Premeňte videokameru z 80. rokov na polarimetrickú kameru v reálnom čase: 14 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Polarimetrické zobrazovanie ponúka cestu k vývoju aplikácií meniacich hry v širokom spektre oblastí-od monitorovania životného prostredia a lekárskej diagnostiky až po bezpečnostné a protiteroristické aplikácie. Veľmi vysoké náklady na komerčné polarimetrické kamery však bránili výskumu a vývoju polarimetrického zobrazovania. Tento článok predstavuje podrobné pokyny na premenu nadbytočnej 3-trubičkovej farebnej kamery z 80. rokov na polarimetrický zobrazovač v reálnom čase. Fotoaparát použitý ako základ pre túto konverziu je široko dostupný na trhu s prebytkami za približne 50 dolárov. Tento návod na odpadky k pokladu vám ukáže, ako previesť fotoaparát, ktorý je vhodný iba ako rekvizita, na užitočný vedecký nástroj, ktorého komerčné verzie by stáli mnoho desiatok tisíc dolárov.

Na vykonanie tejto konverzie budete potrebovať nasledujúce položky:

• Nadbytočný pracovný fotoaparát JVC KY-1900 (modely KY-2000 a KY-2700 sa zdajú byť podobné fotoaparátom KY-1900 a môžu byť tiež vhodné)
• Širokopásmový rozdeľovač lúčov 70T/30R Ø25,4 mm (napr. Thorlabs BSS10)
• Širokopásmový rozdeľovač lúčov Ø25,4 mm 50/50 (napr. Thorlabs BSW10)
• 3D-vytlačené adaptačné krúžky lúča
• List polarizačného plastu (napr. Edmund Optics 86-188)

Krok 1: Porozumenie polarimetrickému zobrazovaniu

Svetelná vlna je charakteristická svojou vlnovou dĺžkou, ktorú vnímame ako okresnú farbu; jeho amplitúda, ktorú vnímame ako úroveň intenzity; a uhlom, v ktorom kmitá vzhľadom na referenčnú os. Tento posledný parameter sa nazýva „uhol polarizácie“vlny a je charakteristikou svetla, ktoré ľudské oči nedokážu rozlíšiť. Polarizácia svetla však prináša zaujímavé informácie o našom vizuálnom prostredí a niektoré zvieratá to dokážu vnímať a kriticky sa na tento zmysel navigácie a prežitia spoliehať.

Podrobný a ľahko zrozumiteľný popis polarimetrického zobrazovania a jeho aplikácií je k dispozícii v mojom dokumente o polarimetrických kamerách DOLPi, ktorý je k dispozícii na:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf a jeho prezentácia na YouTube na:

Krok 2: Nákup a zarovnanie fotoaparátu

KY-1900 bol predstavený ako profesionálna farebná kamera na konci 70-tych rokov. Bol to jeden z mála modelov, ktoré sa vyrábali s plastovým oranžovým telom, čo ho robilo veľmi charakteristickým a znakom špičkovej profesionality posádok kamier. V roku 1982 sa tento fotoaparát predával za približne 9 000 dolárov.

Dnes by ste mali mať možnosť nájsť na trhu s prebytkami približne 50 dolárov. KY-1900 bol postavený ako tank, takže je veľmi pravdepodobné, že bude plne funkčný, ak bude kozmeticky dobre vyzerať. Stačí ho pripojiť k farebnému monitoru NTSC a napájať 12VDC (kamera čerpá okolo 1,7 A).

Predtým, ako budete pokračovať v úprave, skontrolujte, či je kamera v prevádzkyschopnom stave a či je dobre zarovnaná. Podľa pokynov uvedených v dodatku II k dokumentu o projekte zarovnajte fotoaparát a skontrolujte, či funguje správne.

