แปลงกล้องวิดีโอจากทศวรรษ 1980 ให้เป็นเครื่องสร้างภาพโพลาริเมตริกแบบเรียลไทม์: 14 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

การถ่ายภาพแบบโพลาริเมตริกเป็นแนวทางในการพัฒนาแอปพลิเคชันที่พลิกโฉมเกมในหลากหลายสาขา ตั้งแต่การตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อมและการวินิจฉัยทางการแพทย์ ไปจนถึงแอปพลิเคชันด้านความปลอดภัยและการต่อต้านการก่อการร้าย อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายที่สูงมากของกล้องโพลาไรเมตริกในเชิงพาณิชย์ได้ขัดขวางการวิจัยและพัฒนาการถ่ายภาพโพลาไรเมตริก เอกสารนี้นำเสนอคำแนะนำโดยละเอียดในการแปลงกล้องสี 3 หลอดส่วนเกินจากยุค 1980 ให้เป็นเครื่องสร้างภาพโพลาไรเมตริกแบบเรียลไทม์ กล้องที่ใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการแปลงนี้มีวางจำหน่ายทั่วไปในตลาดส่วนเกินในราคาประมาณ 50 ดอลลาร์ คำแนะนำจากขยะสู่สมบัตินี้จะแสดงให้คุณเห็นถึงวิธีการแปลงกล้องที่เหมาะสมเป็นอุปกรณ์ประกอบฉากให้เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่มีประโยชน์เท่านั้น รุ่นเชิงพาณิชย์ซึ่งมีมูลค่าหลายหมื่นดอลลาร์

คุณจะต้องใช้รายการต่อไปนี้เพื่อดำเนินการแปลงนี้:

• กล้อง JVC KY-1900 ส่วนเกินทำงาน (รุ่น KY-2000 และ KY-2700 ดูคล้ายกับ KY-1900 และอาจเหมาะสมด้วย)
• Ø25.4mm wideband 70T/30R ตัวแยกลำแสง (เช่น Thorlabs BSS10)
• Ø25.4มม. ไวด์แบนด์ 50/50 ตัวแยกลำแสง (เช่น Thorlabs BSW10)
• วงแหวนอะแดปเตอร์แยกลำแสงที่พิมพ์ 3 มิติ
• แผ่นพลาสติกโพลาไรซ์ (เช่น Edmund Optics 86-188)

ขั้นตอนที่ 1: ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการถ่ายภาพโพลาริเมตริก

คลื่นแสงมีลักษณะเฉพาะด้วยความยาวคลื่น ซึ่งเรามองว่าเป็นสีประจำเขต แอมพลิจูดของมัน ซึ่งเรามองว่าเป็นระดับความรุนแรง และมุมที่มันแกว่งไปตามแกนอ้างอิง พารามิเตอร์สุดท้ายนี้เรียกว่า "มุมของโพลาไรเซชัน" ของคลื่น และเป็นลักษณะของแสงที่ดวงตาของมนุษย์โดยลำพังไม่สามารถแยกแยะได้ อย่างไรก็ตาม โพลาไรเซชันของแสงนำข้อมูลที่น่าสนใจเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมทางสายตาของเรา และสัตว์บางชนิดสามารถรับรู้และอาศัยความรู้สึกนี้ในการนำทางและการอยู่รอดอย่างมีวิจารณญาณ

คำอธิบายโดยละเอียดและเข้าใจง่ายของการถ่ายภาพโพลาไรเมตริกและการใช้งานมีอยู่ในเอกสารไวท์เปเปอร์ของฉันเกี่ยวกับกล้องโพลาไรเมตริก DOLPi ที่:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf และการนำเสนอบน YouTube ได้ที่:

ขั้นตอนที่ 2: การซื้อและจัดตำแหน่งกล้อง

KY-1900 เปิดตัวในฐานะกล้องถ่ายภาพสีระดับมืออาชีพในช่วงปลายยุค 70 เป็นหนึ่งในไม่กี่รุ่นที่ผลิตด้วยตัวกล้องพลาสติกสีส้ม ทำให้มีความโดดเด่นอย่างมาก และเป็นสัญลักษณ์ของความเป็นมืออาชีพระดับไฮเอนด์สำหรับทีมงานกล้อง ย้อนกลับไปในปี 1982 กล้องรุ่นนี้มีราคาขายปลีกประมาณ 9, 000 ดอลลาร์

