1980'lerin Video Kamerasını Gerçek Zamanlı Polarimetrik Görüntüleyiciye Dönüştürün: 14 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Polarimetrik görüntüleme, çevresel izleme ve tıbbi teşhisten güvenlik ve terörle mücadele uygulamalarına kadar geniş bir yelpazede oyunun kurallarını değiştiren uygulamalar geliştirmek için bir yol sunar. Ancak, ticari polarimetrik kameraların çok yüksek maliyeti, polarimetrik görüntüleme üzerine araştırma ve geliştirmeyi engellemiştir. Bu makale, 1980'lerden kalma, 3 tüplü bir renkli kamerayı gerçek zamanlı bir polarimetrik görüntüleyiciye dönüştürmek için ayrıntılı talimatlar sunar. Bu dönüşümün temeli olarak kullanılan kamera, fazla piyasada yaklaşık 50 $ karşılığında yaygın olarak bulunmaktadır. Bu çöpten hazineye Eğitim Tablosu, yalnızca bir destek olarak uygun olan bir kamerayı, ticari versiyonları on binlerce dolar değerinde olan faydalı bir bilimsel araca nasıl dönüştüreceğinizi size gösterecektir.

Bu dönüşümü gerçekleştirmek için aşağıdaki öğelere ihtiyacınız olacak:

• Çalışma fazlası JVC KY-1900 kamera (KY-2000 ve KY-2700 modelleri KY-1900'a benziyor ve uygun olabilir)
• Ø25,4 mm geniş bant 70T/30R ışın ayırıcı (ör. Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm geniş bant 50/50 ışın ayırıcı (ör. Thorlabs BSW10)
• 3D baskılı ışın ayırıcı adaptör halkaları
• Polarize plastik levha (örneğin Edmund Optics 86-188)

Adım 1: Polarimetrik Görüntülemeyi Anlama

Bir ışık dalgası, bölge rengi olarak algıladığımız dalga boyu ile karakterize edilir; yoğunluk seviyesi olarak algıladığımız genliği; ve bir referans eksenine göre salınım yaptığı açı. Bu son parametreye dalganın "Kutuplaşma Açısı" denir ve ışığın çıplak insan gözünün ayırt edemediği bir özelliğidir. Bununla birlikte, ışığın polarizasyonu, görsel çevremiz hakkında ilginç bilgiler taşır ve bazı hayvanlar onu algılayabilir ve navigasyon ve hayatta kalmak için bu duyuya eleştirel olarak güvenebilir.

Polarimetrik görüntüleme ve uygulamalarının ayrıntılı ve anlaşılması kolay bir açıklaması, DOLPi polarimetrik kameralarla ilgili teknik incelememde şu adreste bulunabilir:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf ve YouTube'daki sunumu:

2. Adım: Kamerayı Satın Alma ve Hizalama

KY-1900, 70'lerin sonlarında profesyonel kalitede bir renkli kamera olarak tanıtıldı. Plastik turuncu gövdeyle üretilen birkaç modelden biriydi, bu da onu çok farklı kılıyor ve kamera ekipleri için üst düzey profesyonelliğin bir işaretiydi. 1982'de bu kameranın satış fiyatı yaklaşık 9.000$'dı.

Bugün, fazlalık piyasada yaklaşık 50$'a bir tane bulabilmelisiniz. KY-1900 bir tank gibi inşa edildi, bu nedenle kozmetik olarak iyi görünüyorsa tamamen işlevsel olma şansı çok yüksek. Sadece bir NTSC renkli monitöre bağlayın ve 12VDC ile besleyin (kamera yaklaşık 1,7A çekiyor).

Değişikliğe devam etmeden önce kameranın çalışır durumda olduğundan ve iyi hizalandığından emin olun. Kameranızı hizalamak ve düzgün çalışıp çalışmadığını kontrol etmek için proje teknik incelemesinin Ek II'sinde gösterilen talimatları kullanın.

3. Adım: Optik Aksamaya Erişme

Dönüşümdeki ilk adım, aşağıdaki adımları içeren kameranın optik tertibatına erişmektir:

• Kameranın sol kapağını ayırın
• DF baskılı devre kartını çıkarın
• Optik düzeneğin dış kapak plakasına çift taraflı bantla yapıştırılan plastik yalıtım levhasını soyun

Adım 4: Optik Aksamın Açılması

İç optik aksam kapak plakasını kaldırarak çıkarın. Bu plaka montaja yapıştırılmıştır. Plaka bir daha kullanılmayacak, bu yüzden onu deforme etme konusunda endişelenmeyin. Ancak, montaj içindeki optik elemanlara zarar vermemeye dikkat edin.

