Tukarkan Kamera Video 1980-an menjadi Imager Polarimetrik Masa Sebenar: 14 Langkah (dengan Gambar)

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

Pencitraan polarimetri menawarkan jalan untuk mengembangkan aplikasi yang mengubah permainan di berbagai bidang - mencakup pemantauan alam sekitar dan diagnostik perubatan hingga aplikasi keselamatan dan antiterorisme. Walau bagaimanapun, kos kamera polarimetrik komersial yang sangat tinggi telah menghalang penyelidikan dan pengembangan pengimejan polarimetrik. Makalah ini memberikan arahan terperinci untuk menukar kamera warna 3 tiub lebihan era 1980-an menjadi pencitraan polarimetrik masa nyata. Kamera yang digunakan sebagai asas penukaran ini banyak terdapat di pasaran lebihan dengan harga sekitar $ 50. Instructable trash-to-harta karun ini akan menunjukkan kepada anda cara menukar kamera yang hanya sesuai sebagai alat penyokong menjadi instrumen ilmiah yang berguna, versi komersial yang bernilai puluhan ribu dolar.

Anda memerlukan item berikut untuk melakukan penukaran ini:

• Lebihan kerja kamera JVC KY-1900 (model KY-2000 dan KY-2700 kelihatan serupa dengan KY-1900 dan mungkin juga sesuai)
• Be25.4mm lebar jalur 70T / 30R beamsplitter (mis. Thorlabs BSS10)
• Be25.4mm lebar jalur 50/50 beamsplitter (mis. Thorlabs BSW10)
• Cincin penyesuai beamsplitter bercetak 3D
• Lembaran plastik polarisasi (mis. Edmund Optics 86-188)

Langkah 1: Memahami Pengimejan Polarimetrik

Gelombang cahaya dicirikan oleh panjang gelombang, yang kita anggap sebagai warna daerah; amplitudnya, yang kita anggap sebagai tahap intensiti; dan sudut di mana ia berayun berkenaan dengan paksi rujukan. Parameter terakhir ini disebut "Angle of Polarization" gelombang, dan merupakan ciri cahaya yang tidak dapat dibezakan oleh mata manusia tanpa bantuan. Walau bagaimanapun, polarisasi cahaya membawa maklumat menarik mengenai persekitaran visual kita, dan beberapa haiwan dapat melihatnya dan bergantung secara kritis pada akal ini untuk navigasi dan kelangsungan hidup.

Penerangan terperinci dan mudah difahami mengenai pengimejan polarimetrik dan aplikasinya terdapat di kertas putih saya pada kamera polarimetrik DOLPi yang terdapat di:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf dan persembahannya di YouTube di:

Langkah 2: Membeli dan Menyelaraskan Kamera

KY-1900 diperkenalkan sebagai kamera warna kelas profesional pada akhir 70-an. Itu adalah salah satu dari beberapa model yang dihasilkan dengan badan oren plastik, menjadikannya sangat khas, dan tanda profesionalisme kelas atas untuk kru kamera. Kembali pada tahun 1982, kamera ini dijual dengan harga sekitar $ 9, 000.

Hari ini, anda mungkin dapat menjumpainya di pasaran lebihan dengan harga sekitar $ 50. KY-1900 dibina seperti tangki, jadi peluangnya sangat baik sehingga akan berfungsi sepenuhnya jika kelihatan baik secara kosmetik. Sambungkan sahaja ke monitor warna NTSC dan sediakannya dengan 12VDC (kamera melukis sekitar 1.7A).

Sebelum meneruskan pengubahsuaian, pastikan kamera berfungsi dengan baik dan sejajar dengan baik. Gunakan petunjuk yang ditunjukkan dalam Lampiran II kertas putih projek untuk menyelaraskan kamera anda dan pastikan ia berfungsi dengan betul.

