Converteer een videocamera uit de jaren 80 naar een realtime polarimetrische imager - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Polarimetrische beeldvorming biedt de mogelijkheid om baanbrekende toepassingen te ontwikkelen op een groot aantal gebieden, van omgevingsmonitoring en medische diagnostiek tot toepassingen op het gebied van beveiliging en terrorismebestrijding. De zeer hoge kosten van commerciële polarimetrische camera's hebben echter onderzoek en ontwikkeling op het gebied van polarimetrische beeldvorming belemmerd. Dit artikel bevat gedetailleerde instructies voor het omzetten van een overtollige kleurencamera met drie buizen uit de jaren 80 in een realtime polarimetrische imager. De camera die als basis voor deze conversie wordt gebruikt, is algemeen verkrijgbaar in de overschotmarkt voor ongeveer $ 50. Deze trash-to-treasure Instructable laat je zien hoe je een camera die alleen geschikt is als rekwisiet, kunt omzetten in een nuttig wetenschappelijk instrument, waarvan commerciële versies vele tienduizenden dollars waard zouden zijn.

U hebt de volgende items nodig om deze conversie uit te voeren:

• Werkende overtollige JVC KY-1900 camera (modellen KY-2000 en KY-2700 lijken op de KY-1900 en zijn mogelijk ook geschikt)
• Ø25,4 mm breedband 70T/30R beamsplitter (bijv. Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm breedband 50/50 beamsplitter (bijv. Thorlabs BSW10)
• 3D-geprinte beamsplitter-adapterringen
• Plaat van polariserend plastic (bijv. Edmund Optics 86-188)

Stap 1: Polarimetrische beeldvorming begrijpen

Een lichtgolf kenmerkt zich door zijn golflengte, die wij als wijkkleur waarnemen; zijn amplitude, die we waarnemen als een intensiteitsniveau; en de hoek waaronder deze oscilleert ten opzichte van een referentieas. Deze laatste parameter wordt de "polarisatiehoek" van de golf genoemd en is een kenmerk van licht dat menselijke ogen zonder hulp niet kunnen onderscheiden. De polarisatie van licht bevat echter interessante informatie over onze visuele omgeving, en sommige dieren kunnen het waarnemen en kritisch vertrouwen op dit zintuig voor navigatie en overleving.

Een gedetailleerde en gemakkelijk te begrijpen beschrijving van polarimetrische beeldvorming en de toepassingen ervan is beschikbaar in mijn whitepaper over de DOLPi polarimetrische camera's die beschikbaar zijn op:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf en de presentatie ervan op YouTube op:

Stap 2: De camera kopen en uitlijnen

De KY-1900 werd eind jaren 70 geïntroduceerd als een professionele kleurencamera. Het was een van de weinige modellen die werd geproduceerd met een plastic oranje body, waardoor het zeer onderscheidend was en een teken van hoogwaardige professionaliteit voor cameraploegen. In 1982 werd deze camera verkocht voor ongeveer $ 9.000.

Tegenwoordig zou je er een op de overschotmarkt moeten kunnen vinden voor ongeveer $ 50. De KY-1900 is gebouwd als een tank, dus de kans is groot dat hij volledig functioneel zal zijn als hij er cosmetisch goed uitziet. Sluit hem gewoon aan op een NTSC-kleurenmonitor en voorzie hem van 12VDC (de camera trekt ongeveer 1,7A).

Voordat u doorgaat met de wijziging, moet u ervoor zorgen dat de camera in goede staat verkeert en goed is uitgelijnd. Gebruik de instructies in bijlage II van de whitepaper van het project om uw camera uit te lijnen en te controleren of deze correct werkt.

Stap 3: Toegang tot de optische eenheid

De eerste stap in de conversie is om toegang te krijgen tot de optische assemblage van de camera, die de volgende stappen omvat:

• Haal de linkerklep van de camera uit elkaar
• Verwijder de DF-printplaat
• Verwijder het plastic isolatievel dat met dubbelzijdige tape aan de buitenste afdekplaat van de optische eenheid is bevestigd

Stap 4: De optische eenheid openen

Wrik de afdekplaat van de binnenste optische eenheid los. Deze plaat wordt op het geheel gelijmd. De plaat wordt niet meer gebruikt, dus maak je geen zorgen over vervorming. Zorg er echter voor dat u de optische elementen in de assemblage niet beschadigt.

Het onderste deel van de afbeelding toont de optische assemblage van de ongewijzigde JVC KY-1900-camera. Invallend licht door de eerste relaislens wordt door de dichroïsche bundelsplitsers in drie kleuren gesplitst voordat ze via de tweede relaislenzen naar hun respectievelijke Saticon-buizen worden gestuurd. De wijziging in een real-time polarimetrische imager omvat het vervangen van de originele dichroïsche beamsplitters van de Dichroic Beamsplitter Assembly door breedband beamsplitters, het elimineren van de kleurafsnijdingsfilters in de tweede relaislenzen en het toevoegen van polarisatieanalysatoren.

Stap 5: Dichroic Beamsplitter-assemblage verwijderen

De Beamsplitter-assemblage wordt vastgehouden met drie schroeven, één aan de voorkant en twee aan de achterkant. Daarom moeten de rechterklep, de printplaat en de plastic film van de camera worden verwijderd om deze toegankelijk te maken.

