Pöytätietokone- ja 3D -skanneri Arduinolla: 12 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Jon BumsteadSeuraa lisää tekijältä:

Tietoja: Valon, musiikin ja elektroniikan projekteja. Löydän ne kaikki sivustoltani: www.jbumstead.com Lisätietoja jbumsteadista »

Tietokonetomografia (CT) tai laskennallinen aksiaalinen tomografia (CAT) liittyy useimmiten kehon kuvantamiseen, koska sen avulla lääkärit voivat nähdä potilaan sisäisen rakenteen ilman leikkausta. Jos haluat kuvata ihmiskehon sisällä, CT-skanneri vaatii röntgensäteitä, koska säteilyn on päästävä läpi kehon. Jos kohde on puoliksi läpinäkyvä, on todella mahdollista suorittaa CT-skannaus näkyvällä valolla! Tekniikkaa kutsutaan optiseksi CT: ksi, joka on erilainen kuin suositumpi optinen kuvantamistekniikka, joka tunnetaan optisena koherenssitomografiana.

Ostaakseni 3D-skannauksia puoliksi läpinäkyvistä esineistä, rakensin optisen CT-skannerin Arduino Nano- ja Nikon dSLR -laitteilla. Hankkeen puolivälissä tajusin, että fotogrammetria, toinen 3D -skannaustekniikka, vaatii paljon samaa laitteistoa kuin optinen CT -skanneri. Tässä ohjeessa käyn läpi rakentamani järjestelmän, joka pystyy CT -skannaukseen ja fotogrammetriaan. Kuvien hankinnan jälkeen minulla on vaiheet PhotoScanin tai Matlabin käyttämiseen 3D -rekonstruktioiden laskemiseen.

Saat täyden luennon 3D -skannauksesta täältä.

Sain äskettäin tietää, että Ben Krasnow rakensi röntgen-CT-koneen Arduinon kanssa. Vaikuttava!

Lähettämisen jälkeen Michalis Orfanakis jakoi kotitekoisen optisen CT -skannerin, josta hän voitti 1. palkinnon Science on Stage Europe 2017 -tapahtumassa! Lue alla olevista kommenteista täydelliset asiakirjat hänen rakentamisestaan.

Optisen CT: n resurssit:

S J Doranin ja N Krstajin optisen tietokonetomografian historia ja periaatteet kolmiulotteisten säteilyn annosmittarien skannaamiseen

Kolmiulotteinen kuvan rekonstruktio CCD-kamerapohjaiseen optiseen tietokonetomografian skanneriin, kirjoittanut Hannah Mary Thomas T, opiskelijajäsen, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Rinnakkaiskeilan CCD -optisen tomografian tarkennusoptiikka Nikola Krstaji´cin ja Simon J Doranin 3D -säteilygeelidosimetriaa varten

Vaihe 1: Tietokonetomografian ja fotogrammetrian tausta

CT-skannaus edellyttää säteilylähdettä (esim. Röntgensäteitä tai valoa) esineen toisella puolella ja ilmaisimia toisella puolella. Ilmaisimeen saapuvan säteilyn määrä riippuu siitä, kuinka absorboiva kohde on tietyssä paikassa. Yksittäinen kuva, joka on saatu tällä asetuksella, tuottaa röntgenkuvan. Röntgenkuva on kuin varjo, ja siinä on kaikki 3D-tiedot projisoituna yhteen 2D-kuvaan. 3D-rekonstruointeja varten CT-skanneri hankkii röntgenkuvat useista kulmista joko kiertämällä kohdetta tai lähdetunnistinjärjestelmää.

CT-skannerin keräämiä kuvia kutsutaan sinogrammeiksi, ja ne näyttävät röntgensäteiden absorptiota yhden kehon viipaleen ja kulman läpi. Näiden tietojen avulla kohteen poikkileikkaus voidaan saada käyttämällä matemaattista operaatiota, jota kutsutaan käänteiseksi radonmuunnokseksi. Jos haluat lisätietoja tämän toiminnon toiminnasta, katso tämä video.

Samaa periaatetta sovelletaan optiseen CT -skanneriin, jossa kamera toimii ilmaisimena ja LED -ryhmä toimii lähteenä. Yksi suunnittelun tärkeistä osista on, että linssin keräämät valonsäteet ovat yhdensuuntaisia kulkiessaan kohteen läpi. Toisin sanoen linssin tulisi olla telekeskinen.

Fotogrammetria edellyttää kohteen valaisemista edestä. Valo heijastuu kohteesta ja kamera kerää sen. Useiden näkymien avulla voidaan luoda 3D -kartoitus avaruuden kohteen pinnasta.

