Muunna 1980-luvun videokamera reaaliaikaiseksi polarimetriseksi kuvaajaksi: 14 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Polarimetrinen kuvantaminen tarjoaa mahdollisuuden kehittää peliä muuttavia sovelluksia monilla eri aloilla-ympäristön seurannasta ja lääketieteellisestä diagnostiikasta turvallisuuteen ja terrorisminvastaisiin sovelluksiin. Kaupallisten polarimetristen kameroiden erittäin korkeat kustannukset ovat kuitenkin haitanneet polarimetrisen kuvantamisen tutkimusta ja kehittämistä. Tässä artikkelissa esitetään yksityiskohtaiset ohjeet 1980-luvun ylijäämän 3-putkisen värikameran muuttamiseksi reaaliaikaiseksi polarimetriseksi kuvaajaksi. Tämän muunnoksen perustana käytetty kamera on laajalti saatavilla ylijäämämarkkinoilla noin 50 dollarilla. Tämä Instructable-roskakorista aarteeksi -opas näyttää sinulle, kuinka muuntaa vain rekvisiittaksi sopiva kamera hyödylliseksi tieteelliseksi välineeksi, jonka kaupalliset versiot olisivat arvoltaan kymmeniä tuhansia dollareita.

Tarvitset seuraavat kohteet tämän muunnoksen suorittamiseksi:

• Ylijäämäinen JVC KY-1900 -kamera (mallit KY-2000 ja KY-2700 näyttävät samanlaisilta kuin KY-1900 ja voivat myös sopia)
• Ø25,4 mm: n laajakaistainen 70T/30R -säteenjakaja (esim. Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm: n laajakaistainen 50/50 -säteenjakaja (esim. Thorlabs BSW10)
• 3D-tulostetut säteenjakajan sovitinrenkaat
• Arkki polarisoivaa muovia (esim. Edmund Optics 86-188)

Vaihe 1: Polarimetrisen kuvantamisen ymmärtäminen

Valoaallolle on ominaista sen aallonpituus, jonka me havaitsemme piirivärinä; sen amplitudi, jonka näemme voimakkuustasona; ja kulma, jossa se värähtelee vertailuakselin suhteen. Tätä viimeistä parametria kutsutaan aallon "polarisaatiokulmaksi", ja se on valon ominaisuus, jota avuttomat ihmissilmät eivät pysty erottamaan. Valon polarisaatio sisältää kuitenkin mielenkiintoista tietoa visuaalisesta ympäristöstämme, ja jotkut eläimet kykenevät havaitsemaan sen ja luottamaan kriittisesti tähän mieleen navigoinnin ja selviytymisen kannalta.

Yksityiskohtainen ja helposti ymmärrettävä kuvaus polarimetrisesta kuvantamisesta ja sen sovelluksista on saatavilla DOLPi-polarimetristen kameroiden valkoisessa paperissani osoitteessa:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf ja sen esitys YouTubessa osoitteessa

Vaihe 2: Kameran ostaminen ja kohdistaminen

KY-1900 esiteltiin ammattitason värikamerana 70-luvun lopulla. Se oli yksi harvoista malleista, joissa oli muovinen oranssi runko, joten se oli hyvin erottuva ja merkki huippuluokan ammattitaidosta kameramiehille. Vuonna 1982 tämä kamera myytiin noin 9 000 dollarilla.

Nykyään sinun pitäisi pystyä löytämään sellainen ylijäämämarkkinoilta noin 50 dollarilla. KY-1900 rakennettiin kuin säiliö, joten on erittäin todennäköistä, että se on täysin toimiva, jos se näyttää hyvältä kosmeettisesti. Liitä se vain NTSC -värinäyttöön ja toimita 12 VDC (kamera kuluttaa noin 1,7 A).

Ennen kuin jatkat muokkaamista, varmista, että kamera on toimintakunnossa ja hyvin kohdistettu. Kohdista kamerasi projektin valkoisen kirjan liitteessä II olevien ohjeiden mukaisesti ja tarkista, että se toimii oikein.