วันนี้ คุณควรจะสามารถหาสินค้าในตลาดส่วนเกินได้ในราคาประมาณ $50 KY-1900 ถูกสร้างขึ้นเหมือนรถถัง ดังนั้นมีโอกาสดีมากที่มันจะทำงานได้อย่างสมบูรณ์หากดูดีในรูปลักษณ์ที่สวยงาม เพียงเชื่อมต่อเข้ากับจอภาพสี NTSC และจ่ายไฟให้กับ 12VDC (กล้องดึงพลังงานประมาณ 1.7A)

ก่อนดำเนินการแก้ไข ตรวจสอบให้แน่ใจว่ากล้องทำงานได้ดีและอยู่ในแนวเดียวกัน ใช้คำแนะนำที่แสดงในภาคผนวก II ของเอกสารทางเทคนิคของโครงการเพื่อปรับแนวกล้องของคุณและตรวจสอบว่ากล้องทำงานอย่างถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 3: การเข้าถึงชุดประกอบออปติคัล

ขั้นตอนแรกในการแปลงคือการเข้าถึงส่วนประกอบออปติคัลของกล้อง ซึ่งเกี่ยวข้องกับขั้นตอนต่อไปนี้:

• ถอดฝาด้านซ้ายของกล้องออกจากกัน
• ถอดแผงวงจรพิมพ์ DF ออก
• ลอกแผ่นแยกพลาสติกที่ติดด้วยเทปสองด้านกับแผ่นปิดด้านนอกของส่วนประกอบออปติคัลออก

ขั้นตอนที่ 4: การเปิดออปติคัลแอสเซมบลี

แงะแผ่นปิดชุดประกอบออปติคัลด้านในออก แผ่นนี้ติดกาวเข้ากับชุดประกอบ เพลทจะไม่ถูกใช้งานอีก ดังนั้นอย่ากังวลว่าจานจะบิดเบี้ยว อย่างไรก็ตาม ระวังอย่าให้องค์ประกอบออปติคัลภายในชุดประกอบเสียหาย

บานหน้าต่างด้านล่างของภาพแสดงการประกอบออปติคัลของกล้อง JVC KY-1900 ที่ยังไม่ได้ปรับแต่ง แสงที่ตกกระทบผ่านเลนส์ First Relay จะถูกแยกออกเป็นภาพสีสามภาพโดยตัวแยกลำแสง dichroic ก่อนที่จะถูกส่งไปยังหลอด Saticon ตามลำดับผ่านเลนส์รีเลย์ที่สอง การดัดแปลงเป็นภาพโพลาไรซ์แบบเรียลไทม์นั้นเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนตัวแยกลำแสงไดโครอิกดั้งเดิมของชุดแยกลำแสงไดโครอิกโดยใช้ตัวแยกลำแสงแบบแถบกว้าง การกำจัดฟิลเตอร์ตัดแต่งสีภายในเลนส์รีเลย์ที่สอง และเพิ่มเครื่องวิเคราะห์โพลาไรซ์

ขั้นตอนที่ 5: การถอด Dichroic Beamsplitter Assembly

Beamsplitter Assembly ยึดด้วยสกรูสามตัว หนึ่งตัวจากด้านหน้าและอีกสองตัวจากด้านหลัง ด้วยเหตุนี้ จึงต้องถอดฝาครอบด้านขวาของกล้อง, PCB และฟิล์มพลาสติกออกเพื่อให้สามารถเข้าถึงได้

ขั้นตอนที่ 6: 3D-Printing Beamsplitter Adapter Rings

ตัวแยกลำแสงแบบ dichroic ที่ใช้ในกล้อง KY-1900 มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ไม่ได้มาตรฐาน ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจใช้ตัวแยกลำแสงแบบแบนด์แบนด์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1” สำหรับการดัดแปลง Jason Meyers เพื่อนและเพื่อนร่วมงานของฉันออกแบบและพิมพ์ 3D วงแหวนยึดเพื่อยึดตัวแยกลำแสงขนาด 1” เข้าที่ ไฟล์การพิมพ์ CAD และ 3D มีอยู่ใน DropBox นี้

