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

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

Polarimetrijsko snimanje nudi put za razvoj aplikacija koje mijenjaju igre u širokom rasponu područja-od monitoringa 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 detaljna uputstva za pretvaranje viška fotoaparata u boji sa 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 otpada u blago pokazaće vam kako da kameru koja je pogodna samo kao rekvizit pretvorite u koristan naučni instrument čije bi komercijalne verzije vredile desetine hiljada 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 razdvajanje snopa zraka 3D štampani
• 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 nivo intenziteta; i kut pod kojim oscilira u odnosu na referentnu os. Ovaj posljednji parametar naziva se val ugla "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 oslanjati na taj osjećaj za navigaciju i opstanak.

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: Kupovina i poravnavanje kamere

KY-1900 predstavljen je kao profesionalna kamera u boji krajem 70-ih. Bio je to jedan od rijetkih modela koji je proizveden s plastičnim narančastim kućištem, što ga čini vrlo prepoznatljivim i oznakom vrhunske profesionalnosti snimateljskih ekipa. Još 1982. godine ova kamera se prodavala za oko 9000 dolara.

Danas biste trebali biti u mogućnosti pronaći ga na tržištu viškova za oko 50 USD. KY-1900 je napravljen 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 troši oko 1,7A).

Prije nego nastavite s izmjenama, provjerite je li kamera u ispravnom stanju i dobro poravnana. Koristite uputstva prikazana u Dodatku II bijele knjige projekta da poravnate kameru i provjerite radi li ispravno.

Korak 3: Pristupanje optičkom sklopu

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

• Odvojite lijevi poklopac fotoaparata
• Uklonite DF tiskanu ploču
• Odlijepite plastičnu izolacijsku ploču koja je pričvršćena dvostranom trakom na vanjsku ploču pokrova optičkog sklopa

Korak 4: Otvaranje optičkog sklopa

Odvojite unutrašnju ploču optičkog sklopa. Ova ploča je zalijepljena na sklop. Ploča se neće ponovo koristiti, stoga ne brinite da ćete je izobličiti. Međutim, pazite 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 dihroičnih razdjelnika zraka prije nego što se pošalju u njihove odgovarajuće silikonske cijevi putem drugih relejnih leća. Modifikacija u polarimetrijski imidžer u stvarnom vremenu uključuje zamjenu originalnih dihroičnih cijepača snopova dihroičkog sklopa razdjelnika zraka širokopojasnim razdjelnicima snopa, uklanjanjem filtera za obrezivanje boje unutar drugih relejnih leća i dodavanjem 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: Adapterski prstenovi za razdvajanje snopa 3D ispisa

Dichroični razdjelnici zraka koji su se izvorno koristili u kameri KY-1900 imaju nestandardni promjer, pa sam odlučio za promjenu upotrijebiti širokopojasne pločaste razdjelnike s promjerom od 1”. Moj prijatelj i kolega Jason Meyers dizajnirao je i 3D odštampao pričvrsni prsten za držanje cijevi od 1”na mjestu. CAD i 3D datoteke za štampanje dostupne su na ovom DropBox-u.

Korak 7: Zamjena dihroičnih razdjelnika zraka širokim pojasom

Sljedeći korak u procesu pretvorbe je zamjena dihroičnih 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% svjetlosti može otići do drugog cijepača zraka koji bi tada trebao podijeliti ovaj dio ravnomerno. Koristio sam sljedeće cijepače zraka:

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

Širokopojasni razdjelnici zraka unutar držača prstenova trebali bi se instalirati u sklop, a modificirani sklop razdjelnika snopa se tada može vratiti na mjesto. Privremeno ponovno spojite ploče. Uključite fotoaparat pazeći da nema ništa na kratkim kontaktima s izloženim dijelovima optičkog sklopa. Samo je potrebno malo podešavanje vodoravnih/okomitih potenciometara za postizanje poravnanja ako ste pravilno postavili cijepače snopa. Primijetit ćete da je slika još uvijek u boji, iako pomalo isprana u odnosu na originalnu sliku. Slika se i dalje prikazuje u boji jer unutar sekundarnih relejnih leća postoje vrlo jaki filtri koje treba ukloniti.

Korak 8: Pristupanje drugim relejnim objektivima

Uklanjanje drugih relejnih objektiva (to je naziv JVC -a za njih) sa optičkog sklopa zahtijeva dodatno rastavljanje fotoaparata. To je zato što se cijevi za snimanje slike moraju ukloniti prije nego što se sekundarne relejne leće mogu izvaditi.

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

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

Druge relejne leće pričvršćene su dobro skrivenim malim zavrtnjima dostupnim s desne strane optičkog sklopa. Nakon što 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 pomoću kliješta.

Korak 10: Uklanjanje filtera u boji i ponovnog sastavljanja relejnog objektiva

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

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

Kamera se može ponovno sastaviti nakon ugradnje i pričvršćivanja vijcima svih modificiranih 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: Poravnavanje kamere

Sada je vrijeme da fotoaparat pažljivo poravnate kako bi proizveo savršeno crno-bijelu sliku. Uvijek će se vidjeti određeni rubni rub boje jer su sekundarne relejne leće dizajnirane 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 postupanjem opisanim 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 visoku transmisiju, što čini bolje polarimetrijske slike. Primijetite na slici da je jedan od kvadrata izrezan pod uglom od 45 ° u odnosu na druga dva.

Korak 13: Dodavanje polarizacijskih analizatora

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

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

Korak 14: Upotreba kamere

Na slici su prikazani rezultati sa uzorkom mete napravljenim od komada polarizirajuće plastike pod uglovima između 0 ° i 180 ° zajedno sa trakom u boji. Cilj snimljen izmijenjenom kamerom JVC KY-1900 prikazuje traku boja i ostale nepolarizirane elemente slike u sivoj skali, 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