Konverter et videokamera fra 1980'erne til en realtidspolarimetrisk billedkamera: 14 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Polarimetrisk billeddannelse tilbyder en vej til at udvikle spilskiftende applikationer på tværs af en lang række områder-lige fra miljøovervågning og medicinsk diagnostik til applikationer til sikkerhed og antiterrorisme. De meget høje omkostninger ved kommercielle polarimetriske kameraer har imidlertid hæmmet forskning og udvikling af polarimetrisk billeddannelse. Dette papir præsenterer detaljerede instruktioner til konvertering af et overskydende 3-rørs farvekamera fra 1980’erne til en real-time polarimetrisk billedkamera. Kameraet, der blev brugt som grundlag for denne konvertering, er bredt tilgængeligt på overskudsmarkedet for omkring $ 50. Denne Trash-to-treasure Instructable viser dig, hvordan du konverterer et kamera, der kun er egnet som rekvisitter, til et nyttigt videnskabeligt instrument, hvis kommercielle versioner ville være mange titusindvis af dollars værd.

Du skal bruge følgende elementer for at udføre denne konvertering:

• Arbejdsoverskud JVC KY-1900 kamera (modeller KY-2000 og KY-2700 ligner KY-1900 og kan også være egnede)
• Ø25,4 mm bredbånds 70T/30R strålesplitter (f.eks. Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm bredbånd 50/50 bjælkesplitter (f.eks. Thorlabs BSW10)
• 3D-printede stråler-adapterringe
• Ark af polariserende plast (f.eks. Edmund Optics 86-188)

Trin 1: Forståelse af polarimetrisk billeddannelse

En lysbølge er kendetegnet ved dens bølgelængde, som vi opfatter som en distriktsfarve; dens amplitude, som vi opfatter som et intensitetsniveau; og vinklen, hvormed den svinger i forhold til en referenceakse. Denne sidste parameter kaldes bølgens "Polarisationsvinkel" og er et kendetegn for lys, som uhjælpede menneskelige øjne ikke kan skelne mellem. Polarisering af lys bærer imidlertid interessant information om vores visuelle miljø, og nogle dyr er i stand til at opfatte det og stole kritisk på denne sans for navigation og overlevelse.

En detaljeret og letforståelig beskrivelse af polarimetrisk billeddannelse og dens applikationer er tilgængelig i mit whitepaper om DOLPi polarimetriske kameraer på:

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

Trin 2: Køb og juster kameraet

KY-1900 blev introduceret som et farvekamera i professionel kvalitet i slutningen af 70'erne. Det var en af de få modeller, der blev produceret med et plastorange hus, hvilket gjorde det meget karakteristisk og et tegn på avanceret professionalisme for kamerahold. Tilbage i 1982 solgte dette kamera for omkring $ 9.000.

I dag skulle du kunne finde en på overskudsmarkedet til omkring $ 50. KY-1900 blev bygget som en tank, så chancerne er meget gode for, at den vil være fuldt funktionsdygtig, hvis den ser godt ud kosmetisk. Tilslut den bare til en NTSC -farveovervågning, og forsy den med 12VDC (kameraet tegner omkring 1,7A).

Inden du fortsætter med ændringen, skal du sørge for, at kameraet er i funktionsdygtig stand og godt justeret. Brug vejledningen vist i tillæg II til projektets whitepaper til at justere dit kamera og kontrollere, at det fungerer korrekt.

Trin 3: Adgang til den optiske samling

Det første trin i konverteringen er at få adgang til kameraets optiske samling, som involverer følgende trin:

• Tag kameraets venstre dæksel fra hinanden
• Fjern DF -printkortet
• Fjern plastisoleringsarket, der er fastgjort med dobbeltsidet tape til den optiske enheds ydre dækplade

Trin 4: Åbning af den optiske samling

Lirk den indvendige optiske enheds dækplade af. Denne plade limes til forsamlingen. Pladen bruges ikke igen, så du skal ikke bekymre dig om at forvrænge den. Vær dog forsigtig med ikke at beskadige de optiske elementer i enheden.

Den nederste rude i figuren viser den optiske samling af det umodificerede JVC KY-1900 kamera. Indfaldende lys gennem First Relay Lens deles i tre farvede billeder af de dikroiske strålesplittere, før de sendes til deres respektive Saticon -rør via Second Relay Lenses. Ændringen til en real-time polarimetrisk billedkamera indebærer udveksling af de originale dikroiske strålesplittere i Dichroic Beamsplitter Assembly med bredbåndsstrålebåndsplittere, eliminering af farvetrimningsfiltrene inde i de andet relælinser og tilføjelse af polarisationsanalysatorer.

Trin 5: Fjernelse af Dichroic Beamsplitter Assembly

Bjælkesplitterenheden holdes med tre skruer, en forfra og to bagfra. Som sådan skal kameraets låge på højre side, printkort og plastfilm fjernes for at gøre disse tilgængelige.

Trin 6: 3D-udskrivning af bjælkesplitteradapterringe

De dikroiske strålesplittere, der oprindeligt blev brugt i KY-1900-kameraet, har en ikke-standardiseret diameter, så jeg besluttede at bruge 1”-diameter bredbåndspladebjælker til ændringen. Min ven og kollega Jason Meyers designede og 3D-printede en holderring for at holde 1”strålerne på plads. CAD- og 3D-udskrivningsfiler er tilgængelige på denne DropBox.