Şeklin alt bölmesi, değiştirilmemiş JVC KY-1900 kameranın optik montajını göstermektedir. Birinci Röle Merceğinden gelen ışık, İkinci Röle Mercekleri aracılığıyla ilgili Saticon tüplerine gönderilmeden önce dikroik ışın ayırıcılar tarafından üç renkli görüntüye bölünür. Gerçek zamanlı bir polarimetrik görüntüleyicide değişiklik, Dikroik Işın Ayırıcı Düzeneğinin orijinal dikroik ışın ayırıcılarının geniş bantlı ışın ayırıcılarla değiştirilmesini, İkinci Röle Lenslerinin içindeki renk kırpma filtrelerinin ortadan kaldırılmasını ve polarizasyon analizörlerinin eklenmesini içerir.

Adım 5: Dikroik Işın Ayırıcı Tertibatını Çıkarma

Işın Ayırıcı Tertibatı, biri önden, ikisi arkadan olmak üzere üç vidayla tutulur. Bu nedenle, bunları erişilebilir kılmak için kameranın sağ tarafındaki kapağı, PCB'si ve plastik filmi çıkarılmalıdır.

Adım 6: Işın Ayırıcı Adaptör Halkalarını 3B Yazdırma

Orijinal olarak KY-1900 kamerada kullanılan dikroik ışın ayırıcılar standart olmayan bir çapa sahiptir, bu yüzden modifikasyon için 1” çapında geniş bant plakalı ışın ayırıcılar kullanmaya karar verdim. Arkadaşım ve meslektaşım Jason Meyers, 1” ışın ayırıcıları yerinde tutmak için bir tutma halkası tasarladı ve 3B yazdırdı. CAD ve 3D baskı dosyaları bu DropBox'ta mevcuttur.

Adım 7: Dikroik Işın Ayırıcıların Geniş Bant Işın Ayırıcılarla Değiştirilmesi

Dönüştürme sürecindeki bir sonraki adım, dikroik ışın ayırıcıları geniş bantlı ışın ayırıcılarla değiştirmektir. Görüntünün aşağı yukarı eşit olarak üç görüntüye bölünmesi gerekir, bu nedenle ilk ışın ayırıcının gelen ışığın yaklaşık %33,33'ünü yansıtması gerekirken, ışığın %66,66'sının ikinci bir ışın ayırıcıya gitmesine ve ardından bu kısmı ayırması gerekir. eşit olarak. Aşağıdaki ışın ayırıcıları kullandım:

• Ø25,4 mm geniş bant 70T/30R ışın ayırıcı (Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm geniş bant 50/50 ışın ayırıcı (Thorlabs BSW10)

Tutma halkaları içindeki geniş bant ışın ayırıcılar tertibata kurulmalıdır ve daha sonra değiştirilmiş Işın Ayırıcı Tertibatı tekrar yerine takılabilir. Devre kartlarını geçici olarak yeniden bağlayın. Optik aksamın açıkta kalan kısımlarına hiçbir şeyin kısa devre yapmadığından emin olarak kamerayı çalıştırın. Işın ayırıcıları doğru bir şekilde yerleştirdiyseniz, hizalamaya ulaşmak için yatay/dikey potansiyometrelerde yalnızca küçük bir ayar yapılması gerekir. Orijinal görüntüye kıyasla biraz soluk olsa da görüntünün hala renkli olduğunu fark edeceksiniz. İkincil Röle Merceklerinde çıkarılması gereken çok güçlü filtreler olduğundan görüntü hala renkli görünüyor.

8. Adım: İkinci Röle Lenslerine Erişim

İkinci Röle Lenslerini (onlar için JVC'nin adıdır) optik tertibattan çıkarmak, kameranın biraz daha demonte edilmesini gerektirir. Bunun nedeni, İkincil Röle Lensleri çıkarılmadan önce görüntü alma tüplerinin çıkarılması gerektiğidir.

