Konverter et videokamera fra 1980-tallet til et sanntids polarimetrisk kamera: 14 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Polarimetrisk bildebehandling gir en vei for å utvikle spillendrende applikasjoner på tvers av en lang rekke områder-alt fra miljøovervåking og medisinsk diagnostikk til applikasjoner innen sikkerhet og antiterror. Imidlertid har de svært høye kostnadene ved kommersielle polarimetriske kameraer hemmet forskning og utvikling på polarimetrisk bildebehandling. Denne artikkelen presenterer detaljerte instruksjoner for å konvertere et 3-rørs fargekamera fra 1980-tallet til et sanntids polarimetrisk kamera. Kameraet som ble brukt som grunnlag for denne konverteringen er allment tilgjengelig i overskuddsmarkedet for rundt $ 50. Denne søppel-til-skatten Instructable viser deg hvordan du konverterer et kamera som bare er egnet som rekvisitt til et nyttig vitenskapelig instrument, hvis kommersielle versjoner vil være verdt mange titusenvis av dollar.

Du trenger følgende elementer for å utføre denne konverteringen:

• Arbeidsoverskudd JVC KY-1900 kamera (modellene KY-2000 og KY-2700 ser ut som KY-1900 og kan også være passende)
• Ø25,4 mm bredbånd 70T/30R bjelkesplitter (f.eks. Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm bredbånd 50/50 bjelkesplitter (f.eks. Thorlabs BSW10)
• 3D-trykte stråleradapterringer
• Ark av polariserende plast (f.eks. Edmund Optics 86-188)

Trinn 1: Forstå Polarimetric Imaging

En lysbølge er preget av dens bølgelengde, som vi oppfatter som en distriktsfarge; dens amplitude, som vi oppfatter som et intensitetsnivå; og vinkelen den svinger i forhold til en referanseakse. Denne siste parameteren kalles bølgens "Polarisasjonsvinkel", og er et kjennetegn på lys som menneskeøyne ikke kan skille. Polarisering av lys bærer imidlertid interessant informasjon om vårt visuelle miljø, og noen dyr er i stand til å oppfatte det og stole kritisk på denne sansen for navigasjon og overlevelse.

En detaljert og lettfattelig beskrivelse av polarimetrisk avbildning og dens applikasjoner er tilgjengelig i mitt whitepaper på DOLPi polarimetriske kameraer tilgjengelig på:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf og presentasjonen på YouTube på:

Trinn 2: Kjøpe og justere kameraet

KY-1900 ble introdusert som et profesjonelt fargekamera på slutten av 70-tallet. Det var en av få modeller som ble produsert med et oransje plasthus, noe som gjorde det veldig særegent og et preg av avansert profesjonalitet for kamerateam. Tilbake i 1982 solgte dette kameraet for rundt $ 9 000.

I dag bør du kunne finne en på overskuddsmarkedet for rundt $ 50. KY-1900 ble bygget som en tank, så sjansene er veldig gode for at den vil være fullt funksjonell hvis den ser bra ut kosmetisk. Bare koble den til en NTSC -fargeskjerm og forsyne den med 12VDC (kameraet trekker rundt 1,7A).

Før du fortsetter med endringen, må du kontrollere at kameraet er i orden og godt justert. Bruk instruksjonene vist i vedlegg II i prosjektets whitepaper for å justere kameraet og kontrollere at det fungerer som det skal.

Trinn 3: Få tilgang til den optiske enheten

Det første trinnet i konverteringen er å få tilgang til kameraets optiske enhet, som innebærer følgende trinn:

• Ta fra kameraets venstre deksel
• Fjern kretskortet med DF
• Fjern plastisoleringsarket som er festet med dobbeltsidig tape til den optiske enhetens ytre deksel

Trinn 4: Åpne den optiske enheten

Lirk av den indre optiske forsiden. Denne platen er limt til enheten. Platen vil ikke bli brukt igjen, så ikke bekymre deg for å forvrenge den. Vær imidlertid forsiktig så du ikke skader de optiske elementene i enheten.

Den nederste ruten i figuren viser den optiske enheten til det umodifiserte JVC KY-1900-kameraet. Innfallende lys gjennom First Relay Lens deles i tre fargede bilder av dikroiske strålesplittere før de sendes til sine respektive Saticon -rør via Second Relay Lenses. Modifikasjonen til et sanntids polarimetrisk bildebehandler innebærer utveksling av de originale dikroiske strålesplitterne av Dichroic Beamsplitter Assembly med bredbåndsstrålesplittere, eliminering av fargetrimningsfiltrene inne i de andre relélinsene og tilsetning av polarisasjonsanalysatorer.

Trinn 5: Fjerne Dichroic Beamsplitter Assembly

Beamsplitter -enheten holdes med tre skruer, en foran og to bakfra. Som sådan må kameraets høyre deksel, PCB og plastfilm fjernes for å gjøre disse tilgjengelige.

Trinn 6: Ringer for 3D-utskrift av stråleplater

De dikroiske strålesplitterne som opprinnelig ble brukt i KY-1900-kameraet har en ikke-standard diameter, så jeg bestemte meg for å bruke 1”-diameter bredbåndsplate strålesplittere for endringen. Min venn og kollega Jason Meyers designet og 3D-trykte en holderring for å holde 1”bjelkesplitterne på plass. CAD- og 3D-utskriftsfiler er tilgjengelige på denne DropBox.

