Pretvorite video kamero iz osemdesetih let v polarimetrično sliko v realnem času: 14 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Polarimetrično slikanje ponuja pot za razvoj aplikacij, ki spreminjajo igre, na najrazličnejših področjih-vse od spremljanja okolja in medicinske diagnostike do varnostnih in protiterorističnih aplikacij. Vendar pa zelo visoki stroški komercialnih polarimetričnih kamer ovirajo raziskave in razvoj polarimetričnega slikanja. Ta članek predstavlja podrobna navodila za pretvorbo tri-cevne barvne kamere iz 80-ih let prejšnjega stoletja v polarimetrično slikovno sliko v realnem času. Kamera, uporabljena kot podlaga za to pretvorbo, je na trgu presežkov na voljo za približno 50 USD. Ta navodila za smeti v zaklad vam bodo pokazali, kako kamero, ki je primerna le kot rekvizit, pretvoriti v uporaben znanstveni instrument, katerega komercialne različice bi bile vredne več deset tisoč dolarjev.

Za izvedbo te pretvorbe boste potrebovali naslednje elemente:

• Delovni presežek fotoaparata JVC KY-1900 (modela KY-2000 in KY-2700 sta podobna modelu KY-1900 in sta lahko tudi primerna)
• Ø25,4 mm širokopasovni razcepnik žarkov 70T/30R (npr. Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm širokopasovni razcepnik žarkov 50/50 (npr. Thorlabs BSW10)
• Adapterji za ločevanje žarometov s 3D-tiskanjem
• List polarizirane plastike (npr. Edmund Optics 86-188)

1. korak: Razumevanje polarimetričnega slikanja

Za svetlobni val je značilna njegova valovna dolžina, ki jo zaznavamo kot barvo okrožja; njegova amplituda, ki jo zaznavamo kot stopnjo intenzivnosti; in kot, pod katerim niha glede na referenčno os. Ta zadnji parameter se imenuje valov "kot polarizacije" in je značilnost svetlobe, ki je človeške oči ne morejo razlikovati. Vendar polarizacija svetlobe prinaša zanimive informacije o našem vizualnem okolju, nekatere živali pa jo lahko zaznajo in se kritično zanašajo na ta občutek za navigacijo in preživetje.

Podroben in razumljiv opis polarimetričnega slikanja in njegovih aplikacij je na voljo v moji beli knjigi na polarimetričnih kamerah DOLPi, ki je na voljo na:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf in njegova predstavitev na YouTubu na:

2. korak: Nakup in poravnava kamere

KY-1900 je bil kot profesionalna barvna kamera predstavljen v poznih 70-ih. To je bil eden redkih modelov, ki je bil izdelan s plastičnim oranžnim ohišjem, zaradi česar je bil zelo značilen in oznaka vrhunske profesionalnosti za snemalne ekipe. Leta 1982 se je ta kamera prodala za okoli 9000 USD.

Danes bi ga na trgu presežkov lahko našli za okoli 50 USD. KY-1900 je bil zgrajen kot rezervoar, zato je velika verjetnost, da bo popolnoma funkcionalen, če bo videti lepo kozmetično. Samo priključite ga na barvni monitor NTSC in ga napajajte z 12VDC (kamera črpa okoli 1,7A).

Preden nadaljujete s spremembo, se prepričajte, da je fotoaparat v brezhibnem stanju in dobro poravnan. Uporabite navodila, prikazana v Dodatku II bele knjige projekta, da poravnate fotoaparat in preverite, ali deluje pravilno.

3. korak: Dostop do optičnega sklopa

Prvi korak pri pretvorbi je dostop do optičnega sklopa kamere, ki vključuje naslednje korake:

• Odstranite levi pokrov fotoaparata
• Odstranite tiskano vezje DF
• Odlepite plastično izolacijsko folijo, ki je z dvostranskim trakom pritrjena na zunanjo pokrovno ploščo optičnega sklopa

4. korak: Odpiranje optičnega sklopa

Odstranite notranjo pokrovno ploščo optičnega sklopa. Ta plošča je zlepljena na sklop. Plošče ne boste več uporabljali, zato ne skrbite, da bi jo popačili. Vendar pazite, da ne poškodujete optičnih elementov v sklopu.

Spodnje podokno slike prikazuje optični sklop nespremenjene kamere JVC KY-1900. Vpadna svetloba skozi prvi relejni objektiv se z dikrojevimi razpršilniki razcepi na tri barvne slike, preden jih pošljejo v ustrezne cevi Saticon preko drugih relejnih leč. Sprememba v polarimetrični slikovni posnetek v realnem času vključuje izmenjavo originalnih dihroičnih razcepnikov snopov Dichroic Beamsplitter Assembly s širokopasovnimi cepilniki, odpravljanje barvnih filtrov za obrezovanje znotraj drugih relejnih leč in dodajanje polarizacijskih analizatorjev.

5. korak: Odstranitev dikrojevega sklopa razpršilca žarkov

Sklop žage je pritrjen s tremi vijaki, enim od spredaj in dvema od zadaj. Zato je treba desni pokrov fotoaparata, tiskano vezje in plastično folijo odstraniti, da so ti dostopni.

Korak 6: Adapter prstani za razpršitev žarometov 3D-tiskanje

Dichroični cepilniki, ki so bili prvotno uporabljeni v fotoaparatu KY-1900, imajo nestandardni premer, zato sem se za spremembo odločil uporabiti širokopasovne cepilnike s premerom 1”premera. Moj prijatelj in kolega Jason Meyers je zasnoval in 3D-natisnil zadrževalni obroč, ki drži 1-palčne cepilnike na mestu. Datoteke za CAD in 3D tiskanje so na voljo v tem DropBoxu.