Basılı kartları kablo tertibatlarından çıkararak ve ayırarak başlayın. Ardından kameranın arkasını çıkarın. Tüp düzenekleri daha sonra optik düzeneğin tüp mahfazalarından çekilerek İkinci Röle Lenslerine erişim sağlanabilir.

Adım 9: İkinci Röle Lenslerini Çıkarma ve Sökme (Birer Birer!)

İkinci Röle Lensleri, optik düzeneğin sağ tarafından erişilebilen, iyi gizlenmiş, küçük tespit vidaları ile yerinde tutulur. Tespit vidası açıldıktan sonra üzerinde çalışacağınız İkinci Röle Merceğini dışarı çekin. Optik tüpün iki tarafına birkaç kat kalın elektrik bandı sarın ve pense ile açın.

Adım 10: Renk Filtrelerini Çıkarma ve İkinci Röle Lensi Yeniden Birleştirme

Renk filtresi, bir İngiliz anahtarı veya çok sivri uçlu bir cımbız kullanılarak tespit halkasının vidaları gevşetilerek çıkarılmalıdır. Filtreyi çıkardıktan sonra, merceği tekrar monte edin ve parmakla sıkın.

Renk filtresinin ortadan kaldırılması, İkincil Röle Lensinin odak noktasını değiştirir, bu nedenle optik düzeneğe tamamen yeniden yerleştirilmemelidir. Bunun yerine, değiştirilmiş İkincil Röle Lensleri yalnızca yaklaşık 2,5 mm çıkıntı yapmalıdır.

Kamera, modifiye edilmiş tüm İkincil Röle Lensleri kurulduktan ve tespit vidalarıyla sabitlendikten sonra yeniden monte edilebilir. Optik aksamı erişilebilir durumda bırakın ve optik aksamla kısa devre yapmadığından emin olarak DF kartını yalnızca geçici olarak yeniden bağlayın.

Adım 11: Kamerayı Yeniden Hizalama

Şimdi, mükemmel siyah beyaz bir resim üretecek şekilde kamerayı çok dikkatli bir şekilde hizalamanın zamanı geldi. İkincil Röle Lensleri dar bir dalga boyu bandı için tasarlandığından ve şimdi görünür ışığın tam bant genişliği üzerinde kullanıldığından, bir miktar renk saçaklanması her zaman görülecektir. Zum tamamen geri çekildiğinde, görüntünün kenarlarında saçaklanma özellikle fark edilir, ancak projenin teknik incelemesinin Ek II'sinde özetlenen prosedürü sabırla takip ederek düzgün bir kayıt elde edilebilir.

Adım 12: Polarizasyon Analizörü Filtrelerinin Yapılması

Bir polarizasyon sayfasından üç adet 1.42”×1.42” kare kesin. Edmund Optics 86-188 150 x 150mm, 0.75mm Kalınlık, Polarize Lamine Film kullandım. Daha ucuz teklifler yerine bu filmi seçtim çünkü çok yüksek bir yok olma oranı ve daha iyi polarimetrik görüntüler sağlayan yüksek iletim özelliğine sahip. Şekilde karelerden birinin diğer ikisine göre 45°'de kesildiğine dikkat edin.

Adım 13: Polarizasyon Analizörlerini Ekleme

Şeffaf bantlı polarizasyon analizörlerini, şekilde gösterildiği gibi tüplere giden optik yollar içine yerleştirilecek şekilde optik tertibatın içine takın.

Bu kadar! Dönüşüm tamamlandı. Optik aksamın kapağını yeniden takmadan (iç kapağı çıkardım), plastik levhayı yeniden takmadan, DF kartını yeniden bağlamadan ve kameranın kasasını kapatmadan önce kamerayı bu aşamada test edebilirsiniz.

Adım 14: Kamerayı Kullanma

Şekil, bir renk çubuğu ile birlikte 0° ve 180° arasındaki açılarda polarize edici plastik parçalarıyla yapılmış bir örnek hedefle elde edilen sonuçları göstermektedir. Değiştirilmiş JVC KY-1900 kameradan yakalanan hedef, resmin renk çubuğunu ve diğer polarize olmayan öğelerini gri tonlamalı olarak gösterirken, polarize film parçaları NTSC'nin RGB alanında polarizasyon açılarını kodlayarak parlak renklidir.

Bu proje hakkında ek bilgi için lütfen www.diyPhysics.com adresinden projenin tanıtım belgesini indirin.

Çöpten Hazineye Birincilik Ödülü