Преобразувайте видеокамера от 80-те години в поляриметричен фотоапарат в реално време: 14 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Поляриметричните изображения предлагат път за разработване на променящи се игри приложения в широк спектър от области-обхващащи целия път от мониторинга на околната среда и медицинската диагностика до приложенията за сигурност и антитероризъм. Въпреки това, много високата цена на търговските поляриметрични камери възпрепятства научните изследвания и разработките на поляриметричните изображения. Тази статия представя подробни инструкции за преобразуване на излишната 3-тръбна цветна камера от епохата на 80-те години на миналия век в поляриметричен фотоапарат в реално време. Камерата, използвана като основа за това преобразуване, е широко достъпна на излишния пазар за около 50 долара. Тази инструкция за боклук в съкровище ще ви покаже как да превърнете камера, която е подходяща само като опора, в полезен научен инструмент, чиито търговски версии биха стрували много десетки хиляди долари.

За да извършите това преобразуване, ще ви трябват следните елементи:

• Работна излишна камера JVC KY-1900 (моделите KY-2000 и KY-2700 изглеждат подобни на KY-1900 и също могат да бъдат подходящи)
• Ø25,4 мм широколентов 70T/30R лъчеразделител (напр. Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 мм широколентов 50/50 лъчеразделител (напр. Thorlabs BSW10)
• 3D отпечатани адаптерни пръстени за разделяне на лъчи
• Лист от поляризираща пластмаса (напр. Edmund Optics 86-188)

Стъпка 1: Разбиране на поляриметричните изображения

Светлинната вълна се характеризира със своята дължина на вълната, която възприемаме като окръжен цвят; неговата амплитуда, която възприемаме като ниво на интензитет; и ъгъла, под който той се колебае спрямо референтната ос. Този последен параметър се нарича „ъгъл на поляризация“на вълната и е характеристика на светлината, която невъоръжените човешки очи не могат да различат. Поляризацията на светлината обаче носи интересна информация за нашата визуална среда и някои животни са способни да я възприемат и да разчитат критично на това чувство за навигация и оцеляване.

Подробно и лесно за разбиране описание на поляриметричните изображения и нейните приложения е налично в моята бяла книга на поляриметричните камери DOLPi, достъпна на адрес:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf и представянето му в YouTube на адрес:

Стъпка 2: Купуване и подравняване на камерата

KY-1900 беше представен като професионална цветна камера в края на 70-те години. Това беше един от малкото модели, произведени с пластмасов оранжев корпус, което го прави много отличителен и белег за професионализъм от висок клас за екипите на камерите. През 1982 г. тази камера се продава на дребно за около 9 000 долара.

Днес би трябвало да можете да намерите такъв на излишния пазар за около 50 долара. KY-1900 е построен като танк, така че шансовете са много добри, че ще бъде напълно функционален, ако изглежда добре в козметичен план. Просто го свържете към цветен монитор NTSC и го снабдете с 12VDC (камерата извлича около 1.7A).

Преди да продължите с модификацията, уверете се, че камерата е в работно състояние и добре подравнена. Използвайте инструкциите, показани в Приложение II на белия документ на проекта, за да подравните камерата си и да проверите дали работи правилно.

Стъпка 3: Достъп до оптичния модул

Първата стъпка в преобразуването е достъп до оптичния модул на камерата, който включва следните стъпки:

• Разглобете левия капак на камерата
• Извадете печатната платка DF
• Отлепете пластмасовия изолационен лист, който е прикрепен с двустранна лента към външната покриваща плоча на оптичния монтаж

Стъпка 4: Отваряне на оптичния модул

Отделете вътрешната капачка на оптичния модул. Тази плоча е залепена към монтажа. Плочата няма да се използва отново, така че не се притеснявайте да я изкривите. Внимавайте обаче да не повредите оптичните елементи в модула.

Долният панел на фигурата показва оптичния модул на немодифицираната камера JVC KY-1900. Падащата светлина през първия релеен обектив се разделя на три цветни изображения от дихроичните разклонители на лъчи, преди те да бъдат изпратени до съответните им сатиконови тръби чрез втори релейни лещи. Модификацията в поляриметричен фотоапарат в реално време включва размяна на оригиналните дихроични лъчеразделители на сглобката на дихроичния лъч с широколентови разделители на лъчи, премахване на филтрите за подстригване на цветовете във вторите релейни лещи и добавяне на поляризационни анализатори.

Стъпка 5: Премахване на дихроичния сноп за разделяне на лъчи

Сглобяващият лъч се държи с три винта, един отпред и два отзад. Поради това десният капак на камерата, печатната платка и пластмасовото фолио трябва да бъдат премахнати, за да бъдат достъпни.

Стъпка 6: Пръстени за адаптер за пръскане на лъч за 3D печат

Първоначално използваните в камерата KY-1900 дихроични лъчеразделители са с нестандартен диаметър, затова реших да използвам за модификацията широколентови плоскоразделители с диаметър 1”диаметър. Моят приятел и колега Джейсън Майерс проектира и отпечатва 3D задържащ пръстен, който да държи 1-инчовите разклонители на място. Файловете за CAD и 3D печат са достъпни в този DropBox.