ขั้นตอนที่ 7: การเปลี่ยน Dichroic Beamsplitters ด้วย Wideband Beamsplitters

ขั้นตอนต่อไปในกระบวนการแปลงคือการแทนที่ตัวแยกลำแสงไดโครอิกด้วยตัวแยกลำแสงแบบไวด์แบนด์ ภาพจะต้องแบ่งออกเป็นสามภาพเท่าๆ กันไม่มากก็น้อย ดังนั้นตัวแยกลำแสงภาพแรกจำเป็นต้องสะท้อนแสงที่ตกกระทบประมาณ 33.33% ในขณะที่ปล่อยให้แสง 66.66% ไปยังตัวแยกลำแสงที่สองซึ่งควรแยกส่วนนี้ อย่างสม่ำเสมอ ฉันใช้ตัวแยกลำแสงต่อไปนี้:

• Ø25.4mm wideband 70T/30R ตัวแยกลำแสง (Thorlabs BSS10)
• Ø25.4มม. ไวด์แบนด์ 50/50 ตัวแยกลำแสง (Thorlabs BSW10)

ควรติดตั้งบีมสปลิตเตอร์แบบแถบกว้างภายในวงแหวนยึดในชุดประกอบ จากนั้นจึงสามารถติดตั้งชุดประกอบบีมสปลิตเตอร์ที่ดัดแปลงแล้วกลับเข้าที่ ต่อแผงวงจรกลับเข้าไปใหม่ชั่วคราว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีส่วนใดสัมผัสกับส่วนที่เปิดออกของส่วนประกอบออปติคัล ให้เปิดเครื่องกล้อง จำเป็นต้องปรับโพเทนชิโอมิเตอร์แนวนอน/แนวตั้งเพียงเล็กน้อยเท่านั้นเพื่อให้ถึงแนวเดียวกัน หากคุณวางตัวแยกลำแสงอย่างถูกต้อง คุณจะสังเกตเห็นว่าภาพยังคงเป็นสีอยู่ แม้ว่าจะดูจืดชืดไปบ้างเมื่อเทียบกับภาพต้นฉบับ รูปภาพยังคงแสดงเป็นสีเนื่องจากมีฟิลเตอร์ที่เข้มมากภายในเลนส์รีเลย์รองซึ่งจำเป็นต้องถอดออก

ขั้นตอนที่ 8: การเข้าถึงเลนส์รีเลย์ตัวที่สอง

การถอดเลนส์รีเลย์ตัวที่สอง (นั่นคือชื่อ JVC สำหรับเลนส์เหล่านี้) ออกจากชุดประกอบออปติคัล จะทำให้ต้องถอดแยกชิ้นส่วนกล้องเพิ่มเติม เนื่องจากต้องถอดท่อรับภาพออกก่อนจึงจะถอดเลนส์รีเลย์รองออกได้

เริ่มต้นด้วยการถอดและถอดแผงที่พิมพ์ออกจากชุดสายเคเบิล จากนั้นถอดด้านหลังของกล้องออก จากนั้นจึงดึงส่วนประกอบท่อออกจากตัวเรือนท่อของชุดประกอบออปติคัล ทำให้เข้าถึงเลนส์รีเลย์ที่สองได้

ขั้นตอนที่ 9: การถอดและถอดเลนส์รีเลย์ตัวที่สอง (ทีละตัว!)

เลนส์รีเลย์ตัวที่สองถูกยึดไว้โดยสกรูชุดเล็กที่ซ่อนไว้อย่างดีซึ่งสามารถเข้าถึงได้จากด้านขวาของชุดประกอบออปติคัล เมื่อสกรูยึดเปิดออกแล้ว ให้ดึงเลนส์รีเลย์ที่สองที่คุณกำลังจะออกไปทำงาน พันเทปไฟฟ้าหนาสองสามชั้นทับทั้งสองด้านของหลอดออปติคัลแล้วเปิดโดยใช้คีม

ขั้นตอนที่ 10: การถอดฟิลเตอร์สีและการประกอบเลนส์รีเลย์ที่สองออก

ควรถอดฟิลเตอร์สีออกโดยคลายเกลียววงแหวนยึดโดยใช้ประแจประแจหรือแหนบที่แหลมมาก หลังจากถอดฟิลเตอร์แล้ว ให้ประกอบเลนส์กลับเข้าไปใหม่และขันให้แน่นด้วยนิ้ว

การกำจัดฟิลเตอร์สีจะเปลี่ยนจุดโฟกัสของเลนส์รีเลย์รอง ดังนั้นจึงไม่ควรใส่กลับเข้าไปในชุดออปติคัลทั้งหมด เลนส์รีเลย์รองที่ได้รับการดัดแปลงควรยื่นออกมาเพียง 2.5 มม. เท่านั้น

