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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Autor jbumsteadJon BumsteadFollow Više od autora:

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

Kompjuterska tomografija (CT) ili kompjuterska aksijalna tomografija (CAT) najčešće su povezane sa snimanjem tijela jer omogućuju kliničarima da vide anatomsku strukturu unutar pacijenta bez ikakve operacije. 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 vidljive svjetlosti! Tehnika se naziva optički CT, koja se razlikuje od popularnije tehnike optičkog snimanja poznate kao optička koherentna tomografija.

Da bih nabavio 3D skeniranje poluprozirnih objekata, konstruirao sam optički CT skener koristeći Arduino Nano i Nikon dSLR. Na polovici projekta shvatio sam da fotogrametrija, još jedna tehnika 3D skeniranja, zahtijeva mnogo istog hardvera kao i optički CT skener. U ovom uputstvu ću preći na sistem koji sam konstruisao i koji je sposoban za CT skeniranje i fotogrametriju. Nakon stjecanja slika, moram poduzeti korake za korištenje PhotoScan -a ili Matlaba za računanje 3D rekonstrukcija.

Za potpunu nastavu o 3D skeniranju možete pogledati klasu instructables ovdje.

Nedavno sam saznao da je Ben Krasnow napravio rendgenski CT uređaj s Arduinom. Impresivno!

Nakon objavljivanja, Michalis Orfanakis je podijelio svoj kućni 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 o optičkom CT -u:

Istorija i principi optičke kompjuterizovane tomografije za skeniranje dozimetara 3-D zračenja, S J Doran i N Krstaji

Trodimenzionalna rekonstrukcija slike za optički računarski tomografski skener baziran na CCD kameri, Hannah Mary Thomas T, student student, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Optika fokusiranja paralelnog CCD aparata za optičku tomografiju za gel dozimetriju 3D zračenja Nikole Krstajića i Simona J Dorana

Korak 1: Pozadina računarske tomografije i fotogrametrije

CT skeniranje zahtijeva izvor zračenja (npr. Rendgenske 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 određenoj lokaciji. Jedna slika dobijena samo ovim podešavanjem proizvodi rentgen. Rentgen 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 rendgenskih zraka kroz jedan dio tijela u odnosu na ugao. Koristeći ove podatke, presjek objekta može se dobiti pomoću matematičke operacije koja se naziva inverzna Radonova transformacija. Za potpune detalje o funkcioniranju ove operacije 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 sprijeda. Svetlost se reflektuje od objekta i prikuplja je kamera. Više prikaza može se koristiti za stvaranje 3D mapiranja površine objekta u prostoru.

Dok fotogrametrija omogućava površinsko profilisanje objekta, CT skeniranje omogućava rekonstrukciju unutrašnje 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 sistema

Koristio sam Nikon D5000 sa objektivom žižne daljine 50 mm f/1.4 za snimanje pomoću skenera. Da bih postigao telecentrično snimanje, upotrijebio sam 180 mm akromatski dublet odvojen od 50 mm objektiva 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 strukturu 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.

Da bih prilagodio parametre skeniranja, dizajnirao sam skener sa LCD ekranom, dva potenciometra i dva tastera. Potenciometri se koriste za kontrolu broja fotografija u skeniranju i vremena ekspozicije, a tipke funkcioniraju kao tipka „enter“i tipka „reset“. Lcd ekran prikazuje opcije za skeniranje, 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: Lista zaliha

Elektronika:

• Arduino Nano
• Step motor (3.5V, 1A)
• H-most L9110
• 16x2 LCD ekran
• 3X 10k potenciometri
• 2X tastera
• 220ohm otpornik
• 1kohm otpornik
• Napajanje 12V 3A
• Pretvarač dolara
• Utičnica ženska
• Utikač cijevi za napajanje
• Micro USB produžni kabel
• Prekidač
• Ručice potenciometra
• Odstupanja od PCB -a
• Prototipna ploča
• Žičana folija
• Električna traka

Kamera i osvjetljenje:

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

Svijetla kutija:

• 2x šperploča debljine 26 cm x 26 cm ¼ inča
• 2x 30 cm x 26 cm ¼ inča debele šperploče
• 1x šperploča debljine 30cmx25cm 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 stope 1x2 bor
• Tanki aluminijumski lim
• Crna plakatna ploča
• Matice i vijci
• Proljeće

Alati:

• Lemilica
• Električna bušilica
• Alat za umotavanje žice
• Dremel
• Jigsaw
• Rezači žice
• Makaze
• Tape

Korak 4: Dizajn kutije i 3D nosači

Velika nagrada na Epilog izazovu 9