Pretvorite video kameru iz 1980-ih u polarimetrijsku sliku u stvarnom vremenu: 14 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Polarimetrijsko snimanje nudi put za razvoj aplikacija koje mijenjaju igre u širokom rasponu područja-od praćenja okoliša i medicinske dijagnostike do sigurnosnih i antiterorističkih aplikacija. Međutim, vrlo visoki troškovi komercijalnih polarimetrijskih kamera ometali su istraživanje i razvoj polarimetrijskog snimanja. Ovaj rad predstavlja detaljne upute za pretvaranje suvišne kamere s 3 cijevi iz 1980-ih u polarimetrijski snimač u stvarnom vremenu. Kamera koja se koristi kao osnova za ovu konverziju široko je dostupna na tržištu viškova za oko 50 USD. Ovaj Instructable iz smeća u blago pokazat će vam kako pretvoriti kameru koja je prikladna samo kao rekvizit u koristan znanstveni instrument čije bi komercijalne inačice vrijedile nekoliko desetaka tisuća dolara.

Za ovu konverziju trebat će vam sljedeće stavke:

• Radni višak kamere JVC KY-1900 (modeli KY-2000 i KY-2700 izgledaju slično kao KY-1900, a mogu biti i prikladni)
• Ø25,4 mm širokopojasni razdjelnik zraka 70T/30R (npr. Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm širokopojasni razdjelnik zraka 50/50 (npr. Thorlabs BSW10)
• Adapterski prstenovi za cijepanje snopa s 3D ispisom
• List polarizirajuće plastike (npr. Edmund Optics 86-188)

Korak 1: Razumijevanje polarimetrijskog snimanja

Svjetlosni val karakterizira njegova valna duljina, koju percipiramo kao boju okruga; njegovu amplitudu, koju percipiramo kao razinu intenziteta; i kut pod kojim oscilira u odnosu na referentnu os. Ovaj posljednji parametar naziva se val "Kut polarizacije" i karakteristika je svjetlosti koju ljudsko oko ne može razlikovati. Međutim, polarizacija svjetlosti nosi zanimljive podatke o našem vizualnom okruženju, a neke životinje to mogu opaziti i kritički se osloniti na taj osjećaj za navigaciju i preživljavanje.

Detaljan i lako razumljiv opis polarimetrijskog snimanja i njegovih aplikacija dostupan je u mojoj bijeloj knjizi na DOLPi polarimetrijskim kamerama dostupnim na:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf i njegova prezentacija na YouTubeu na:

Korak 2: Kupnja i poravnavanje kamere

KY-1900 predstavljen je kao profesionalni fotoaparat u boji krajem 70-ih. Bio je to jedan od rijetkih modela koji je proizveden s plastičnim narančastim kućištem, što ga čini vrlo osebujnim i oznakom vrhunske profesionalnosti za snimateljske ekipe. Još 1982. godine ova je kamera prodana za oko 9000 dolara.

Danas biste ga na tržištu viškova trebali pronaći za oko 50 USD. KY-1900 napravljen je poput tenka, pa su velike šanse da će biti potpuno funkcionalan ako izgleda dobro kozmetički. Samo ga spojite na NTSC monitor u boji i opskrbite ga 12VDC (kamera crpi oko 1,7A).

Prije nego nastavite s izmjenama, provjerite je li kamera u ispravnom stanju i dobro poravnana. Upotrijebite upute prikazane u Dodatku II bijele knjige projekta da biste poravnali kameru i provjerili radi li ispravno.

Korak 3: Pristup optičkom sklopu

Prvi korak u pretvorbi je pristup optičkom sklopu kamere, koji uključuje sljedeće korake:

• Odvojite lijevi poklopac fotoaparata
• Uklonite DF tiskanu ploču
• Odlijepite plastični izolacijski list koji je dvostranom trakom pričvršćen na vanjsku ploču pokrova optičkog sklopa

Korak 4: Otvaranje optičkog sklopa

Odvojite pokrovnu ploču unutarnjeg optičkog sklopa. Ova ploča je zalijepljena na sklop. Ploča se neće ponovno koristiti, stoga ne brinite da ćete je iskriviti. Pazite, međutim, da ne oštetite optičke elemente unutar sklopa.

Donji dio slike prikazuje optički sklop nemodificirane kamere JVC KY-1900. Padajuća svjetlost kroz prvi relejni objektiv podijeljena je na tri slike u boji pomoću dikroičnih razdjelnika zraka prije nego što se pošalju u odgovarajuće cijevi u Saticonu pomoću drugih relejnih leća. Modifikacija u polarimetrijski snimač u stvarnom vremenu uključuje zamjenu originalnih dikroičnih razdjelnika snopova Dichroic Beamsplitter Montaže širokopojasnim splitter-ima, uklanjanje filtera za podrezivanje boje unutar drugih relejnih leća i dodavanje polarizacijskih analizatora.

Korak 5: Uklanjanje dihroičkog sklopa razdjelnika zraka

Sklop razdjelnika zraka se drži s tri vijka, jednim sprijeda i dva straga. Zbog toga se desni poklopac fotoaparata, PCB i plastična folija moraju ukloniti kako bi bili dostupni.

Korak 6: Prstenovi adaptera za razdvajanje snopa za 3D ispis

Dichroični razdjelnici zraka koji su se izvorno koristili u kameri KY-1900 imaju nestandardni promjer, pa sam odlučio za promjenu upotrijebiti širokopojasne pločaste razdjelnike promjera 1”. Moj prijatelj i kolega Jason Meyers dizajnirao je i 3D ispisao pričvrsni prsten za držanje 1-inčnih cijepača na mjestu. CAD i 3D ispisne datoteke dostupne su na ovom DropBoxu.