Trinn 7: Erstatning av Dichroic Beamsplitters med Wideband Beamsplitters

Det neste trinnet i konverteringsprosessen er å erstatte de dikroiske strålesplitterne med bredbåndsstråler. Bildet må mer eller mindre deles likt i tre bilder, så den første strålesplitteren må reflektere rundt 33,33% av det innfallende lyset, samtidig som 66,66% av lyset kan gå til en andre strålesplitter som deretter skal dele denne delen jevnt. Jeg brukte følgende beamsplitters:

• Ø25,4 mm bredbånd 70T/30R bjelkesplitter (Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm bredbånd 50/50 bjelkesplitter (Thorlabs BSW10)

Bredbåndsbjelkene i holderingene skal installeres i enheten, og den modifiserte bjelkesplitterenheten kan deretter installeres på plass igjen. Koble kretskortene midlertidig til igjen. Sørg for at ingenting kortslutter mot de utsatte delene av den optiske enheten, og slå på kameraet. Bare en mindre justering av de horisontale/vertikale potensiometrene bør være nødvendig for å nå justeringen hvis du plasserte strålekløyverne riktig. Du vil legge merke til at bildet fremdeles er i farger, om enn litt vasket ut i forhold til det opprinnelige bildet. Bildet vises fortsatt i farger fordi det er veldig sterke filtre i sekundærrelélinsene som må fjernes.

Trinn 8: Få tilgang til de andre relélinsene

Å fjerne de andre relélinsene (det er JVC -navnet på dem) fra den optiske enheten krever ytterligere demontering av kameraet. Dette er fordi bildeopptaksrørene må fjernes før sekundære relélinser kan tas ut.

Start med å ta ut og koble de trykte kortene fra kabelenhetene. Fjern deretter baksiden av kameraet. Rørsamlingene kan deretter trekkes av rørhusene til den optiske enheten, noe som gir tilgang til de andre relélinsene.

Trinn 9: Fjerne og demontere andre relélinser (en om gangen!)

De andre relélinsene holdes på plass av godt skjulte, små skruer som er tilgjengelige fra høyre side av den optiske enheten. Når settskruen er åpen, trekker du ut det andre relélinsen som du skal jobbe med. Fest et par lag tykt elektrisk tape over de to sidene av det optiske røret og åpne det med en tang.

Trinn 10: Fjerne fargefiltrene og montering av andre relélinser

Fargefilteret bør fjernes ved å skru ut låseringen ved hjelp av en skiftenøkkel eller en veldig spiss pinsett. Etter at du har fjernet filteret, er det bare å sette sammen linsen igjen og stramme fingeren.

Eliminering av fargefilteret skifter fokuspunktet for sekundærrelélinsen, så det bør ikke settes helt inn i den optiske enheten igjen. I stedet skal de modifiserte sekundære relélinsene bare stikke ut omtrent 2,5 mm.

Kameraet kan settes sammen igjen etter å ha installert og festet med seteskruer alle de modifiserte sekundære relélinsene. La den optiske enheten være tilgjengelig, og koble bare DF-kortet til igjen midlertidig, og pass på at den ikke kortslutter den optiske enheten.

Trinn 11: Omstille kameraet

Nå er det på tide å justere kameraet veldig nøye slik at det gir et perfekt svart-hvitt bilde. En viss grad av fargekanter vil alltid bli sett fordi sekundærrelélinsene er designet for et smalt bølgelengde, og nå brukes over hele båndbredden til synlig lys. Utkantene er spesielt merkbare i kantene på bildet når zoomen trekkes helt tilbake, men anstendig registrering kan oppnås ved å følge tålmodigheten fremgangsmåten som er skissert i vedlegg II til prosjektets whitepaper.

Trinn 12: Lag polarisasjonsanalysatorfiltre

Klipp tre kvadrater på 1,42”× 1,42” ut av et polarisasjonsark. Jeg brukte en Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, 0,75 mm tykkelse, polariserende laminert film. Jeg valgte denne filmen i stedet for billigere tilbud fordi den har et veldig høyt utryddelsesforhold, samt høy overføring, noe som gir bedre polarimetriske bilder. Legg merke til i figuren at en av rutene er kuttet i 45 ° i forhold til de to andre.

Trinn 13: Legge til polariseringsanalysatorene

Fest polarisasjonsanalysatorene med klar tape i den optiske enheten slik at de plasseres innenfor de optiske banene til rørene som vist på figuren.

Det er det! Konverteringen er fullført. Du kan teste kameraet på dette stadiet før du monterer dekselet til den optiske enheten igjen (jeg kastet det indre dekselet), fester plastarket, kobler til DF -kortet på nytt og lukker kamerahuset.

Trinn 14: Bruke kameraet

Figuren viser resultater med et prøvemål laget med biter av polariserende plast i vinkler mellom 0 ° og 180 ° sammen med en fargebjelke. Målet som fanget fra det modifiserte JVC KY-1900-kameraet viser fargebjelken og andre ikke-polariserte elementer i bildet i gråskala, mens bitene av polariseringsfilm er fargerike og koder for deres polariseringsvinkel i NTSCs RGB-rom.

For ytterligere informasjon om dette prosjektet, kan du laste ned prosjektets whitepaper fra www.diyPhysics.com.

Første premie i papirkurven