CT Desktop dan Pengimbas 3D Dengan Arduino: 12 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Oleh jbumsteadJon BumsteadMengikuti Lagi oleh pengarang:

Tentang: Projek dalam cahaya, muzik, dan elektronik. Cari semuanya di laman web saya: www.jbumstead.com Lebih Lanjut Mengenai jbumstead »

Tomografi terkomputer (CT) atau tomografi aksial terkomputer (CAT) paling sering dikaitkan dengan pencitraan badan kerana ia membolehkan doktor melihat struktur anatomi di dalam pesakit tanpa perlu melakukan pembedahan. Untuk membuat gambar di dalam tubuh manusia, pengimbas CT memerlukan sinar-X kerana sinaran harus dapat menembusi tubuh. Sekiranya objek separa telus, sebenarnya adalah mungkin melakukan CT scan menggunakan cahaya yang dapat dilihat! Teknik ini disebut CT optik, yang berbeza daripada teknik pencitraan optik yang lebih terkenal yang dikenali sebagai tomografi koheren optik.

Untuk memperoleh imbasan 3D objek separa telus, saya membina pengimbas CT optik menggunakan Arduino Nano dan Nikon dSLR. Sepanjang proses ini, saya menyedari bahawa fotogrametri, teknik pengimbasan 3D yang lain, memerlukan banyak perkakasan yang sama dengan pengimbas CT optik. Dalam arahan ini, saya akan membahas sistem yang saya bina yang mampu melakukan imbasan CT dan fotogrametri. Setelah memperoleh gambar, saya mempunyai langkah menggunakan PhotoScan atau Matlab untuk mengira pembinaan semula 3D.

Untuk kelas penuh pengimbasan 3D, anda boleh melihat kelas arahan di sini.

Saya baru-baru ini mengetahui tentang Ben Krasnow membina mesin CT x-ray dengan Arduino. Mengagumkan!

Selepas membuat catatan, Michalis Orfanakis berkongsi pengimbas CT optik buatan sendiri, yang mana dia memenangi hadiah pertama dalam Science on Stage Europe 2017! Baca komen di bawah untuk dokumentasi lengkap mengenai binaannya.

Sumber pada CT optik:

Sejarah dan prinsip tomografi komputasi optik untuk mengimbas dosimeter radiasi 3-D oleh S J Doran dan N Krstaji

Pembinaan semula imej tiga dimensi untuk Pengimbas Tomografi Pengkomputeran Optik berasaskan CCDcamera oleh Hannah Mary Thomas T, Ahli Pelajar, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Fokus optik alat tomografi optik CCD rasuk selari untuk dosimetri gel radiasi 3D oleh Nikola Krstaji´c dan Simon J Doran

Langkah 1: Latar Belakang Tomografi dan Fotogrametri yang Dikira

Pengimbasan CT memerlukan sumber radiasi (mis. Sinar-x atau cahaya) di satu sisi objek dan pengesan di sisi lain. Jumlah radiasi yang sampai ke pengesan bergantung pada seberapa serap objek berada di lokasi tertentu. Satu gambar yang diperoleh dengan persediaan ini sahaja yang menghasilkan sinar-X. X-ray seperti bayangan, dan semua maklumat 3D diproyeksikan menjadi satu gambar 2D. Untuk membuat penyusunan semula 3D, pengimbas CT memperoleh imbasan sinar-X pada banyak sudut dengan memutar objek atau array pengesan sumber.

Gambar yang dikumpulkan oleh pengimbas CT disebut sinogram, dan ia menunjukkan penyerapan sinar-X melalui satu kepingan badan berbanding sudut. Dengan menggunakan data ini, penampang objek dapat diperoleh dengan menggunakan operasi matematik yang disebut transformasi Radon songsang. Untuk maklumat lengkap mengenai cara operasi ini berfungsi, lihat video ini.

Prinsip yang sama berlaku untuk pengimbas CT optik dengan kamera bertindak sebagai pengesan dan array LED bertindak sebagai sumbernya. Salah satu bahagian penting dalam reka bentuk adalah bahawa sinar cahaya yang dikumpulkan oleh lensa adalah selari ketika melakukan perjalanan melalui objek. Dengan kata lain, lensa harus telecentric.

Fotogrametri memerlukan objek diterangi dari depan. Cahaya dipantulkan dari objek dan dikumpulkan oleh kamera. Pelbagai pandangan boleh digunakan untuk membuat pemetaan 3D permukaan objek di ruang angkasa.

