High speed Photographie

Unter High speed Photographier versteht man die Aufnahme von Vorgängen mit sehr hoher Bildrate. Gewöhnliche Videokameras nehmen nur rund 50 Bilder pro Sekunde auf. Bei high speed Kameras können es bis zu mehreren 100 000 Bildern/sek sein. Damit lassen sich ultrakurze Vorgänge untersuchen.

Variante 1: Schussapparat + Stroboskop

Bei dieser Variante verwende ich einen Schussapparat, ein Stroboskop und eine elektronische Ansteuerung bestehend aus einem Monoflop (monostabile Kippstufe) mit regelbarer Einschaltverzögerung.

Dabei kann die Bildaufnahme auf 2 Arten erfolgen:

1.) Die Digitalkamera belichtet im total abgedunkelten Raum für 30 Sekunden. Der Schussapparat wird mittels Monoflop ausgelöst. Das Stroboskop wird mit einem Monoflop mit Einschaltverzögerung (also nach einer einstellbaren Zeit im Anschluss an den Schuß) einmalig ausgelöst. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass ein einzelnes Photo mit sehr hoher Auflösung (z.B. 20 Megapixel) erstellt wird. Nachteil ist aber, dass der richtige Moment der Aufnahme nur mit sehr viel Glück erwischt wird. Die Verzögerung t1 muss also exakt passen. Dies ist in der Praxis nur schwer zu realisieren.

2.) Die Digitalkamera nimmt ein Video mit zum Beispiel 30 Bildern/sek auf. Danach wird das Stroboskop mittels Monoflop für rund 10 Sekunden aktiviert. Die Blitzrate des Stroboskops muss gleich sein wie die Bildrate der Videoaufnahme, also z.B. ebenfalls 30 Blitze/sek. Danach wird mit einem Monoflop mit Einschaltverzögerung der Schussapparat aktiviert. Der Schuss erfolgt natürlich innerhalb der Stroboskopaktivierung, also z.B. 3 Sekunden nach dem Start der Stroboskopblitze. Nachteil dieser Methode ist die relativ geringe Auflösung (z.B. Full-HD) der Videoaufnahme. Vorteil ist aber die gegenüber der Methode 1 deutlich gesteigerte Wahrscheinlichkeit einer gelungenen Aufnahme. Immerhin wird ja nicht nur eine einzige Aufnahme gemacht sondern 30-50 Bilder pro Sekunde!

Hier die verwendeten Schaltpläne für die monostabilen Kippstufen mit/ohne Einschaltverzögerung:

Der Schusspparat wird mit normalen 4.5 mm Diabolo-Projektilen betrieben. Für den Druck von bis zu 40 bar sorgt eine CO2-Patrone. Diese ist mittels CO2-Fahrradpumpe an den Schussapparat angeschlossen. Bei einer neueren Variante verwende ich für die Erzeugung des Drucks eine Pumpe für MTB-Dämpfer. Damit erziele ich max. 400 psi = ca. 28 bar. Vorteil ist, dass ich nicht mehr auf Co2-Patronen angewiesen bin, welche zudem beim “Laden” der Druckkammer die Umgebung so stark kühlen, dass das Verbindungsgewinde undicht werden kann und es dadurch zu einem Druckverlust kommt.

Mit einem Lichdetektor und einem Oszilloskop kann man die Blitzrate des Stroboskops genau auf die Aufnahmerate des Videos angleichen.

Ein einzelner Stroboskopblitz dauert nur etwa 20 µs, also 1/50000-stel einer Sekunde.


Variante 2: Casio Exilim high-speed-camera

Es gibt auch sehr günstige kommerzielle High-speed-Kameras wie etwa die Exilim-high-speed-Modelle von Casio. Meine EX-FC100 habe ich etwa gebraucht um nur 10 Euro erwerben können.

Die Casio-Exilim high-speed-Modelle sind in der Lage Videos bis zu 1000 fps aufzunehmen.

Damit die Aufnahmen bei solch kürzen Belichtungszeiten auch ausreichend hell sind, verwende ich in der Wohnung meine 100W Taschenlampe.

Einige Resultate: