Convertiți o cameră video din anii 1980 într-un aparat de fotografiat polarimetric în timp real: 14 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Imagistica polarimetrică oferă o cale pentru a dezvolta aplicații care schimbă jocul într-o gamă largă de domenii - acoperind tot drumul, de la monitorizarea mediului și diagnosticarea medicală la aplicații de securitate și antiterorism. Cu toate acestea, costul foarte ridicat al camerelor comerciale polarimetrice a împiedicat cercetarea și dezvoltarea privind imagistica polarimetrică. Această lucrare prezintă instrucțiuni detaliate pentru conversia unei surplusuri de camere color colorate din epoca anilor 1980, cu 3 tuburi, într-un aparat de fotografiat polarimetric în timp real. Camera utilizată ca bază pentru această conversie este disponibilă pe scară largă pe piața excedentară pentru aproximativ 50 USD. Acest instrument de gunoi în tezaur vă va arăta cum să convertiți un aparat de fotografiat care este potrivit doar ca element de propoziție într-un instrument științific util, ale cărui versiuni comerciale ar valora multe zeci de mii de dolari.

Veți avea nevoie de următoarele elemente pentru a efectua această conversie:

• Cameră foto excedentară JVC KY-1900 (modelele KY-2000 și KY-2700 par similare cu KY-1900 și pot fi, de asemenea, potrivite)
• Splitter fascicul de bandă largă Ø25,4mm 70T / 30R (de ex. Thorlabs BSS10)
• Splitter de bandă cu bandă largă Ø25,4mm 50/50 (de ex. Thorlabs BSW10)
• Inele adaptoare pentru fasciculele de tipărire imprimate 3D
• Foaie de plastic polarizant (de exemplu Edmund Optics 86-188)

Pasul 1: Înțelegerea imagisticii polarimetrice

O undă luminoasă se caracterizează prin lungimea ei de undă, pe care o percepem ca o culoare de district; amplitudinea sa, pe care o percepem ca un nivel de intensitate; și unghiul la care oscilează față de o axă de referință. Acest ultim parametru se numește „Unghiul de polarizare” al undei și este o caracteristică a luminii pe care ochii umani fără ajutor nu o pot distinge. Cu toate acestea, polarizarea luminii poartă informații interesante despre mediul nostru vizual, iar unele animale sunt capabile să o perceapă și se bazează în mod critic pe acest sens pentru navigație și supraviețuire.

O descriere detaliată și ușor de înțeles a imaginii polarimetrice și a aplicațiilor sale este disponibilă în cartea mea albă despre camerele polarimetrice DOLPi disponibile la:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf și prezentarea sa pe YouTube la:

Pasul 2: Cumpărarea și alinierea camerei

KY-1900 a fost introdus ca o cameră color de calitate profesională la sfârșitul anilor '70. A fost unul dintre puținele modele care a fost produs cu un corp portocaliu din plastic, făcându-l foarte distinctiv și un semn de profesionalism de înaltă calitate pentru echipele de camere. În 1982, această cameră a fost comercializată la prețul de aproximativ 9 000 de dolari.

Astăzi, ar trebui să puteți găsi unul pe piața excedentară pentru aproximativ 50 USD. KY-1900 a fost construit ca un rezervor, deci sunt foarte mari șansele ca acesta să fie pe deplin funcțional dacă arată bine din punct de vedere cosmetic. Conectați-l la un monitor color NTSC și furnizați-l cu 12VDC (camera desenează în jur de 1.7A).

Înainte de a continua modificarea, asigurați-vă că camera este în stare de funcționare și bine aliniată. Utilizați instrucțiunile prezentate în Anexa II a lucrării albe a proiectului pentru a vă alinia camera și a verifica dacă funcționează corect.

Pasul 3: Accesarea ansamblului optic

Primul pas în conversie este accesarea ansamblului optic al camerei, care presupune următorii pași:

• Demontați capacul stâng al camerei
• Scoateți placa de circuit imprimat DF
• Desprindeți foaia de izolare din plastic care este atașată cu bandă dublă pe placa de acoperire exterioară a ansamblului optic

Pasul 4: Deschiderea ansamblului optic

Scoateți placa de acoperire a ansamblului optic interior. Această placă este lipită de ansamblu. Placa nu va mai fi folosită din nou, deci nu vă faceți griji cu privire la denaturarea acesteia. Cu toate acestea, aveți grijă să nu deteriorați elementele optice din cadrul ansamblului.

Panoul inferior al figurii prezintă ansamblul optic al camerei JVC KY-1900 nemodificate. Lumina incidentă prin obiectivul First Relay este împărțită în trei imagini colorate de divizoarele de fascicule dicroice înainte de a fi trimise către tuburile lor Saticon respective prin lentilele Second Relay. Modificarea într-un aparat de fotografiat polarimetric în timp real implică schimbarea distribuitoarelor de fascicule dicroice originale ale ansamblului Dichroic Beamsplitter prin divizoare de bandă largă, eliminarea filtrelor de tundere a culorii din lentilele celui de-al doilea releu și adăugarea de analizori de polarizare.

Pasul 5: Scoaterea ansamblului Dichroic Beamsplitter

Ansamblul Beamsplitter este ținut cu trei șuruburi, unul din față și două din spate. Ca atare, capacul din partea dreaptă al camerei, PCB-ul și folia de plastic trebuie scoase pentru a le face accesibile.

Pasul 6: inele de adaptor pentru imprimarea fasciculului de imprimare 3D

Distribuitoarele de fascicule dicroice utilizate inițial în camera KY-1900 au un diametru nestandard, așa că am decis să folosesc separatoare de fascicule cu bandă largă de 1”diametru pentru modificare. Prietenul și colegul meu Jason Meyers a proiectat și a imprimat 3D un inel de fixare pentru a ține amplificatoarele de 1”în poziție. Fișierele de tipărire CAD și 3D sunt disponibile la acest DropBox.

Pasul 7: Înlocuirea separatorilor de fascicule dicroice cu separatori de fascicule în bandă largă

Următorul pas în procesul de conversie este înlocuirea separatoarelor de fascicule dicroice cu separatoare de fascicule în bandă largă. Imaginea trebuie să fie mai mult sau mai puțin împărțită în mod egal în trei imagini, astfel încât primul radiator trebuie să reflecte în jur de 33,33% din lumina incidentă, permițând în același timp 66,66% din lumină să meargă către un al doilea radiator care ar trebui apoi să împartă această porțiune uniform. Am folosit următoarele fâșii:

• Splitter de bandă cu bandă largă Ø25,4mm 70T / 30R (Thorlabs BSS10)
• Splitter de bandă cu bandă largă Ø25,4mm 50/50 (Thorlabs BSW10)

Dispozitivele de separare a fasciculelor de bandă largă din inelele de fixare trebuie instalate în ansamblu, iar ansamblul modificator de fascicul poate fi apoi instalat la loc. Reconectați temporar plăcile de circuite. Asigurați-vă că nimic nu se scurtează pe părțile expuse ale ansamblului optic, porniți camera. Doar reglarea minoră a potențiometrelor orizontale / verticale ar trebui să fie necesară pentru a atinge alinierea dacă ați așezat corect divizoarele de fascicule. Veți observa că imaginea este încă în culoare, deși puțin spălată în comparație cu imaginea originală. Imaginea apare în continuare în culori, deoarece există filtre foarte puternice în lentilele de releu secundar care trebuie eliminate.

Pasul 8: Accesarea lentilelor de la al doilea releu

Scoaterea lentilelor a doua releu (așa se numește JVC pentru acestea) din ansamblul optic necesită o dezasamblare suplimentară a camerei. Acest lucru se datorează faptului că tuburile de captare a imaginii trebuie îndepărtate înainte ca lentilele secundare cu releu să poată fi scoase.