Korak 7: Zamjena dikroičnih razdjelnika zraka širokim pojasom

Sljedeći korak u procesu pretvorbe je zamjena dikroičnih razdjelnika zraka širokopojasnim. Slika mora biti manje-više podjednako podijeljena na tri slike, tako da prvi razdjelnik zraka mora reflektirati oko 33,33% upadne svjetlosti, dok 66,66% svjetla može otići do drugog razdjelnika snopa koji bi tada trebao podijeliti ovaj dio ravnomjerno. Koristio sam sljedeće cijepače snopa zraka:

• Ø25,4 mm širokopojasni razdjelnik zraka 70T/30R (Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm širokopojasni razdjelnik zraka 50/50 (Thorlabs BSW10)

Širokopojasni razdjelnici snopa unutar držača prstenova trebali bi se instalirati u sklop, a modificirani sklop razdjelnika snopa može se zatim vratiti na mjesto. Privremeno ponovno spojite ploče. Pobrinite se da fotoaparat uključi pazeći da nema kratkih spojeva na izloženim dijelovima optičkog sklopa. Ako ste pravilno postavili cijepače snopa zraka, potrebno je samo manje podešavanje vodoravnih/okomitih potenciometara. Primijetit ćete da je slika još uvijek u boji, iako pomalo isprana u usporedbi s izvornom slikom. Slika se i dalje prikazuje u boji jer unutar sekundarnih relejnih leća postoje vrlo jaki filtri koje treba ukloniti.

Korak 8: Pristup drugim relejnim lećama

Uklanjanje drugih relejnih leća (to je naziv JVC -a za njih) s optičkog sklopa zahtijeva dodatno rastavljanje fotoaparata. To je zato što se cijevi za snimanje slike moraju ukloniti prije vađenja sekundarnih relejnih leća.

Započnite vađenjem i odvajanjem tiskanih ploča sa kabelskih sklopova. Zatim uklonite stražnju stranu fotoaparata. Sklopovi cijevi tada se mogu izvući iz kućišta cijevi optičkog sklopa, dajući pristup drugim relejnim lećama.

Korak 9: Uklanjanje i rastavljanje drugih relejnih leća (jedan po jedan!)

Druge relejne leće pričvršćene su dobro skrivenim, malim zavrtnjima dostupnim s desne strane optičkog sklopa. Kad se podešeni vijak otvori, izvucite drugu relejnu leću na kojoj ćete raditi. Omotajte nekoliko slojeva debele električne trake preko dvije strane optičke cijevi i otvorite je kliještima.

Korak 10: Uklanjanje filtera u boji i drugog relejnog stakla

Filter u boji treba ukloniti odvrtanjem sigurnosnog prstena pomoću ključa za ključ ili vrlo šiljate pincete. Nakon uklanjanja filtra, jednostavno ponovno sastavite leću i prstima zategnite.

Uklanjanjem filtera u boji pomiče se žarište sekundarnog relejnog objektiva pa se ne smije ponovno umetnuti do kraja u optički sklop. Umjesto toga, modificirane sekundarne relejne leće trebale bi stršati samo oko 2,5 mm.

Kamera se može ponovno sastaviti nakon ugradnje i pričvršćivanja vijcima svih izmijenjenih sekundarnih relejnih leća. Ostavite optički sklop pristupačan i DF ploču privremeno ponovno spojite, pazeći da ne dođe do kratkog spoja s optičkim sklopom.

Korak 11: Ponovno namještanje kamere

Došao je trenutak da fotoaparat pažljivo poravnate kako bi proizveo savršeno crno-bijelu sliku. Uvijek će se vidjeti određena granica obruba boje jer su sekundarni relejni objektivi dizajnirani za uski raspon valnih duljina, a sada se koriste u cijelom propusnom opsegu vidljive svjetlosti. Rubovi su posebno uočljivi na rubovima slike kada se zum povuče do kraja, ali pristojna registracija može se postići strpljivim slijeđenjem postupka opisanog u Dodatku II bijele knjige projekta.

Korak 12: Izrada filtera analizatora polarizacije

Izrežite tri kvadrata 1,42”× 1,42” iz polarizacijskog lista. Koristio sam Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, debljine 0,75 mm, polarizacijski laminirani film. Izabrao sam ovaj film umjesto jeftinijih ponuda jer ima vrlo visok omjer izumiranja, kao i visok prijenos, što omogućuje bolje polarimetrijske slike. Primijetite na slici da je jedan od kvadrata izrezan pod 45 ° u odnosu na druga dva.

Korak 13: Dodavanje polarizacijskih analizatora

Pričvrstite polarizacijske analizatore s prozirnom trakom unutar optičkog sklopa tako da se postave unutar optičkih puteva do cijevi kako je prikazano na slici.

To je to! Pretvorba je dovršena. U ovoj fazi možete testirati kameru prije ponovnog sastavljanja poklopca optičkog sklopa (odbacio sam unutarnji poklopac), ponovnog postavljanja plastične folije, ponovnog spajanja DF ploče i zatvaranja kućišta fotoaparata.

Korak 14: Korištenje kamere

Slika prikazuje rezultate s uzorkom mete napravljenim od komada polarizirajuće plastike pod kutovima između 0 ° i 180 ° zajedno s trakom u boji. Cilj snimljen izmijenjenom kamerom JVC KY-1900 prikazuje traku boja i ostale nepolarizirane elemente slike u sivoj ljestvici, dok su komadi polarizacijskog filma jarko obojeni, kodirajući njihov kut polarizacije u NTSC-ovom RGB prostoru.

Za dodatne informacije o ovom projektu, preuzmite bijelu knjigu projekta sa www.diyPhysics.com.

Prva nagrada u smeću za blago