Krok 3: Prístup k optickej zostave

Prvým krokom pri prevode je prístup k optickej zostave fotoaparátu, ktorý zahŕňa nasledujúce kroky:

• Demontujte ľavý kryt fotoaparátu
• Vyberte dosku s plošnými spojmi DF
• Odlepte plastový izolačný list, ktorý je pripevnený obojstrannou páskou k vonkajšej krycej doske optickej zostavy

Krok 4: Otvorenie optickej zostavy

Vypáčte vnútornú kryciu dosku optickej zostavy. Táto doska je prilepená k zostave. Platňa sa už nepoužije, takže sa nemusíte obávať jej zdeformovania. Dávajte však pozor, aby ste nepoškodili optické prvky v zostave.

V spodnej časti obrázku je optická zostava neupravenej kamery JVC KY-1900. Dopadajúce svetlo cez prvú reléovú šošovku je rozdelené na tri farebné obrázky pomocou dichroických rozdeľovačov lúčov predtým, ako sú odoslané do svojich príslušných trubíc Saticon cez druhé reléové šošovky. Modifikácia na polarimetrický zobrazovač v reálnom čase zahŕňa výmenu pôvodných dichroických rozdeľovačov lúčov zostavy dichroických lúčových rozdeľovačov za širokopásmové rozdeľovače lúčov, elimináciu filtrov na orezávanie farieb vo vnútri druhých reléových šošoviek a pridanie analyzátorov polarizácie.

Krok 5: Demontáž zostavy dichroického lúča

Zostava lúčov je držaná tromi skrutkami, jednou spredu a dvoma zozadu. Ako taký, pravý kryt fotoaparátu, PCB a plastová fólia musia byť odstránené, aby boli dostupné.

Krok 6: Prstene adaptéra lúča rozdeľovača 3D tlače

Dichroické rozdeľovače lúčov pôvodne používané vo fotoaparáte KY-1900 majú neštandardný priemer, a preto som sa na úpravu rozhodol použiť širokopásmové rozdeľovače lúčov s priemerom 1”. Môj priateľ a kolega Jason Meyers navrhol a 3D vytlačil záchytný krúžok, aby držal 1”rozdeľovače lúčov na svojom mieste. V tomto DropBoxe sú k dispozícii súbory CAD a 3D tlač.

Krok 7: Výmena dichroických lúčových rozdeľovačov za širokopásmové lúčové rozdeľovače

Ďalším krokom v procese konverzie je nahradenie dichroických rozdeľovačov lúčov širokopásmovými rozdeľovačmi lúčov. Obraz musí byť viac-menej rovnomerne rozdelený na tri obrázky, takže prvý rozdeľovač lúčov musí odrážať približne 33,33% dopadajúceho svetla a zároveň nechať 66,66% svetla prejsť na druhý rozdeľovač lúčov, ktorý by potom mal rozdeliť túto časť. rovnomerne. Použil som nasledujúce rozdeľovače lúčov:

• Širokopásmový rozdeľovač lúčov 70T/30R Ø25,4 mm (Thorlabs BSS10)
• Širokopásmový rozdeľovač lúčov Ø25,4 mm 50/50 (Thorlabs BSW10)

Širokopásmové rozdeľovače lúčov v prídržných krúžkoch by mali byť nainštalované v zostave a upravenú zostavu lúčov potom možno nainštalovať späť na miesto. Dočasne znova zapojte dosky plošných spojov. Dbajte na to, aby sa nič nezakrývalo o nechcené časti optickej zostavy, zapnite fotoaparát. Ak ste správne umiestnili rozdeľovače lúčov, na dosiahnutie vyrovnania by mala byť potrebná iba malá úprava horizontálnych/vertikálnych potenciometrov. Všimnete si, že obrázok je stále farebný, aj keď v porovnaní s pôvodným obrázkom trochu vyblednutý. Obrázok je stále farebný, pretože v sekundárnych šošovkách relé sú veľmi silné filtre, ktoré je potrebné odstrániť.

Krok 8: Prístup k druhým šošovkám relé

Odstránenie druhých reléových šošoviek (to je názov pre JVC) z optickej zostavy vyžaduje dodatočnú demontáž kamery. Dôvodom je, že pred vybratím šošoviek sekundárneho relé je potrebné odstrániť trubice snímača obrazu.