Vaihe 3: Optisen kokoonpanon käyttäminen

Muunnoksen ensimmäinen vaihe on käyttää kameran optista kokoonpanoa, joka sisältää seuraavat vaiheet:

• Irrota kameran vasen kansi
• Irrota DF -piirilevy
• Irrota muovinen eristyslevy, joka on kiinnitetty kaksipuolisella teipillä optisen kokoonpanon ulkolevyyn

Vaihe 4: Optisen kokoonpanon avaaminen

Irrota optisen kokoonpanon sisälevy. Tämä levy on liimattu kokoonpanoon. Levyä ei käytetä uudelleen, joten älä murehdi sen vääristymistä. Varo kuitenkin vahingoittamasta kokoonpanon optisia elementtejä.

Kuvan alaruutu esittää modifioimattoman JVC KY-1900 -kameran optisen kokoonpanon. Ensimmäisen relelinssin läpi tuleva valo jaetaan kolmivärisiin kuviin dikrooppisilla säteenjakajilla, ennen kuin ne lähetetään vastaaville Saticon -putkilleen toisen välityslinssin kautta. Muutos reaaliaikaiseksi polarimetriseksi kuvantimeksi sisältää Dichroic Beamsplitter -kokoonpanon alkuperäisten dikrooppisten säteenjakajien vaihtamisen laajakaistaisilla säteenjakajilla, eliminoimalla värin rajaussuodattimet toisen välityslinssin sisällä ja lisäämällä polarisaatioanalysaattorit.

Vaihe 5: Dichroic -säteenjakajan irrottaminen

Säteenjakajakokoonpanossa on kolme ruuvia, yksi edestä ja kaksi takaa. Kameran oikeanpuoleinen kansi, piirilevy ja muovikalvo on poistettava, jotta niihin pääsee käsiksi.

Vaihe 6: 3D-tulostus Beamsplitter-sovittimen renkaat

KY-1900-kamerassa alun perin käytettyjen dikrooppisten säteenjakajien halkaisija on epätyypillinen, joten päätin käyttää muutoksessa 1 tuuman halkaisijaltaan laajakaistalevykeilaajia. Ystäväni ja kollegani Jason Meyers suunnittelivat ja 3D-tulostivat pidätysrenkaan pitämään 1 tuuman säteenjakajat paikallaan. CAD- ja 3D-tulostustiedostot ovat saatavilla tästä DropBoxista.

Vaihe 7: Dichroic -säteenjakajien korvaaminen laajakaistaisilla säteenjakajilla

Seuraava vaihe muuntamisprosessissa on korvata dikroiset säteenjakajat laajakaistaisilla säteenjakajilla. Kuva on jaettava suunnilleen kolmeen kuvaan, joten ensimmäisen säteenjakajan on heijastettava noin 33,33% tulevasta valosta ja 66,66% valosta saa siirtyä toiseen säteenjakajaan, jonka pitäisi jakaa tämä osa tasaisesti. Käytin seuraavia säteenjakajia:

• Ø25,4 mm: n laajakaistainen 70T/30R -säteenjakaja (Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm: n laajakaistainen 50/50 -säteenjakaja (Thorlabs BSW10)

Kiinnitysrenkaiden sisällä olevat laajakaistaiset säteenjakajat tulee asentaa kokoonpanoon ja muutettu säteenjakaja voidaan asentaa takaisin paikalleen. Liitä piirilevyt väliaikaisesti uudelleen. Varmista, että mikään ei osu optisen kokoonpanon paljaisiin osiin, käynnistä kamera. Vain vaakasuuntaisia/pystysuoria potentiometrejä tulee säätää, jotta kohdistus saadaan aikaan, jos asetat säteenjakajat oikein. Huomaat, että kuva on edelleen värillinen, vaikkakin hieman haalistunut verrattuna alkuperäiseen kuvaan. Kuva näkyy edelleen värillisenä, koska toissijaiset relelinssit sisältävät erittäin vahvoja suodattimia, jotka on poistettava.

Vaihe 8: Toisen relelinssin käyttö

Toisten releobjektiivien (tämä on JVC: n nimi) irrottaminen optisesta kokoonpanosta vaatii kameran lisäpurauksen. Tämä johtuu siitä, että kuvanottoputket on poistettava ennen toissijaisten relelinssien poistamista.