Langkah 3: Mengakses Pemasangan Optik

Langkah pertama dalam penukaran adalah mengakses pemasangan optik kamera, yang melibatkan langkah-langkah berikut:

• Keluarkan penutup kiri kamera
• Tanggalkan papan litar bercetak DF
• Lepaskan lembaran pengasingan plastik yang dilekatkan dengan pita dua sisi ke plat penutup luar unit optik

Langkah 4: Membuka Pemasangan Optik

Lepaskan plat penutup pemasangan optik dalaman. Plat ini dilekatkan pada pemasangan. Plat tidak akan digunakan lagi, jadi jangan risau memutarbelitkannya. Namun, berhati-hatilah untuk tidak merosakkan elemen optik di dalam unit.

Panel bawah gambar menunjukkan pemasangan optik kamera JVC KY-1900 yang tidak diubah suai. Lampu kejadian melalui First Relay Lens dibahagikan kepada tiga gambar berwarna oleh beamsplitter dichroic sebelum dihantar ke tiub Saticon masing-masing melalui Second Relay Lens. Pengubahsuaian menjadi pencitraan polarimetrik masa nyata melibatkan pertukaran pemancar beam dichroic asli dari Dichroic Beamsplitter Assembly dengan lebar beamplitter, menghilangkan penapis pemangkas warna di dalam Lensa Relay Kedua, dan menambahkan penganalisis polarisasi.

Langkah 5: Melepaskan Pemasangan Dichroic Beamsplitter

Pemasangan Beamsplitter diadakan dengan tiga skru, satu dari depan dan dua dari belakang. Oleh itu, penutup sisi kanan kamera, PCB, dan filem plastik mesti dikeluarkan untuk menjadikannya mudah diakses.

Langkah 6: Cincin Penyesuai Beamsplitter 3D-Printing

Pelekap beam dichroic yang pada asalnya digunakan pada kamera KY-1900 mempunyai diameter yang tidak standard, jadi saya memutuskan untuk menggunakan beamplitter plat lebar lebar berdiameter 1 untuk pengubahsuaian. Rakan saya dan rakan sekerja Jason Meyers merancang dan mencetak 3D cincin penahan untuk menahan pemancaran balok 1”di tempatnya. Fail percetakan CAD dan 3D boleh didapati di DropBox ini.

Langkah 7: Menggantikan Dichroic Beamsplitter oleh Wideband Beamsplitters

Langkah seterusnya dalam proses penukaran adalah mengganti beamsplitter dichroic dengan beamsplitter wideband. Imej tersebut perlu dibahagi lebih kurang menjadi tiga gambar, jadi pemancar sinar pertama perlu memantulkan sekitar 33.33% cahaya kejadian, sementara membiarkan 66.66% cahaya masuk ke pemancar sinar kedua yang kemudian harus membelah bahagian ini sekata. Saya menggunakan beamsplitter berikut:

• Be25.4mm lebar jalur 70T / 30R beamsplitter (Thorlabs BSS10)
• Be25.4mm lebar jalur 50/50 beamsplitter (Thorlabs BSW10)

Beamplitter lebar jalur di dalam cincin penahan harus dipasang di unit, dan Perakitan Beamsplitter yang diubah suai kemudian boleh dipasang kembali di tempatnya. Sambungkan semula papan litar buat sementara waktu. Memastikan bahawa tidak ada celana pendek pada bahagian unit optik yang terdedah, hidupkan kamera. Hanya perlu sedikit penyesuaian potensiometer mendatar / menegak yang diperlukan untuk mencapai penjajaran jika anda meletakkan pemancaran balok dengan betul. Anda akan melihat bahawa gambar masih berwarna, walaupun agak musnah jika dibandingkan dengan gambar asalnya. Gambar masih kelihatan berwarna kerana terdapat penapis yang sangat kuat di dalam Lensa Relay Sekunder yang perlu dikeluarkan.

Langkah 8: Mengakses Kanta Relay Kedua

Melepaskan Lensa Relay Kedua (itulah nama JVC untuk mereka) dari unit optik memerlukan pembongkaran tambahan kamera. Ini kerana tiub pengambilan gambar mesti dikeluarkan sebelum Lensa Relay Sekunder dapat dikeluarkan.