Începeți prin scoaterea și deconectarea plăcilor imprimate de la ansamblurile de cabluri. Apoi scoateți partea din spate a camerei. Ansamblurile de tuburi pot fi apoi extrase de pe carcasele tuburilor ansamblului optic, oferind acces la lentilele celui de-al doilea releu.

Pasul 9: Scoaterea și demontarea lentilelor secundare (unul câte unul!)

Cel de-al doilea obiectiv cu releu este ținut în poziție de șuruburi mici bine ascunse, accesibile din partea dreaptă a ansamblului optic. Odată ce șurubul de setare este deschis, scoateți al doilea obiectiv de releu pe care urmează să lucrați. Înfășurați câteva straturi de bandă electrică groasă peste cele două părți ale tubului optic și deschideți-l cu ajutorul cleștelor.

Pasul 10: Îndepărtarea filtrelor de culoare și a reasamblării obiectivului al doilea releu

Filtrul de culoare trebuie îndepărtat prin deșurubarea inelului de fixare folosind o cheie cheie sau o pensetă foarte ascuțită. După scoaterea filtrului, pur și simplu reasamblați obiectivul și strângeți cu degetele.

Eliminarea filtrului de culoare schimbă punctul focal al lentilei secundare cu releu, deci nu ar trebui reintrodus până la capăt în ansamblul optic. În schimb, lentilele cu releu secundar modificate ar trebui să iasă doar de aproximativ 2,5 mm.

Camera poate fi reasamblată după instalarea și fixarea cu șuruburi de fixare a tuturor obiectivelor cu releu secundar modificate. Lăsați ansamblul optic accesibil și reconectați temporar placa DF doar, asigurându-vă că nu scurtcircuitează cu ansamblul optic.

Pasul 11: Realinierea camerei

Acum este timpul să aliniați camera foarte atent, astfel încât să producă o imagine perfect alb-negru. Un anumit nivel de franjurare a culorilor va fi întotdeauna văzut, deoarece lentilele secundare cu releu au fost proiectate pentru o bandă îngustă de lungimi de undă și sunt acum utilizate pe toată lățimea de bandă a luminii vizibile. Fringingul este deosebit de vizibil la marginile imaginii atunci când zoom-ul este tras până la capăt, dar o înregistrare decentă se poate realiza urmând cu răbdare procedura descrisă în Anexa II a lucrării albe a proiectului.

Pasul 12: Realizarea filtrelor de analizor de polarizare

Tăiați trei pătrate de 1,42”× 1,42” dintr-o foaie de polarizare. Am folosit un film Edmund Optics 86-188 150 x 150mm, grosime 0,75mm, film laminat polarizant. Am ales acest film în loc de oferte mai ieftine, deoarece prezintă un raport de extincție foarte ridicat, precum și transmisie ridicată, ceea ce face ca imaginile polarimetrice să fie mai bune. Observați în figură că unul dintre pătrate este tăiat la 45 ° față de celelalte două.

Pasul 13: Adăugarea analizorilor de polarizare

Atașați analizorii de polarizare cu bandă transparentă în ansamblul optic astfel încât să fie așezați în căile optice către tuburi așa cum se arată în figură.

Asta e! Conversia este completă. Puteți testa camera în acest stadiu înainte de a reasambla capacul ansamblului optic (am aruncat capacul interior), reatașați foaia de plastic, reconectați placa DF și închideți carcasa camerei.

Pasul 14: Utilizarea camerei

Figura arată rezultatele cu un eșantion de țintă realizat cu bucăți de plastic polarizant la unghiuri între 0 ° și 180 ° împreună cu o bară de culoare. Ținta capturată de camera modificată JVC KY-1900 arată bara de culori și alte elemente nepolarizate ale imaginii la scară de gri, în timp ce bucățile de film polarizator sunt viu colorate, codificându-și unghiul de polarizare în spațiul RGB al NTSC.

Pentru informații suplimentare despre acest proiect, vă rugăm să descărcați cartea albă a proiectului de pe www.diyPhysics.com.

Premiul I în Coșul de gunoi pentru a comori