Aloita ottamalla ja irrottamalla painetut levyt kaapelikokoonpanoista. Irrota sitten kameran takaosa. Putkikokoonpanot voidaan sitten vetää pois optisen kokoonpanon putkikoteloista, jolloin päästään käsiksi toisiin relelinssiin.

Vaihe 9: Toisten relelinssien irrotus ja purkaminen (yksi kerrallaan!)

Toiset relelinssit pysyvät paikoillaan hyvin piilotetuilla pienillä ruuveilla, joihin pääsee käsiksi optisen kokoonpanon oikealta puolelta. Kun säätöruuvi on auki, vedä ulos toinen relelinssistä, jolla aiot työskennellä. Kääri muutama kerros paksua sähköteippiä optisen putken molemmille puolille ja avaa se pihdeillä.

Vaihe 10: Värisuodattimien irrotus ja toisen relelinssin kokoaminen

Värisuodatin on poistettava avaamalla kiinnitysrengas avainavaimella tai erittäin terävällä pinsetillä. Kun olet poistanut suodattimen, kokoa objektiivi ja kiristä sormella.

Värisuodattimen poistaminen siirtää toissijaisen esilinssin polttoväliä, joten sitä ei tule asettaa takaisin optiseen kokoonpanoon. Sen sijaan modifioitujen toissijaisten relelinssien tulisi ulottua vain noin 2,5 mm.

Kamera voidaan koota uudelleen, kun kaikki muutetut toissijaiset relelinssit on asennettu ja kiinnitetty ruuveilla. Jätä optinen kokoonpano esille ja kytke DF-kortti uudelleen vain väliaikaisesti varmistaen, ettei se oikosulje optisen kokoonpanon kanssa.

Vaihe 11: Kameran kohdistaminen uudelleen

Nyt on aika kohdistaa kamera huolellisesti niin, että se tuottaa täydellisen mustavalkoisen kuvan. Jotkut värin hajanaisuudet näkyvät aina, koska toissijaiset relelinssit on suunniteltu kapealle aallonpituusalueelle, ja niitä käytetään nyt koko näkyvän valon kaistanleveydellä. Kuorinta on erityisen havaittavissa kuvan reunoilla, kun zoomaus vedetään kokonaan taaksepäin, mutta kunnollinen rekisteröinti voidaan saavuttaa noudattamalla kärsivällisesti projektin valkoisen kirjan liitteessä II kuvattua menettelyä.

Vaihe 12: Polarisaatioanalysaattorin suodattimien tekeminen

Leikkaa kolme 1,42”× 1,42” neliötä polarisaatioarkista. Käytin Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, 0,75 mm paksuus, polarisoivaa laminoitua kalvoa. Valitsin tämän kalvon halvempien tarjousten sijasta, koska siinä on erittäin suuri sukupuutosuhde ja korkea lähetys, mikä tekee paremmista polarimetrisistä kuvista. Huomaa kuvassa, että yksi neliöistä on leikattu 45 ° kulmaan kahden muun suhteen.

Vaihe 13: Polarisaatioanalysaattorien lisääminen

Kiinnitä polarisaatioanalysaattorit kirkkaalla teipillä optiseen kokoonpanoon siten, että ne on sijoitettu optisten reittien sisään putkiin kuvan osoittamalla tavalla.

Se siitä! Muunnos on valmis. Voit testata kameraa tässä vaiheessa ennen optisen kokoonpanon kannen kokoamista (heitin sisäkannen pois), muovilevyn kiinnittämistä uudelleen, DF -kortin liittämistä uudelleen ja kameran kotelon sulkemista.

Vaihe 14: Kameran käyttö

Kuvassa esitetään tulokset näytekohteella, joka on valmistettu polarisoivista muovikappaleista 0 ° - 180 ° kulmassa väripalkin kanssa. Kohde, joka on otettu muokatusta JVC KY-1900 -kamerasta, näyttää väripalkin ja muut ei-polarisoidut elementit harmaasävyisenä, kun taas polarisaattorikalvon palat ovat kirkkaita, ja ne koodaavat niiden polarisaatiokulman NTSC: n RGB-tilassa.

Jos haluat lisätietoja tästä projektista, lataa hankkeen esite osoitteesta www.diyPhysics.com.

Ensimmäinen palkinto roskakorista aarteeseen