Převeďte videokameru z 80. let na polarimetrickou kameru v reálném čase: 14 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Polarimetrické zobrazování nabízí cestu k vývoji aplikací měnících hry v celé řadě oblastí-od monitorování životního prostředí a lékařské diagnostiky až po bezpečnostní a protiteroristické aplikace. Velmi vysoké náklady na komerční polarimetrické kamery však brání výzkumu a vývoji v oblasti polarimetrického zobrazování. Tento dokument představuje podrobné pokyny pro převod přebytečné 3trubičkové barevné kamery z 80. let na polarimetrický zobrazovač v reálném čase. Kamera použitá jako základ pro tuto konverzi je široce dostupná na trhu s přebytky za přibližně 50 USD. Tento instruktáž k pokladu vám ukáže, jak převést kameru, která je vhodná pouze jako rekvizita, na užitečný vědecký nástroj, jehož komerční verze by stály mnoho desítek tisíc dolarů.

K provedení této konverze budete potřebovat následující položky:

• Přebytečný fotoaparát JVC KY-1900 (modely KY-2000 a KY-2700 vypadají podobně jako KY-1900 a mohou být také vhodné)
• Širokopásmový dělič paprsků Ø25,4 mm 70T/30R (např. Thorlabs BSS10)
• Širokopásmový dělič paprsků Ø25,4 mm 50/50 (např. Thorlabs BSW10)
• 3D-tištěné adaptační kroužky paprsků
• List polarizačního plastu (např. Edmund Optics 86-188)

Krok 1: Porozumění polarimetrickému zobrazování

Světelná vlna je charakterizována svou vlnovou délkou, kterou vnímáme jako okresní barvu; jeho amplituda, kterou vnímáme jako úroveň intenzity; a úhel, pod kterým kmitá vzhledem k referenční ose. Tento poslední parametr se nazývá „úhel polarizace“vlny a je charakteristikou světla, které lidské oči nemohou rozlišit. Polarizace světla však přináší zajímavé informace o našem vizuálním prostředí a některá zvířata to dokážou vnímat a kriticky se na tento smysl spoléhat při navigaci a přežití.

Podrobný a snadno srozumitelný popis polarimetrického zobrazování a jeho aplikací je k dispozici v mém dokumentu o polarimetrických kamerách DOLPi, který je k dispozici na adrese:

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

Krok 2: Nákup a vyrovnání fotoaparátu

KY-1900 byl představen jako profesionální barevná kamera na konci 70. Byl to jeden z mála modelů, které byly vyráběny s plastovým oranžovým tělem, díky čemuž byl velmi osobitý a známkou špičkové profesionality pro kameramany. V roce 1982 se tento fotoaparát prodával za zhruba 9 000 dolarů.

Dnes byste měli být schopni najít na trhu s přebytky kolem 50 dolarů. KY-1900 byl postaven jako tank, takže je velká šance, že bude plně funkční, pokud bude kosmeticky dobře vypadat. Stačí jej připojit k barevnému monitoru NTSC a napájet 12 V DC (kamera čerpá kolem 1,7 A).

Než budete pokračovat v úpravě, ujistěte se, že je kamera v provozním stavu a dobře zarovnaná. Pomocí pokynů uvedených v dodatku II dokumentu white paper projektu zarovnejte kameru a zkontrolujte, zda funguje správně.

Krok 3: Přístup k optické sestavě

Prvním krokem převodu je přístup k optické sestavě kamery, která zahrnuje následující kroky:

• Demontujte levý kryt fotoaparátu
• Demontujte desku plošných spojů DF
• Odlepte plastovou izolační fólii, která je připevněna oboustrannou páskou k vnější krycí desce optické sestavy

Krok 4: Otevření optické sestavy

Odšroubujte krycí desku vnitřní optické sestavy. Tato deska je přilepená k sestavě. Deska nebude znovu použita, takže se nemusíte bát, že by došlo ke zkreslení. Dávejte však pozor, abyste nepoškodili optické prvky v sestavě.

Dolní panel obrázku ukazuje optickou sestavu neupravené kamery JVC KY-1900. Dopadající světlo skrz první reléovou čočku je rozděleno do tří barevných obrazů pomocí dichroických paprskových rozdělovačů, než jsou odeslány do svých příslušných trubic Saticon přes druhé reléové čočky. Modifikace na polarimetrický zobrazovač v reálném čase zahrnuje výměnu původních dichroických děličů paprsků sestavy dichroických paprsků za širokopásmové rozdělovače paprsků, odstranění filtrů pro ořezávání barev uvnitř druhých reléových čoček a přidání analyzátorů polarizace.

Krok 5: Demontáž sestavy dichroického paprskového paprsku

Sestava paprskového držáku je držena třemi šrouby, jedním zepředu a dvěma zezadu. Aby byl přístupný, je proto nutné odstranit kryt fotoaparátu, desku plošných spojů a plastovou fólii fotoaparátu.

Krok 6: Kroužky adaptéru paprsků pro 3D tisk

Dichroické rozdělovače paprsků původně používané ve fotoaparátu KY-1900 mají nestandardní průměr, proto jsem se rozhodl pro úpravu použít širokopásmové rozdělovače paprsků s průměrem 1”. Můj přítel a kolega Jason Meyers navrhl a 3D vytiskl přídržný kroužek, aby držel 1 “paprskové paprsky na svém místě. V tomto DropBoxu jsou k dispozici soubory CAD a 3D tisku.