7. korak: Zamenjava dikroičnih razpršilcev žarkov s širokopasovnimi razpršilci žarkov

Naslednji korak v postopku pretvorbe je zamenjava dikrojevih ločilnikov s širokopasovnimi. Slika mora biti bolj ali manj enakomerno razdeljena na tri slike, zato mora prvi cepilnik odsevati približno 33,33% vpadne svetlobe, pri tem pa 66,66% svetlobe preiti na drugi razcepnik, ki naj bi nato razdelil ta del enakomerno. Uporabil sem naslednje cepilnike:

• Ø25,4 mm širokopasovni razcepnik žarkov 70T/30R (Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm širokopasovni lomilec žarkov 50/50 (Thorlabs BSW10)

Širokopasovne cepilnike razpršilcev žarkov znotraj zadrževalnih obročev je treba namestiti v sklop, spremenjeni sklop razpršilnika žarkov pa lahko nato namestite nazaj na svoje mesto. Začasno znova priključite tiskana vezja. Prepričajte se, da na izpostavljenih delih optičnega sklopa ni kratkih stikov, vklopite fotoaparat. Če ste pravilno namestili cepilnike za žarek, je za dosego poravnave potrebna le manjša prilagoditev vodoravnih/navpičnih potenciometrov. Opazili boste, da je slika še vedno barvna, čeprav nekoliko izprana v primerjavi s prvotno sliko. Slika je še vedno barvna, ker so v sekundarnih relejskih lečah zelo močni filtri, ki jih je treba odstraniti.

8. korak: Dostop do drugih relejskih leč

Če odstranite druge relejske leče (to jim je ime JVC) z optičnega sklopa, boste morali fotoaparat dodatno razstaviti. To je zato, ker je treba snemalne cevi odstraniti, preden lahko odstranite sekundarne relejske leče.

Začnite z odstranitvijo in odklopom tiskanih plošč iz kabelskih sklopov. Nato odstranite zadnji del fotoaparata. Cevne sklope lahko nato izvlečete iz ohišja cevi optičnega sklopa in tako omogočite dostop do drugih relejskih leč.

9. korak: Odstranitev in demontaža drugih relejnih leč (enega za drugim!)

Druge relejske leče so pritrjene z dobro skritimi majhnimi vijaki, ki so dostopni z desne strani optičnega sklopa. Ko je nastavitveni vijak odprt, izvlecite drugi relejni objektiv, na katerem boste delali. Na obe strani optične cevi zavijte nekaj plasti debelega električnega traku in ga odprite s kleščami.

10. korak: Odstranitev barvnih filtrov in druge relejske leče

Barvni filter je treba odstraniti tako, da s ključem ali zelo ostro pinceto odvijete zadrževalni obroč. Ko odstranite filter, preprosto znova sestavite lečo in jo s prstom privijte.

Če odstranite barvni filter, premaknete žarišče sekundarnega relejnega objektiva, zato ga ne smete znova vstaviti v optični sklop. Namesto tega bi morale spremenjene sekundarne relejske leče štrleti le približno 2,5 mm.

Po namestitvi in pritrditvi vseh nastavljenih sekundarnih relejskih leč lahko kamero znova sestavite. Optični sklop pustite dostopen in ploščo DF le začasno znova povežite, pri tem pazite, da ne pride do kratkega stika z optičnim sklopom.

11. korak: Ponovno namestite kamero

Zdaj je čas, da fotoaparat zelo previdno poravnate, da bo ustvaril popolnoma črno-belo sliko. Vedno bo vidna določena raven barvnega obroba, ker so bile sekundarne relejske leče zasnovane za ozek pas valovnih dolžin in se zdaj uporabljajo po celotni pasovni širini vidne svetlobe. Obrobje je še posebej opazno na robovih slike, ko povečavo povlečete do konca nazaj, vendar je dostojno registracijo mogoče doseči s potrpežljivim upoštevanjem postopka, opisanega v Dodatku II bele knjige projekta.

12. korak: Izdelava filtrov polarizacijskega analizatorja

Iz polarizacijskega lista izrežite tri kvadrate velikosti 1,42”× 1,42”. Uporabil sem Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, debelino 0,75 mm, polarizacijski laminiran film. Za ta film sem se odločil namesto cenejših ponudb, ker ima zelo visoko stopnjo izumrtja in velik prenos, kar omogoča boljše polarimetrične slike. Na sliki opazite, da je eden od kvadratov odrezan za 45 ° glede na druga dva.

13. korak: Dodajanje polarizacijskih analizatorjev

Polarizacijske analizatorje pritrdite s prozornim trakom znotraj optičnega sklopa, tako da so nameščeni znotraj optičnih poti do cevi, kot je prikazano na sliki.

To je to! Pretvorba je končana. Na tej stopnji lahko kamero preizkusite, preden znova sestavite pokrov optičnega sklopa (zavrgel sem notranji pokrov), znova pritrdite plastično folijo, znova priključite ploščo DF in zaprite ohišje fotoaparata.

14. korak: Uporaba kamere

Na sliki so prikazani rezultati z vzorčno tarčo iz kosov polarizirane plastike pod kotom med 0 ° in 180 ° skupaj z barvno vrstico. Cilj, posnet s spremenjene kamere JVC KY-1900, prikazuje barvno vrstico in druge nepolarizirane elemente slike v sivi lestvici, kosi polarizacijskega filma pa so svetlo obarvani in kodirajo njihov kot polarizacije v prostoru RGB NTSC.

Za dodatne informacije o tem projektu prenesite belo knjigo projekta s spletnega mesta www.diyPhysics.com.

Prva nagrada v smeti do zaklada