Začnite vytiahnutím a odpojením plošných spojov od zostáv káblov. Potom vyberte zadnú stranu fotoaparátu. Rúrkové zostavy je potom možné vytiahnuť z puzdier trubice optickej zostavy, čím sa umožní prístup k druhým reléovým šošovkám.

Krok 9: Demontáž a demontáž šošoviek druhého relé (jeden po druhom!)

Objektívy druhého relé sú držané na mieste dobre skrytými malými nastavovacími skrutkami prístupnými z pravej strany optickej zostavy. Akonáhle je nastavovacia skrutka otvorená, vytiahnite druhú šošovku relé, na ktorej budete pracovať. Omotajte niekoľko vrstiev hrubej elektrickej pásky na dve strany optickej trubice a otvorte ju pomocou klieští.

Krok 10: Demontáž farebných filtrov a spätná montáž šošovky druhého relé

Farebný filter by ste mali odstrániť odskrutkovaním poistného krúžku pomocou kľúča alebo veľmi špičatej pinzety. Po vybratí filtra šošovku jednoducho znova zložte a dotiahnite prstom.

Odstránením farebného filtra sa posunie ohnisko sekundárnej šošovky relé, takže by sa nemalo zasúvať úplne do optickej zostavy. Namiesto toho by upravené sekundárne reléové šošovky mali vyčnievať iba asi 2,5 mm.

Kameru je možné po inštalácii a zaistení nastavovacími skrutkami znova namontovať všetky upravené sekundárne šošovky relé. Nechajte optickú zostavu prístupnú a dosku DF znova pripojte iba dočasne a uistite sa, že neskratuje s optickou zostavou.

Krok 11: Vyrovnanie fotoaparátu

Teraz je načase fotoaparát veľmi opatrne zarovnať, aby produkoval dokonale čiernobiely obraz. Určitá úroveň farebných okrajov bude vždy viditeľná, pretože šošovky sekundárnych relé boli navrhnuté pre úzky pásmo vlnových dĺžok a teraz sa používajú v celej šírke pásma viditeľného svetla. Okraje sú obzvlášť viditeľné na okrajoch obrazu, keď je transfokátor zatiahnutý úplne dozadu, ale slušnú registráciu je možné dosiahnuť trpezlivým dodržiavaním postupu uvedeného v dodatku II k dokumentu o projekte.

Krok 12: Výroba filtrov analyzátora polarizácie

Z polarizačného listu vystrihnite tri štvorce 1,42”× 1,42”. Použil som polarizačný laminovaný film Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, hrúbka 0,75 mm. Vybral som tento film namiesto lacnejších ponúk, pretože má veľmi vysoký pomer zániku a vysoký prenos, čo zaisťuje lepšie polarimetrické obrázky. Všimnite si na obrázku, že jeden zo štvorcov je rezaný pod uhlom 45 ° vzhľadom na ostatné dva.

Krok 13: Pridanie polarizačného analyzátora

Pripojte polarizačné analyzátory čírymi páskami do optickej zostavy tak, aby boli umiestnené v optických dráhach k trubiciam, ako je znázornené na obrázku.

To je všetko! Konverzia je dokončená. V tejto fáze môžete kameru otestovať pred zmontovaním krytu optickej zostavy (vnútorný kryt som vyhodil), opätovným nasadením plastového listu, opätovným pripojením dosky DF a zatvorením krytu fotoaparátu.

Krok 14: Používanie fotoaparátu

Obrázok ukazuje výsledky so vzorkovacím terčom vyrobeným z kúskov polarizačného plastu v uhloch medzi 0 ° a 180 ° spolu s farebným pruhom. Cieľ zachytený z upravenej kamery JVC KY-1900 zobrazuje farebnú lištu a ďalšie nepolarizované prvky obrazu v šedej škále, zatiaľ čo kúsky polarizačného filmu sú pestrofarebné a kódujú ich uhol polarizácie v priestore NTSC RGB.

Ak chcete získať ďalšie informácie o tomto projekte, stiahnite si dokument projektu z www.diyPhysics.com.

Prvá cena v koši k pokladu