Converteix una càmera de vídeo dels anys 80 en una imatge polarimetrica en temps real: 14 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

La imatge polarimètrica ofereix un camí per desenvolupar aplicacions que canvien el joc en una àmplia gamma de camps, que abasten des de la supervisió ambiental i el diagnòstic mèdic fins a les aplicacions de seguretat i antiterrorisme. No obstant això, el cost molt elevat de les càmeres polarimètriques comercials ha obstaculitzat la investigació i el desenvolupament d’imatges polarimètriques. Aquest article presenta instruccions detallades per convertir una càmera en color de 3 tubs de l’era dels anys vuitanta en una imatge polarimètrica en temps real. La càmera que s’utilitza com a base d’aquesta conversió està àmpliament disponible al mercat de l’excedent per uns 50 dòlars. Aquest manual d’instruccions d’escombraries-tresors us mostrarà com convertir una càmera que només sigui adequada com a puntal en un instrument científic útil, les versions comercials del qual valdrien desenes de milers de dòlars.

Per realitzar aquesta conversió, necessitareu els elements següents:

• Càmera JVC KY-1900 sobrant de treball (els models KY-2000 i KY-2700 semblen similars a la KY-1900 i també poden ser adequats)
• Divisor de feixes de banda ampla Ø25,4mm 70T / 30R (per exemple, Thorlabs BSS10)
• Divisor de biga 50/50 de banda ampla Ø25,4mm (per exemple, Thorlabs BSW10)
• Anells adaptadors de divisor de feixos impresos en 3D
• Full de plàstic polaritzant (per exemple, Edmund Optics 86-188)

Pas 1: entendre la imatge polarimetrica

Una ona de llum es caracteritza per la seva longitud d’ona, que percebem com un color de districte; la seva amplitud, que percebem com un nivell d'intensitat; i l'angle en què oscil·la respecte a un eix de referència. Aquest darrer paràmetre s’anomena “angle de polarització” de l’ona i és una característica de la llum que els ulls humans sense ajuda no poden distingir. No obstant això, la polarització de la llum comporta informació interessant sobre el nostre entorn visual i alguns animals són capaços de percebre-la i confiar críticament en aquest sentit per a la navegació i la supervivència.

Al meu llibre blanc sobre les càmeres polarimètriques DOLPi disponibles a:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf i la seva presentació a YouTube a:

Pas 2: comprar i alinear la càmera

La KY-1900 es va introduir com a càmera en color de qualitat professional a finals dels anys 70. Va ser un dels pocs models que es va produir amb un cos de plàstic taronja, que el feia molt distintiu, i una marca de professionalitat de gamma alta per als equips de càmera. El 1982, aquesta càmera es venia al voltant de 9.000 dòlars.

Avui en dia hauríeu de trobar-ne un al excedent per uns 50 dòlars. El KY-1900 es va construir com un tanc, de manera que és molt probable que sigui completament funcional si es veu bé estèticament. Simplement connecteu-lo a un monitor de color NTSC i subministreu-lo amb 12VDC (la càmera dibuixa uns 1,7A).

Abans de continuar amb la modificació, assegureu-vos que la càmera estigui en bon estat i que estigui ben alineada. Utilitzeu les instruccions que es mostren a l’apèndix II del llibre blanc del projecte per alinear la càmera i comprovar que funcioni correctament.

Pas 3: accedir al conjunt òptic

El primer pas de la conversió és accedir al conjunt òptic de la càmera, que implica els passos següents:

• Desmunteu la tapa esquerra de la càmera
• Traieu la placa de circuit imprès DF
• Retireu el full d’aïllament de plàstic que s’uneix amb cinta de doble cara a la placa de coberta exterior del conjunt òptic

Pas 4: obertura del conjunt òptic

Extraieu la placa de coberta del conjunt òptic interior. Aquesta placa està enganxada al conjunt. La placa no es tornarà a utilitzar, així que no us preocupeu per distorsionar-la. Tanmateix, tingueu cura de no danyar els elements òptics del conjunt.

El tauler inferior de la figura mostra el conjunt òptic de la càmera JVC KY-1900 sense modificar. La llum incident a través de la primera lent de relé es divideix en tres imatges de colors pels divisors de feixos dicroics abans que siguin enviats als seus respectius tubs Saticon mitjançant les lents de segon relleu. La modificació en una imatge polarimètrica en temps real implica l’intercanvi dels divisors de feixos dicroics originals de l’assemblea Dichroic Beamsplitter per divisors de feixes de banda ampla, eliminant els filtres de retall de color dins de les lents del segon relé i afegint analitzadors de polarització.

Pas 5: treure el conjunt de divisor de feix dicroic

El conjunt del divisor de feixos es realitza amb tres cargols, un per davant i dos per darrere. Com a tal, s’ha de retirar la coberta lateral dreta, la placa PCB i la pel·lícula de plàstic de la càmera perquè siguin accessibles.

Pas 6: Anells d'adaptador de divisor d'impressió 3D

Els divisors de feixos dicroics que s’utilitzaven originalment a la càmera KY-1900 tenen un diàmetre no estàndard, de manera que vaig decidir utilitzar divisors de feixes de placa ampla de 1 polzada de diàmetre per a la modificació. El meu amic i company Jason Meyers va dissenyar i imprimir en 3D un anell de retenció per mantenir els divisors de feixos d'1 al seu lloc. Els fitxers d'impressió CAD i 3D estan disponibles en aquest DropBox.