Стъпка 7: Подмяна на дихроичните лъчеразделители с широколентови лъчеразделители

Следващата стъпка в процеса на преобразуване е замяната на дихроичните лъчеразделители с широколентови. Изображението трябва да бъде разделено горе-долу еднакво на три изображения, така че първият разделител на лъчи трябва да отразява около 33,33% от падащата светлина, като същевременно позволява на 66,66% от светлината да отиде към втори лъч, който след това трябва да раздели тази част равномерно. Използвах следните разделители на лъчи:

• Ø25,4 мм широколентов 70T/30R лъчеразделител (Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 мм широколентов 50/50 лъчеразделител (Thorlabs BSW10)

Широколентовите разделители на лъчи в задържащите пръстени трябва да бъдат инсталирани в сглобката, а след това модифицираният сноп за разделяне на лъчи може да бъде инсталиран обратно на място. Временно свържете отново платките. Уверете се, че няма нищо късо в откритите части на оптичния модул, включете камерата. Трябва да се наложи само незначителна настройка на хоризонталните/вертикалните потенциометри, за да се постигне подравняване, ако правилно сте поставили разделителите на лъчи. Ще забележите, че изображението все още е цветно, макар и малко измито в сравнение с оригиналното изображение. Изображението все още се появява в цвят, защото в рамките на вторичните релейни лещи има много силни филтри, които трябва да бъдат премахнати.

Стъпка 8: Достъп до вторите релейни лещи

Премахването на вторите релейни лещи (това е името на JVC за тях) от оптичния монтаж изисква допълнително разглобяване на камерата. Това е така, защото тръбите за захващане на изображението трябва да бъдат отстранени, преди вторичните релейни лещи да могат да бъдат извадени.

Започнете, като извадите и изключите отпечатаните платки от кабелните комплекти. След това премахнете задната част на камерата. След това тръбните възли могат да се изтеглят от корпусите на тръбите на оптичния възел, като се дава достъп до вторите релейни лещи.

Стъпка 9: Сваляне и разглобяване на втори релеен обектив (един по един!)

Вторите релейни лещи се задържат на място от добре скрити, малки винтове, достъпни от дясната страна на оптичния модул. След като регулиращият винт е отворен, издърпайте втората релейна леща, върху която ще работите. Увийте няколко слоя дебела електрическа лента върху двете страни на оптичната тръба и я отворете с помощта на клещи.

Стъпка 10: Премахване на цветните филтри и повторно сглобяване на обектива на второто реле

Цветният филтър трябва да се отстрани, като развиете фиксиращия пръстен с помощта на гаечен ключ или много заострена пинсета. След като извадите филтъра, просто сглобете отново обектива и го затегнете с пръсти.

Премахването на цветния филтър измества фокусната точка на вторичния релеен обектив, така че не трябва да се поставя отново докрай в оптичния модул. Вместо това модифицираните вторични релейни лещи трябва да стърчат само около 2,5 мм.

Камерата може да бъде сглобена отново след инсталиране и закрепване с винтове на всички модифицирани вторични релейни лещи. Оставете оптичния модул достъпен и свържете отново DF платката само временно, като се уверите, че няма късо съединение с оптичния модул.

Стъпка 11: Пренареждане на камерата

Сега е моментът да подравните камерата много внимателно, така че да създаде перфектно черно-бяла картина. Винаги ще се вижда известно ниво на цветови ресни, тъй като вторичните релейни лещи са проектирани за тясна лента с дължини на вълните и сега се използват по цялата честотна лента на видимата светлина. Ръбовете са особено забележими в краищата на изображението, когато мащабирането е издърпано докрай назад, но прилична регистрация може да бъде постигната чрез търпеливо спазване на процедурата, описана в допълнение II към белия документ на проекта.

Стъпка 12: Създаване на филтри за поляризационен анализатор

Изрежете три квадрата 1.42”× 1.42” от поляризационен лист. Използвах Edmund Optics 86-188 150 x 150 мм, дебелина 0,75 мм, поляризиращ ламиниран филм. Избрах този филм вместо по -евтини предложения, защото той се отличава с много висок коефициент на изчезване, както и с високо предаване, което прави по -добри поляриметрични изображения. Забележете на фигурата, че един от квадратите е изрязан на 45 ° спрямо другите два.

Стъпка 13: Добавяне на поляризационни анализатори

Прикрепете поляризационните анализатори с прозрачна лента в оптичния модул, така че да бъдат поставени в оптичните пътеки към тръбите, както е показано на фигурата.

Това е! Преобразуването е завършено. Можете да тествате камерата на този етап, преди да сглобите отново капака на оптичния модул (изхвърлих вътрешния капак), да поставите отново пластмасовия лист, да свържете отново DF платката и да затворите корпуса на камерата.

Стъпка 14: Използване на камерата

Фигурата показва резултати с примерна мишена, направена с парчета поляризираща пластмаса под ъгли между 0 ° и 180 ° заедно с цветна лента. Целта, заснета от модифицираната камера JVC KY-1900, показва цветната лента и други неполяризирани елементи на картината в сив мащаб, докато парчетата поляризационен филм са ярко оцветени, кодиращи ъгъла им на поляризация в RGB пространството на NTSC.

За допълнителна информация относно този проект, моля, изтеглете документа на проекта от www.diyPhysics.com.

Първа награда в кошчето за съкровище