Krok 7: Výměna dichroických paprskových rozdělovačů za širokopásmové rozdělovače paprsků

Dalším krokem v procesu převodu je nahrazení dichroických rozdělovačů paprsků širokopásmovými rozdělovači paprsků. Obraz musí být víceméně rovnoměrně rozdělen na tři obrazy, takže první paprskový rozdělovač musí odrážet přibližně 33,33% dopadajícího světla a zároveň umožňuje 66,66% světla přejít na druhý rozdělovač paprsků, který by měl tuto část rozdělit rovnoměrně. Použil jsem následující štípače paprsků:

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

Širokopásmové rozdělovače paprsků v přídržných kroužcích by měly být nainstalovány v sestavě a upravenou sestavu paprsků pak lze nainstalovat zpět na místo. Dočasně znovu připojte desky plošných spojů. Zajistěte, aby se nic nezkratovalo proti odkrytým částem optické sestavy, zapněte fotoaparát. Pokud jste správně umístili rozdělovače paprsků, měla by k dosažení zarovnání stačit jen malá úprava horizontálních/vertikálních potenciometrů. Všimnete si, že obrázek je stále barevný, i když ve srovnání s původním obrázkem trochu vybledlý. Obraz se stále zobrazuje barevně, protože v sekundárních reléových čočkách jsou velmi silné filtry, které je třeba odstranit.

Krok 8: Přístup k druhým reléovým čočkám

Vyjmutí objektivů druhého relé (to je pro ně název JVC) z optické sestavy vyžaduje další demontáž kamery. Důvodem je, že před vyjmutím objektivů sekundárního relé je třeba vyjmout elektronky pro snímání obrazu.

Začněte vyjmutím a odpojením tištěných desek od kabelových sestav. Poté sejměte zadní část fotoaparátu. Sestavy trubic lze poté stáhnout z pouzder trubek optické sestavy, což umožňuje přístup k druhým reléovým čočkám.

Krok 9: Demontáž a demontáž čoček druhého relé (jeden po druhém!)

Čočky druhého relé jsou drženy na místě dobře skrytými malými stavěcími šrouby přístupnými z pravé strany optické sestavy. Jakmile je stavěcí šroub otevřený, vytáhněte druhý reléový objektiv, na kterém budete pracovat. Oviňte několik vrstev silné elektrické pásky přes obě strany optické trubice a pomocí kleští ji otevřete.

Krok 10: Demontáž barevných filtrů a zpětné montáže čočky druhého relé

Barevný filtr by měl být odstraněn odšroubováním pojistného kroužku pomocí klíče nebo velmi špičaté pinzety. Po vyjmutí filtru objektiv opět smontujte a utáhněte prsty.

Odstraněním barevného filtru se posouvá ohnisko sekundárního reléového objektivu, takže by neměl být znovu zasunut až do optické sestavy. Místo toho by upravené sekundární reléové čočky měly vyčnívat jen asi 2,5 mm.

Kameru lze znovu namontovat po instalaci a zajistit pomocí upravených šroubů všechny upravené sekundární reléové čočky. Ponechte optickou sestavu přístupnou a desku DF připojte pouze dočasně a ujistěte se, že nezkratuje s optickou sestavou.

Krok 11: Vyrovnání kamery

Nyní je čas velmi opatrně zarovnat fotoaparát tak, aby vytvořil dokonale černobílý obraz. Určitá úroveň barevných okrajů bude vždy vidět, protože sekundární reléové čočky byly navrženy pro úzké pásmo vlnových délek a nyní se používají v celé šířce pásma viditelného světla. Třásně jsou zvláště patrné na okrajích obrazu, když je zoom zatažen úplně dozadu, ale slušné registrace lze dosáhnout trpělivým dodržováním postupu uvedeného v příloze II dokumentu white paper projektu.

Krok 12: Výroba filtrů analyzátoru polarizace

Z polarizačního listu vystřihněte tři čtverce 1,42”× 1,42”. Použil jsem polarizační laminovanou fólii Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, tloušťka 0,75 mm. Tento film jsem si vybral místo levnějších nabídek, protože má velmi vysoký poměr zániku a také vysokou přenosovou rychlost, což zajišťuje lepší polarimetrický obraz. Všimněte si na obrázku, že jeden ze čtverců je řezán pod úhlem 45 ° vzhledem k ostatním dvěma.

Krok 13: Přidání polarizačního analyzátoru

Připojte analyzátory polarizace čirou páskou do optické sestavy tak, aby byly umístěny v optických drahách k elektronkám, jak je znázorněno na obrázku.

A je to! Převod je dokončen. V této fázi můžete kameru vyzkoušet před opětovným smontováním krytu optické sestavy (vnitřní kryt jsem zavrhl), opětovným připojením plastové fólie, opětovným připojením desky DF a uzavřením krytu kamery.

Krok 14: Používání fotoaparátu

Obrázek ukazuje výsledky se vzorkovým terčem vyrobeným z kusů polarizačního plastu v úhlech mezi 0 ° a 180 ° spolu s barevným pruhem. Cíl zachycený upravenou kamerou JVC KY-1900 zobrazuje barevný pruh a další nepolarizované prvky obrazu v šedé škále, zatímco kousky polarizačního filmu jsou jasně zbarvené, což kóduje jejich úhel polarizace v prostoru NTSC RGB.

Chcete -li získat další informace o tomto projektu, stáhněte si dokument projektu z www.diyPhysics.com.

První cena v koši k pokladu