Stoni CT i 3D skener s Arduinom: 12 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Napisao jbumsteadJon BumsteadFollow Više od autora:

O: Projekti u svjetlu, glazbi i elektronici. Pronađite ih sve na mojoj web stranici: www.jbumstead.com Više o jbumsteadu »

Računalna tomografija (CT) ili računalna aksijalna tomografija (CAT) najčešće su povezane sa snimanjem tijela jer omogućuju kliničarima da vide anatomsku strukturu unutar pacijenta bez potrebe za bilo kakvom operacijom. Za snimanje unutar ljudskog tijela, CT skener zahtijeva rendgenske zrake jer zračenje mora moći prodrijeti kroz tijelo. Ako je objekt poluproziran, zapravo je moguće provesti CT skeniranje pomoću vidljivog svjetla! Tehnika se naziva optički CT, koja se razlikuje od popularnije tehnike optičkog snimanja poznate kao optička koherentna tomografija.

Za stjecanje 3D skeniranja poluprozirnih objekata konstruirao sam optički CT skener koristeći Arduino Nano i Nikon dSLR. Na pola projekta shvatio sam da fotogrametrija, još jedna tehnika 3D skeniranja, zahtijeva veći dio istog hardvera kao i optički CT skener. U ovoj uputi ću se pozabaviti sustavom koji sam izgradio koji je sposoban za CT skeniranje i fotogrametriju. Nakon stjecanja slika, moram poduzeti korake za korištenje PhotoScana ili Matlaba za računanje 3D rekonstrukcija.

Za potpuni tečaj o 3D skeniranju, ovdje možete provjeriti klasu instructables.

Nedavno sam saznao da je Ben Krasnow napravio rendgenski CT stroj s Arduinom. Impresivan!

Nakon objave, Michalis Orfanakis podijelio je svoj domaći optički CT skener, za koji je osvojio 1. nagradu u znanosti na Stage Europe 2017! Pročitajte donje komentare za potpunu dokumentaciju o njegovoj izgradnji.

Resursi za optički CT:

Povijest i principi optičke računalne tomografije za skeniranje dozimetara 3-D zračenja autora S J Doran i N Krstaji

Trodimenzionalna rekonstrukcija slike za optički računalni tomografski skener temeljen na CCD kameri, Hannah Mary Thomas T, studentica, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Optika fokusiranja aparata za optičku tomografiju CCD paralelnog snopa za gel dozimetriju 3D zračenja, Nikola Krstaji´c i Simon J Doran

Korak 1: Pozadina računalne tomografije i fotogrametrije

CT skeniranje zahtijeva izvor zračenja (npr. X-zrake ili svjetlost) s jedne strane objekta i detektore s druge strane. Količina zračenja koja dospije u detektor ovisi o tome koliko je objekt upijajući na određenom mjestu. Jedna jedina slika koja se dobije samo ovim postavljanjem proizvodi ono što stvara rentgen. RTG je poput sjene i ima sve 3D informacije projicirane u jednu 2D sliku. Za 3D rekonstrukcije, CT skener prikuplja rendgenske snimke pod mnogim kutovima rotiranjem objekta ili nizom izvora-detektora.

Slike prikupljene CT skenerom nazivaju se sinogrami i prikazuju apsorpciju X-zraka kroz jednu krišku tijela u odnosu na kut. Pomoću ovih podataka presjek objekta može se dobiti matematičkom operacijom koja se naziva inverzna Radonova transformacija. Za potpune pojedinosti o tome kako ova operacija funkcionira pogledajte ovaj video.

Isti princip primjenjuje se za optički CT skener s kamerom koja djeluje kao detektor i LED nizom kao izvorom. Jedan od važnih dijelova dizajna je da su svjetlosne zrake koje sakuplja leća paralelne prilikom putovanja kroz objekt. Drugim riječima, objektiv bi trebao biti telecentričan.

Fotogrametrija zahtijeva da predmet bude osvijetljen s prednje strane. Svjetlo se reflektira od objekta i prikuplja ga kamera. Više prikaza može se koristiti za stvaranje 3D mapiranja površine objekta u prostoru.