Trin 7: Udskiftning af Dichroic Beamsplitters med Wideband Beamsplitters

Det næste trin i konverteringsprocessen er at erstatte de dikroiske strålesplittere med bredbåndsstråler. Billedet skal mere eller mindre deles ligeligt i tre billeder, så den første strålesplitter skal reflektere omkring 33,33% af det indfaldende lys, samtidig med at 66,66% af lyset kan gå til en anden strålefordeler, der derefter skulle dele denne del jævnt. Jeg brugte følgende beamsplitters:

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

Bredbåndsbjælkerne i holderingsringene skal installeres i samlingen, og den modificerede bjælkesplittersamling kan derefter installeres på plads igen. Tilslut kortene midlertidigt igen. Sørg for, at intet kortslutter mod de udsatte dele af den optiske samling, og tænd kameraet. Kun en mindre justering af de vandrette/lodrette potentiometre bør være nødvendig for at nå justeringen, hvis du placerede bjælkesprederne korrekt. Du vil bemærke, at billedet stadig er i farve, omend det er lidt udvasket i forhold til det originale billede. Billedet vises stadig i farver, fordi der er meget stærke filtre i de sekundære relælinser, der skal fjernes.

Trin 8: Adgang til de andre relælinser

Fjernelse af de andre relælinser (det er JVC's navn for dem) fra den optiske samling kræver yderligere demontering af kameraet. Dette skyldes, at billedoptagningsrørene skal fjernes, før de sekundære relælinser kan tages ud.

Start med at tage ud og afmontere printpladerne fra kabelsamlingerne. Fjern derefter bagsiden af kameraet. Rørsamlingerne kan derefter trækkes af rørhusene på den optiske samling, hvilket giver adgang til de andre relælinser.

Trin 9: Fjernelse og demontering af andet relælinser (én ad gangen!)

De andet relælinser holdes på plads af godt skjulte, små sætskruer, der er tilgængelige fra højre side af den optiske samling. Når sætskruen er åben, skal du trække det andet relæobjektiv ud, som du skal arbejde på. Pak et par lag tykt elektrisk tape over de to sider af det optiske rør, og åbn det med en tang.

Trin 10: Fjernelse af farvefiltre og genmontering af andet relæobjektiv

Farvefilteret skal fjernes ved at skrue låseringen af med en skruenøgle eller en meget spids pincet. Når du har fjernet filteret, skal du blot samle linsen og stramme fingeren.

Fjernelse af farvefilteret skifter fokuspunktet for det sekundære relæobjektiv, så det bør ikke genindsættes helt i den optiske samling. I stedet bør de modificerede sekundære relælinser kun stikke omkring 2,5 mm ud.

Kameraet kan genmonteres efter installation og sikring med sætskruer alle de modificerede sekundære relælinser. Lad den optiske samling være tilgængelig, og tilslut kun DF-kortet midlertidigt igen, og sørg for, at den ikke kortslutter med den optiske enhed.

Trin 11: Omstilling af kameraet

Nu er det tid til at justere kameraet meget omhyggeligt, så det giver et perfekt sort-hvidt billede. En vis grad af farvefrynser vil altid blive set, fordi de sekundære relælinser var designet til et smalt bølgelængde og nu bruges over hele båndbredden af synligt lys. Udkanten er især mærkbar i kanterne af billedet, når zoom trækkes helt tilbage, men anstændig registrering kan opnås ved tålmodigt at følge proceduren beskrevet i tillæg II til projektets hvidbog.

Trin 12: Fremstilling af polariseringsanalysatorfiltre

Skær tre 1,42”× 1,42” firkanter ud af et polarisationsark. Jeg brugte en Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, 0,75 mm tykkelse, polariserende lamineret film. Jeg valgte denne film i stedet for billigere tilbud, fordi den har et meget højt udryddelsesforhold samt høj transmission, hvilket giver bedre polarimetriske billeder. Bemærk i figuren, at en af firkanterne er skåret ved 45 ° i forhold til de to andre.

Trin 13: Tilføjelse af polariseringsanalysatorerne

Fastgør polarisationsanalysatorerne med klart tape i den optiske samling, så de placeres inden for de optiske baner til rørene som vist på figuren.

Det er det! Konverteringen er fuldført. Du kan teste kameraet på dette trin, før du samler den optiske enheds dæksel (jeg kasserede det indvendige dæksel), genmonterede plastarket, tilsluttede DF -kortet igen og lukkede kameraets kabinet.

Trin 14: Brug af kameraet

Figuren viser resultater med et prøvemål lavet med stykker polariserende plast i vinkler mellem 0 ° og 180 ° sammen med en farvebjælke. Målet som fanget fra det modificerede JVC KY-1900 kamera viser farvebjælken og andre ikke-polariserede elementer i billedet i gråskala, mens stykkerne af polariseringsfilm er farvestrålende og koder for deres polariseringsvinkel i NTSCs RGB-rum.

For yderligere oplysninger om dette projekt, download venligst projektets whitepaper fra www.diyPhysics.com.

Første præmie i skraldespanden