Vaikka fotogrammetria mahdollistaa kohteen pinnan profiloinnin, CT -skannaus mahdollistaa esineiden sisäisen rakenteen rekonstruoinnin. Optisen CT: n suurin haittapuoli on, että voit käyttää kuvantamiseen vain puoliksi läpinäkyviä esineitä (esim. Hedelmiä, pehmopaperia, kumikarhuja jne.), Kun taas fotogrammetria voi toimia useimmissa kohteissa. Lisäksi fotogrammetriaa varten on paljon kehittyneempi ohjelmisto, joten rekonstruktiot näyttävät uskomattomilta.

Vaihe 2: Järjestelmän yleiskatsaus

Käytin kuvantamiseen skannerilla Nikon D5000: ta, jossa oli 50 mm: n polttoväli f/1,4 -objektiivi. Telekeskisen kuvantamisen saavuttamiseksi käytin 180 mm: n akromaattista duplettia, joka oli erotettu 50 mm: n linssistä putken jatkeella. Objektiivi pysäytettiin arvoon f/11 tai f/16 terävyysalueen lisäämiseksi.

Kameraa hallittiin suljinkaukosäätimellä, joka yhdistää kameran Arduino Nano -laitteeseen. Kamera on kiinnitetty PVC -rakenteeseen, joka liitetään mustaan laatikkoon, joka pitää skannattavan kohteen ja elektroniikan.

CT-skannausta varten kohde valaistaan takaa tehokkaalla LED-järjestelmällä. Kameran keräämän valon määrä riippuu siitä, kuinka paljon objekti absorboi. 3D -skannausta varten objekti valaistaan edestä käyttämällä osoitettavaa LED -ryhmää, jota ohjataan Arduinolla. Objektia pyöritetään askelmoottorilla, jota ohjataan H-sillan (L9110) ja Arduinon avulla.

Skannauksen parametrien säätämiseksi suunnittelin skannerin LCD -näytöllä, kahdella potentiometrillä ja kahdella painikkeella. Potentiometreillä ohjataan skannattujen valokuvien määrää ja valotusaikaa, ja painikkeet toimivat syöttöpainikkeena ja nollauspainikkeena. LCD -näytössä näkyvät skannausvaihtoehdot ja sitten skannauksen nykyinen tila, kun hankinta alkaa.

Kun näyte on asetettu CT- tai 3D -skannaukseen, skanneri ohjaa automaattisesti kameraa, LED -valoja ja moottoria kaikkien kuvien ottamiseksi. Kuvia käytetään sitten objektin 3D -mallin rekonstruoimiseen Matlab- tai PhotoScan -ohjelmalla.

Vaihe 3: Toimitusluettelo

Elektroniikka:

• Arduino Nano
• Askelmoottori (3,5 V, 1 A)
• H-silta L9110
• 16x2 LCD -näyttö
• 3x 10k potentiometrit
• 2X painikkeet
• 220 ohmin vastus
• 1 khm vastus
• 12V 3A virtalähde
• Buck -muunnin
• Virtaliitin naaras
• Virtapiirin pistoke
• Micro -USB -jatkojohto
• Virtakytkin
• Potentiometrin nupit
• PCB -erotukset
• Prototyyppikortti
• Kierrä lanka
• Sähköteippi

Kamera ja valaistus:

• Kamerana käytin Nikon D5000 dSLR -kameraa
• Päälinssi (polttoväli = 50 mm)
• Putken jatke
• Akromaattinen dupletti (polttoväli = 180 mm)
• Sulkimen kaukosäädin
• Osoitettava LED -nauha
• Utilitech pro 1-luumeninen kannettava LED-valo
• Paperi valon hajauttamiseen

Valolaatikko:

• 2x 26cmx26cm ¼ tuuman paksu vaneri
• 2x 30cmx26cm ¼ tuuman paksu vaneri
• 1x 30cmx25cm ½ tuuman paksuinen vaneri
• 2x ½ tuuman tapitangot
• 8x L-muotoiset PVC-liitokset halkaisijaltaan ½ tuumaa
• 8x T-muotoiset PVC-liitokset halkaisijaltaan ½ tuumaa
• 1x PVC -viitta ½ tuumaa
• 4 jalkaa 1x2 mänty
• Ohut alumiinilevy
• Musta julistelevy
• Mutterit ja pultit
• kevät

Työkalut:

• Juotin
• Porakone
• Langan käärintätyökalu
• Dremel
• Palapeli
• Lankaleikkurit
• Sakset
• Nauha

Vaihe 4: Laatikon suunnittelu ja 3D -kiinnikkeet

Pääpalkinto Epilog Challengessa 9