Dok fotogrametrija omogućuje površinsko profiliranje objekta, CT skeniranje omogućuje rekonstrukciju unutarnje strukture objekata. Glavni nedostatak optičkog CT-a je to što za snimanje možete koristiti samo poluprozirne objekte (npr. Voće, papirnati papir, gumeni medvjedi itd.), Dok fotogrametrija može raditi za većinu objekata. Nadalje, postoji mnogo napredniji softver za fotogrametriju pa rekonstrukcije izgledaju nevjerojatno.

Korak 2: Pregled sustava

Za slikanje skenerom koristio sam Nikon D5000 s objektivom žarišne duljine 50 mm f/1.4. Da bih postigao telecentrično snimanje, upotrijebio sam 180 mm akromatski dublet odvojen od 50 mm leće cijevnim produžetkom. Objektiv je zaustavljen na f/11 ili f/16 kako bi se povećala dubinska oštrina.

Kamerom se upravljalo pomoću daljinskog upravljača koji povezuje kameru s Arduino Nano. Kamera je montirana na PVC konstrukciju koja se povezuje s crnom kutijom koja drži objekt za skeniranje i elektroniku.

Za CT skeniranje objekt je osvijetljen sa stražnje strane LED nizom velike snage. Količina svjetlosti koju prikupi kamera ovisi o tome koliko objekt apsorbira. Za 3D skeniranje objekt je osvijetljen sprijeda pomoću adresabilnog LED niza kojim se upravlja pomoću Arduina. Objekt se rotira koračnim motorom, kojim se upravlja pomoću H-mosta (L9110) i Arduina.

Kako bih prilagodio parametre skeniranja, dizajnirao sam skener s LCD zaslonom, dva potenciometra i dva gumba. Potenciometri se koriste za kontrolu broja fotografija u skeniranju i vremena ekspozicije, a tipke funkcioniraju kao tipka "enter" i tipka "reset". Lcd zaslon prikazuje opcije skeniranja, a zatim trenutni status skeniranja nakon početka preuzimanja.

Nakon postavljanja uzorka za CT ili 3D skeniranje, skener automatski kontrolira kameru, LED diode i motor za prikupljanje svih slika. Slike se zatim koriste za rekonstrukciju 3D modela objekta pomoću Matlaba ili PhotoScana.

Korak 3: Popis zaliha

Elektronika:

• Arduino Nano
• Step motor (3.5V, 1A)
• H-most L9110
• 16x2 Lcd zaslon
• 3X 10k potenciometri
• 2X tipke
• 220ohm otpornik
• 1kohm otpornik
• Napajanje 12V 3A
• Pretvarač dolara
• Utičnica za žene
• Utikač cijevi za napajanje
• Micro USB produžni kabel
• Prekidač za napajanje
• Gumbi potenciometra
• Odstupanja od PCB -a
• Prototipna ploča
• Žica za omotavanje žice
• Električna traka

Kamera i osvjetljenje:

• Fotoaparat, koristio sam Nikon D5000 dSLR
• Glavni objektiv (žižna daljina = 50 mm)
• Produživač cijevi
• Akromatski dublet (žarišna duljina = 180 mm)
• Daljinski okidač
• Adresibilna LED traka
• Prijenosno LED svjetlo Utilitech pro 1 lumen
• Papir za raspršivanje svjetla

Svjetleća kutija:

• 2x šperploča debljine 26 cm x 26 cm ¼ inča
• 2x 30 cm x 26 cm ¼ inča debele šperploče
• 1x šperploča debljine 30 cm x 25 cm ½ inča
• Šipke za tiple promjera 2x ½ inča
• 8x PVC spojevi u obliku slova L promjera ½ inča
• 8x PVC spojevi u obliku slova T promjera ½ inča
• 1x PVC ogrtač promjera ½ inča
• 4 stopala 1x2 bora
• Tanki aluminijski lim
• Crna plakatna ploča
• Matice i vijci
• Proljeće

Alati:

• Lemilica
• Bušilica
• Alat za omatanje žicom
• Dremel
• Jigsaw
• Rezači žice
• Škare
• Traka

Korak 4: Dizajn kutije i 3D nosači

Velika nagrada u Epilog Challengeu 9