Pas 7: Substitució dels separadors de feixos dicroics per separadors de feixos de banda ampla

El següent pas del procés de conversió és substituir els divisors de feixos dicroics per divisors de feixos de banda ampla. La imatge s’ha de dividir més o menys igualment en tres imatges, de manera que el primer divisor de feixos ha de reflectir al voltant del 33,33% de la llum incident, alhora que permet que el 66,66% de la llum passi a un segon divisor de feixos que hauria de dividir aquesta porció. uniformement. He utilitzat els següents divisors de feixos:

• Divisor de biga 70T / 30R de banda ampla Ø25,4mm (Thorlabs BSS10)
• Divisor de biga 50/50 de banda ampla Ø25,4mm (Thorlabs BSW10)

Els separadors de feixes de banda ampla dins dels anells de retenció s’han d’instal·lar al conjunt i el conjunt modificador de feixos modificat es pot tornar a instal·lar al seu lloc. Torneu a connectar temporalment les plaques de circuit. Comproveu que res no quedi curt contra les parts exposades del conjunt òptic, engegueu la càmera. Només s’hauria de fer un ajust menor dels potenciòmetres horitzontals / verticals per aconseguir l’alineació si heu col·locat correctament els divisors de feixos. Notareu que la imatge encara està en color, encara que una mica rentada en comparació amb la imatge original. La imatge encara es mostra en color perquè hi ha filtres molt forts a les lents de relé secundari que cal eliminar.

Pas 8: accedir a les lents del segon relé

L'eliminació de les lents del segon relé (que és el nom de JVC per a elles) del conjunt òptic requereix una mica de desmuntatge addicional de la càmera. Això es deu al fet que els tubs de captació d’imatges s’han d’eliminar abans de poder treure les lents de relé secundari.

Comenceu traient i desconnectant els taulers impresos dels muntatges de cables. A continuació, traieu la part posterior de la càmera. Els conjunts de tubs es poden treure dels allotjaments de tubs del conjunt òptic, donant accés a les lents del segon relé.

Pas 9: Extracció i desmuntatge de les lents de segon relé (d'un en un!)

Els objectius del segon relé es mantenen al seu lloc mitjançant petits cargols de fixació ben amagats i accessibles des del costat dret del conjunt òptic. Un cop obert el tornell de fixació, traieu la segona lent de relleu sobre la qual treballareu. Emboliqueu unes quantes capes de cinta elèctrica gruixuda sobre els dos costats del tub òptic i obriu-la amb unes alicates.

Pas 10: treure els filtres de color i tornar a muntar la lent de segon relé

El filtre de color s’ha d’eliminar descargolant l’anell de retenció mitjançant una clau de clau o unes pinces molt punxegudes. Després d’extreure el filtre, simplement torneu a muntar l’objectiu i premeu els dits.

Si elimineu el filtre de color, es canvia el punt focal de la lent de relé secundari, de manera que no s’hauria de reintroduir completament al conjunt òptic. En canvi, les lents de relé secundari modificades només haurien de sobresortir uns 2,5 mm.

La càmera es pot tornar a muntar després d’instal·lar i fixar amb cargols de fixació tots els objectius de relé secundari modificats. Deixeu accessible el conjunt òptic i torneu a connectar temporalment la placa DF, assegurant-vos que no faci curtcircuit amb el conjunt òptic.

Pas 11: realinear la càmera

Ara és el moment d’alinear la càmera amb molta cura per tal que produeixi una imatge perfectament en blanc i negre. Sempre es veurà un cert nivell de franges de color perquè les lents de relé secundàries van ser dissenyades per a una banda estreta de longituds d’ona i ara s’utilitzen a tot l’ample de banda de la llum visible. El serrell es nota especialment a les vores de la imatge quan es retira el zoom cap enrere, però es pot aconseguir un registre decent seguint pacientment el procediment descrit a l’annex II del llibre blanc del projecte.

Pas 12: fabricació de filtres de l'analitzador de polarització

Retalleu tres quadrats d’1,42”× 1,42” d’un full de polarització. Vaig fer servir una pel·lícula laminada polaritzadora Edmund Optics 86-188 de 150 x 150 mm, de 0,75 mm de gruix. Vaig triar aquesta pel·lícula en lloc d’ofertes més econòmiques perquè presenta una ràtio d’extinció molt elevada, així com una transmissió elevada, que permeten obtenir millors imatges polarimètriques. Fixeu-vos a la figura que un dels quadrats es talla a 45 ° respecte els altres dos.

Pas 13: Afegir els analitzadors de polarització

Connecteu els analitzadors de polarització amb cinta transparent dins del conjunt òptic de manera que es col·loquin dins dels recorreguts òptics als tubs tal com es mostra a la figura.

Això és! La conversió s'ha completat. Podeu provar la càmera en aquesta etapa abans de tornar a muntar la coberta del conjunt òptic (he descartat la coberta interior), tornar a col·locar la làmina de plàstic, tornar a connectar la placa DF i tancar el recinte de la càmera.

Pas 14: utilitzar la càmera

La figura mostra els resultats amb un objectiu de mostra fet amb trossos de plàstic polaritzant en angles entre 0 ° i 180 ° juntament amb una barra de color. L’objectiu capturat des de la càmera JVC KY-1900 modificada mostra la barra de color i altres elements no polaritzats de la imatge a escala de grisos, mentre que les peces de la pel·lícula del polaritzador tenen colors vius i codifiquen el seu angle de polarització a l’espai RGB de NTSC.

Per obtenir informació addicional sobre aquest projecte, descarregueu el llibre blanc del projecte a www.diyPhysics.com.

Primer premi a la paperera al tresor