Walaupun fotogrametri memungkinkan profil permukaan objek, imbasan CT memungkinkan pembinaan semula struktur dalaman objek. Kelemahan utama CT optik ialah anda hanya boleh menggunakan objek yang separa telus untuk pengimejan (mis. Buah, kertas tisu, beruang gummie, dll.), Sedangkan fotogrametri dapat berfungsi untuk kebanyakan objek. Tambahan pula, terdapat perisian yang lebih maju untuk fotogrametri sehingga pembinaan semula kelihatan luar biasa.

Langkah 2: Gambaran Keseluruhan Sistem

Saya menggunakan Nikon D5000 dengan lensa f / 1.4 fokus 50mm untuk pengimejan dengan pengimbas. Untuk mencapai pengimejan telecentrik, saya menggunakan dwi ganda 180mm achromatic yang dipisahkan dari lensa 50mm dengan pemanjang tiub. Lensa dihentikan ke f / 11 atau f / 16 untuk meningkatkan kedalaman medan.

Kamera dikawal menggunakan alat rana jarak jauh yang menghubungkan kamera ke Arduino Nano. Kamera dipasang ke struktur PVC yang menghubungkan ke kotak hitam yang menahan objek yang akan diimbas dan elektronik.

Untuk imbasan CT, objek itu diterangi dari belakang dengan array LED berkuasa tinggi. Jumlah cahaya yang dikumpulkan oleh kamera bergantung pada berapa banyak yang diserap oleh objek. Untuk pengimbasan 3D, objek itu diterangi dari depan menggunakan array LED yang dapat dialamatkan yang dikendalikan dengan Arduino. Objek diputar menggunakan motor stepper, yang dikendalikan menggunakan H-bridge (L9110) dan Arduino.

Untuk menyesuaikan parameter imbasan, saya merancang pengimbas dengan layar Lcd, dua potensiometer, dan dua butang tekan. Potensiometer digunakan untuk mengontrol jumlah foto dalam pemindaian dan waktu paparan, dan tombol tekan berfungsi sebagai butang "enter" dan tombol "reset". Skrin Lcd memaparkan pilihan untuk imbasan, dan kemudian status imbasan semasa sebaik sahaja pemerolehan bermula.

Setelah meletakkan sampel untuk imbasan CT atau 3D, pengimbas mengendalikan kamera, LED, dan Motor secara automatik untuk memperoleh semua gambar. Gambar kemudian digunakan untuk menyusun semula model 3D objek menggunakan Matlab atau PhotoScan.

Langkah 3: Senarai Bekalan

Elektronik:

• Arduino Nano
• Motor Stepper (3.5V, 1A)
• Jambatan H L9110
• Skrin 16x2 Lcd
• Potensiometer 3X 10k
• Butang tekan 2X
• Perintang 220ohm
• Perintang 1kohm
• Bekalan kuasa 12V 3A
• Penukar Buck
• Power jack wanita
• Palam tong kuasa
• Kabel sambungan USB mikro
• Suis kuasa
• Tombol potensiometer
• Kekalahan PCB
• Papan prototaip
• Kawat balut wayar
• Pita elektrik

Kamera dan pencahayaan:

• Kamera, saya menggunakan Nikon D5000 dSLR
• Kanta utama (panjang fokus = 50mm)
• Pemanjang tiub
• Ganda Achromatic (panjang fokus = 180mm)
• Shutter remote
• Jalur LED yang boleh dialamatkan
• Lampu mudah alih LED Utilitech pro 1-lumen
• Kertas untuk menyebarkan cahaya

Kotak cahaya:

• Papan lapis setebal 2x 26cmx26cm ¼ inci
• Papan lapis setebal 2x30cmx26cm ¼ inci
• Papan lapis setebal 1x 30cmx25cm ½ inci
• Batang dowel berdiameter 2x ½ inci
• Sendi PVC berbentuk 8x diameter ½ inci
• Sambungan PVC berbentuk 8x diameter ½ inci
• Diameter 1x PVC ½ inci
• 4feet 1x2 pain
• Lembaran aluminium nipis
• Papan poster hitam
• Mur dan selak
• Musim bunga

Alat:

• Besi pematerian
• Latihan kuasa
• Alat pembungkus wayar
• Dremel
• Jigsaw
• Pemotong wayar
• Gunting
• Pita

Langkah 4: Reka Bentuk Kotak dan Pemasangan 3D

Hadiah Utama dalam Cabaran Epilog 9