Mulakan dengan mengeluarkan dan mencabut papan bercetak dari unit kabel. Kemudian keluarkan bahagian belakang kamera. Rangkaian tiub kemudian dapat ditarik dari penutup tiub unit optik, memberikan akses ke Kanta Relay Kedua.

Langkah 9: Melepaskan dan Membongkar Kanta Relay Kedua (Satu demi satu!)

Lensa Relay Kedua dipegang di tempat oleh sekrup kecil yang tersembunyi dengan baik yang dapat diakses dari sebelah kanan unit optik. Setelah sekrup terbuka, tarik Lensa Relay Kedua di mana anda akan bekerja. Balut beberapa lapisan pita elektrik tebal di kedua sisi tiub optik dan buka dengan menggunakan tang.

Langkah 10: Melepaskan Penapis Warna dan Pemasangan semula Lensa Relay Kedua

Penapis warna harus dilepaskan dengan membuka penutup cincin penahan menggunakan sepana sepana atau pinset yang sangat runcing. Setelah mengeluarkan penapis, pasang semula lensa dan ketatkan jari.

Menghilangkan penapis warna mengalihkan titik fokus Lensa Relay Sekunder, jadi ia tidak boleh dimasukkan kembali ke unit optik. Sebaliknya, Kanta Relay Sekunder yang diubah suai hanya boleh menonjol sekitar 2.5mm.

Kamera dapat dipasang kembali setelah memasang dan mengamankan dengan setcrews semua Lensa Relay Sekunder yang diubah. Biarkan unit optik dapat diakses, dan sambungkan semula papan DF buat sementara waktu, pastikan ia tidak litar pintas dengan unit optik.

Langkah 11: Menyelaraskan semula Kamera

Sekarang adalah masa untuk menyelaraskan kamera dengan sangat berhati-hati sehingga menghasilkan gambar hitam-putih yang sempurna. Beberapa tahap pembingkaian warna akan selalu dilihat kerana Lensa Relay Sekunder dirancang untuk jalur panjang gelombang yang sempit, dan kini digunakan selama lebar jalur cahaya yang dapat dilihat. Pinggiran terutama terlihat di tepi gambar ketika zoom ditarik kembali, tetapi pendaftaran yang layak dapat dicapai dengan sabar mengikuti prosedur yang digariskan dalam Lampiran II kertas putih projek.

Langkah 12: Membuat Penapis Penganalisis Polarisasi

Potong tiga petak 1.42 "× 1.42" dari lembaran polarisasi. Saya menggunakan Edmund Optics 86-188 150 x 150mm, Ketebalan 0.75mm, Filem Berlamina Polarisasi. Saya memilih filem ini daripada penawaran yang lebih murah kerana ia mempunyai nisbah kepupusan yang sangat tinggi, serta transmisi tinggi, yang menjadikan gambar polarimetrik lebih baik. Perhatikan pada gambar bahawa salah satu kotak dipotong pada 45 ° sehubungan dengan dua yang lain.

Langkah 13: Menambah Penganalisis Polarisasi

Pasang penganalisis polarisasi dengan pita yang jelas di dalam unit optik sehingga diletakkan di dalam jalur optik ke tiub seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Itu sahaja! Penukaran selesai. Anda boleh menguji kamera pada tahap ini sebelum memasang kembali penutup unit optik (saya membuang penutup dalam), memasang kembali kepingan plastik, menyambungkan semula papan DF, dan menutup penutup kamera.

Langkah 14: Menggunakan Kamera

Gambar menunjukkan hasil dengan sasaran sampel dibuat dengan kepingan plastik polarisasi pada sudut antara 0 ° dan 180 ° bersama dengan bar warna. Sasaran yang diambil dari kamera JVC KY-1900 yang diubah suai menunjukkan bar warna dan elemen lain yang tidak terpolarisasi dalam gambar dalam skala kelabu, sementara kepingan filem polarizer berwarna terang, menyandikan sudut polarisasi mereka di ruang RGB NTSC.

Untuk maklumat tambahan mengenai projek ini, sila muat turun buku putih projek dari www.diyPhysics.com.

Hadiah Pertama dalam Tong Sampah