaux aux années 1990.

Pour ma part, c'est une communication de H.G.Adelmann aux 7e journées de microscopie de Hagen en novembre 1998 qui me l'a fait découvrir en microscopie (déja avec un moteur pas à pas commandé en visual basic); mais l'idée de passer de la microscopie à la forte macro était déja présente! (article dans Wissenschaftliche Mitteilungen XI,5 pages 149-156, octobre 1997: "Eine Schrittmotor-Steuerung...für 3D-Rekonstruktionen")

Toutefois, il y avait un obstacle car les logiciels nécessaires étaient soit d'usage complexe pour scientifiques comme ImageJ ou soit des compléments couteux à photoshop.
La sortie de logiciels grand public dans les années 2000 (combineZ sous windows dès 2002, HeliconFocus en 2004 également, puis Zerene stacker en 2009 pour les appareils Mac intosh en plus)  a permis le développement de la zedification parmi les photographes naturalistes amateurs ou professionnels dont plusieurs montrent des images d'insectes ou de plantes irréalisables auparavant (Linden Gledhill, John Hallmen, Nikola Rhamé, Nicolas Reussens, Gilles San Martin, Javier Torrent et Javier ReplingerFrédéric Labaune...).
Ceci au travers d'échanges, en particulier sur le forum photomacrography.net ou sur des groupes flickr comme "extreme macro gear" ou "focus stacks" .
autres groupes pour images : "DOF-stacking" ou encore "insects-field-stacks"  ou "insects-studio-stacks".

Les photographes intéressés ont d'abord du assembler des bancs macro permettant des déplacements fins entre chaque image de la pile. Des platines de microscopie ont été utilisées, avec des boutons à tourner plusieurs dizaines de fois d'un petit angle... 
Dans ce contexte, il était normal d'imaginer des systèmes de robots automatisant la réalisation de dizaines d'images étagées.

La firme Cognysis a mis en vente (en début 2010 ) un appareil permettant cette automatisation: le stackshot

Des systèmes complets permettant la photographie sur ce principe ont été présentés sur internet: Micro "super macro" Macro
par Linden Gledhill: BH2 Olympus et stackshot
stackshot
et MPE65mm Canon
par Enrico Savazzi Mitutoyo FS60 motorisé

En décembre 2012, le canadien Rylee Isitt a donné sur le forum photomacrography le lien pour la page de son site ou il décrit un système à base d'Arduino.
Auparavant, l'idée de réaliser un système similaire a germé sur le forum: "le naturaliste" courant 2011.
Des échanges ont permis de définir des besoins et le matériel nécessaire déja autour d'une carte Arduino. 
Christian Aubert avait déja en 2007 réalisé un robot sur base picbasic dédié à un travail simillaire sur statif de microscope
Il a dirigé le travail et a créé et réalisé à la fois un prototype et  la programmation correspondante.
Il a mème conçu une carte fille pour Arduino pour les montages définitifs soignés.
Frédéric Labaune a proposé le nom de  Stepduino pour le système (car basé sur un moteur pas à pas stepping motor).
Plusieurs membres se sont lancés dans la réalisation de leur prototype ainsi que de leur système basé sur leur propre matériel photographique et leur banc de mise au point.

Je n'ai fait que suivre les indications de montage et adapter le fonctionnement à mes dispositifs photographiques.

Voici l'état de mon bricolage au début de  l'été 2012

C'est un prototype fonctionnel, mais non soudé et sans boitier...

Les principaux composants sont:
- Arduino uno
- carte de puissance pollulu A4988
-
- batterie rechargeable 6800mAh lithium-ion Rechargeable 12V (pour moteur)
- batterie rechargeable type bouton 9V (pour arduino)
- cable de déclenchement pour appareil photo
- télécommande infrarouge
Stepduino


Une prise permet de se connecter à des moteurs bipolaires 4 fils que je possèdais déja.
J'ai prévu 4 systèmes d'avance plus ou moins importante pour différents situations photographiques avec des grandissements plus ou moins élevés et des pas plus ou moins fins:

Micro Microterrain  Macro  Proxi
micro microT macro proxi
entrainement du bouton micromètrique du microscope (en fait ce système me servait déja  avec une carte stepeasy sur sortie paralèle d'un ordinateur) bloc de mise au point de BHM à bouton relié à un moteur par une courroie.
(occasion Ebay sur laquelle je n'ai eu qu'a fixer mon moteur avec  une équerre)
platine micromètrique manuelle
(portant un charriot de map pour le dégrossissage)
Charriot Del Tron
(occasion)
course possible celle du microscope 30mm 10mm environs 35mm
profondeur au tour Le bouton d'un BHM correspond à:
200 microns= 0,2mm
Réduction des tours du BHM par courroie crantée  19->67 0,5mm A peu près 35/14= 2,4mm
annoncé 1/10e de pouce = 0,254cm
profondeur par pas (1/200e  tour ): 0,283µ 2,5 microns dans les 12,5 microns
Optiques et grandissements associés: ceux du microscope composé:
5x à 250x
(500x avec projectif 5x)
diverses optiques RMS:
- Luminars: environs 2 à 10x
- Nikon U: 5, 10 et 20x
- Olympus MSplan: 5 à 50x
ou 26mm (Mitutoyo)
180mm+Msplan 2,5x à 20x
200mm+ Mitutoyo 2à 10x
...
soufflet et 105 ou 65mm Nikon
0,5x  à 5x
mais aussi 180mm+Msplan 2,5x à 20x
...
remarques: système labo et diascopie usage possible sur le terrain
avec un sujet immobile
Bien que permettant un pas plus fin que le suivant, ce système a été laissé de coté du fait de mouvements parasites avec la transmission du moteur à la platine. montage le plus robuste, sur rail de type de celui du stackshot.

stepduino en boitier provisoire Pour les premiers essais en extérieur, voici le montage dans un boitier provisoire en carton et raccordé aux systèmes  MicroTerrain et proxi. microterrain StepduinoMacro

J'ai vite constaté qu'en extérieur le problème de la stabilité du sujet est quasi insoluble en macro. Le sujet se déplace toujours mème avec un vent insensible. Je pense peu sortir le modèle Micro terrain. Il faut se limiter à des images proxi. 
Le flash TTL sans fil fonctionne en extérieur, mais pour les boitiers qui en sont dépourvus, les cellules de synchro ne sont pas assez efficaces et il faut revenir à un cable de synchro (ou il faudrait tester un système radio).
Daniel Nardin juillet 2012
Ajout adresse projet Rylee Isitt décembre 2012
complément historique, juillet 2013