กล้องสามารถประกอบกลับเข้าไปใหม่ได้หลังจากติดตั้งและยึดด้วยสกรูยึดเลนส์รีเลย์รองที่ดัดแปลงทั้งหมด ปล่อยให้ชุดประกอบออปติคัลสามารถเข้าถึงได้ และเชื่อมต่อบอร์ด DF อีกครั้งชั่วคราวเท่านั้น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่ได้ลัดวงจรกับส่วนประกอบออปติคัล

ขั้นตอนที่ 11: ปรับแนวกล้องใหม่

ถึงเวลาแล้วที่จะต้องปรับแนวกล้องอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้ภาพขาวดำที่สมบูรณ์แบบ ความเหลื่อมล้ำของสีบางระดับจะมองเห็นได้เสมอ เนื่องจากเลนส์รีเลย์รองได้รับการออกแบบสำหรับช่วงความยาวคลื่นที่แคบ และขณะนี้กำลังใช้งานผ่านแบนด์วิดท์ทั้งหมดของแสงที่มองเห็นได้ ขอบภาพจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษที่ขอบของภาพเมื่อดึงการซูมไปด้านหลังจนสุด แต่การลงทะเบียนที่เหมาะสมสามารถทำได้โดยปฏิบัติตามขั้นตอนที่อธิบายไว้ในภาคผนวก II ของเอกสารทางเทคนิคของโครงการอย่างอดทน

ขั้นตอนที่ 12: การสร้างตัวกรองโพลาไรเซชันวิเคราะห์

ตัดสี่เหลี่ยม 1.42” × 1.42” สามอันออกจากแผ่นโพลาไรซ์ ฉันใช้ Edmund Optics 86-188 150 x 150 มม. ความหนา 0.75 มม. ฟิล์มโพลาไรซ์แบบโพลาไรซ์ ฉันเลือกภาพยนตร์เรื่องนี้แทนที่จะเสนอราคาที่ถูกกว่า เพราะมันมีอัตราการสูญพันธุ์ที่สูงมาก รวมถึงการส่งสัญญาณที่สูง ซึ่งทำให้ได้ภาพโพลาไรเมตริกที่ดีขึ้น สังเกตในรูปว่าสี่เหลี่ยมจัตุรัสอันใดอันหนึ่งถูกตัดที่ 45° เทียบกับอีกสองอัน

ขั้นตอนที่ 13: การเพิ่มตัววิเคราะห์โพลาไรซ์

ติดเครื่องวิเคราะห์โพลาไรเซชันด้วยเทปใสภายในชุดประกอบออปติคัล โดยวางไว้ภายในเส้นทางออปติคัลไปยังหลอดดังแสดงในรูป

แค่นั้นแหละ! การแปลงเสร็จสมบูรณ์ คุณสามารถทดสอบกล้องในขั้นตอนนี้ก่อนที่จะประกอบฝาครอบของส่วนประกอบออปติคัลกลับเข้าไปใหม่ (ฉันทิ้งฝาครอบด้านใน) ติดแผ่นพลาสติกกลับเข้าไปใหม่ เชื่อมต่อบอร์ด DF อีกครั้ง และปิดโครงของกล้อง

ขั้นตอนที่ 14: การใช้กล้อง

รูปภาพแสดงผลลัพธ์ด้วยชิ้นงานตัวอย่างที่ทำจากชิ้นพลาสติกโพลาไรซ์ที่มุมระหว่าง 0° ถึง 180° พร้อมกับแถบสี เป้าหมายที่จับได้จากกล้อง JVC KY-1900 ที่ดัดแปลงจะแสดงแถบสีและองค์ประกอบอื่นๆ ที่ไม่ใช่โพลาไรซ์ของภาพเป็นระดับสีเทา ในขณะที่ชิ้นส่วนของฟิล์มโพลาไรเซอร์นั้นมีสีสันสดใส โดยเข้ารหัสมุมของโพลาไรซ์ในพื้นที่ RGB ของ NTSC

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงการนี้ โปรดดาวน์โหลดเอกสารไวท์เปเปอร์ของโครงการจาก www.diyPhysics.com

รางวัลที่หนึ่งในถังขยะเพื่อสมบัติ