Stap 6: 3D-printen Beamsplitter Adapter Ringen

De dichroïsche bundelsplitsers die oorspronkelijk in de KY-1900-camera werden gebruikt, hebben een niet-standaard diameter, dus heb ik besloten om breedbandplaatbundelsplitsers met een diameter van 1” te gebruiken voor de aanpassing. Mijn vriend en collega Jason Meyers ontwierp en 3D-geprint een borgring om de 1” beamsplitters op hun plaats te houden. CAD- en 3D-printbestanden zijn beschikbaar op deze DropBox.

Stap 7: De dichroïsche Beamsplitters vervangen door Wideband Beamsplitters

De volgende stap in het conversieproces is het vervangen van de dichroïsche beamsplitters door breedband beamsplitters. Het beeld moet min of meer gelijk verdeeld zijn in drie afbeeldingen, dus de eerste bundelsplitser moet ongeveer 33,33% van het invallende licht reflecteren, terwijl 66,66% van het licht naar een tweede bundelsplitser gaat die dit gedeelte vervolgens moet splitsen gelijkmatig. Ik heb de volgende beamsplitters gebruikt:

• Ø25,4 mm breedband 70T/30R beamsplitter (Thorlabs BSS10)
• Ø25,4 mm breedband 50/50 beamsplitter (Thorlabs BSW10)

De breedband beamsplitters binnen de borgringen moeten in de montage worden geïnstalleerd, en de gewijzigde beamsplitter montage kan dan weer op zijn plaats worden geïnstalleerd. Sluit de printplaten tijdelijk weer aan. Zorg ervoor dat er niets kortsluiting is tegen de blootgestelde delen van de optische eenheid en zet de camera aan. Slechts een kleine aanpassing van de horizontale/verticale potentiometers zou nodig moeten zijn om uitlijning te bereiken als u de beamsplitters correct hebt geplaatst. Je zult merken dat de afbeelding nog steeds in kleur is, zij het een beetje vervaagd in vergelijking met de originele afbeelding. De afbeelding wordt nog steeds in kleur weergegeven omdat er zeer sterke filters in de secundaire relaislenzen zijn die moeten worden verwijderd.

Stap 8: Toegang tot de tweede relaislenzen

Het verwijderen van de tweede relaislenzen (dat is de naam van JVC) van de optische assemblage vergt wat extra demontage van de camera. Dit komt omdat de beeldopneembuizen moeten worden verwijderd voordat de secundaire relaislenzen kunnen worden verwijderd.

Begin met het verwijderen en loskoppelen van de printplaten van de kabelassemblages. Verwijder vervolgens de achterkant van de camera. De buissamenstellen kunnen dan van de buisbehuizingen van het optische samenstel worden getrokken, waardoor toegang wordt verkregen tot de tweede relaislenzen.

Stap 9: Tweede relaislenzen verwijderen en demonteren (één voor één!)

De tweede relaislenzen worden op hun plaats gehouden door goed verborgen, kleine stelschroeven die toegankelijk zijn vanaf de rechterkant van de optische eenheid. Zodra de stelschroef open is, trekt u de tweede relaislens uit waaraan u gaat werken. Wikkel een paar lagen dikke elektrische tape over de twee zijden van de optische buis en open deze met een tang.

Stap 10: De kleurfilters verwijderen en de tweede relaislens opnieuw in elkaar zetten

Het kleurfilter moet worden verwijderd door de borgring los te draaien met een steeksleutel of een zeer puntig pincet. Na het verwijderen van het filter, zet u de lens eenvoudig weer in elkaar en draait u deze handvast.

Door het kleurenfilter te elimineren, verschuift het brandpunt van de secundaire relaislens, zodat deze niet helemaal opnieuw in de optische eenheid moet worden geplaatst. In plaats daarvan mogen de aangepaste secundaire relaislenzen slechts ongeveer 2,5 mm uitsteken.

De camera kan weer in elkaar worden gezet nadat alle gemodificeerde secundaire relaislenzen zijn geïnstalleerd en vastgezet met stelschroeven. Laat de optische assemblage toegankelijk en sluit de DF-kaart alleen tijdelijk opnieuw aan, zorg ervoor dat deze geen kortsluiting maakt met de optische assemblage.

Stap 11: De camera opnieuw uitlijnen

Nu is het tijd om de camera zeer zorgvuldig uit te lijnen, zodat deze een perfect zwart-wit beeld produceert. Een zekere mate van kleurranden zal altijd te zien zijn omdat de secundaire relaislenzen zijn ontworpen voor een smalle band van golflengten en nu worden gebruikt over de volledige bandbreedte van zichtbaar licht. De franjes zijn vooral merkbaar aan de randen van het beeld wanneer de zoom helemaal naar achteren wordt getrokken, maar een goede registratie kan worden bereikt door geduldig de procedure te volgen die wordt beschreven in bijlage II van de whitepaper van het project.

Stap 12: Polarisatie-analysatorfilters maken

Knip drie vierkanten van 1,42 "x 1,42" uit een polarisatievel. Ik gebruikte een Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, 0,75 mm dikte, polariserende gelamineerde film. Ik koos deze film in plaats van goedkopere aanbiedingen omdat deze een zeer hoge extinctieverhouding heeft, evenals een hoge transmissie, wat zorgt voor betere polarimetrische beelden. Merk op dat in de figuur een van de vierkanten is afgesneden op 45° ten opzichte van de andere twee.

Stap 13: De polarisatieanalysatoren toevoegen

Bevestig de polarisatieanalysatoren met doorzichtige tape in de optische assemblage, zodat ze binnen de optische paden naar de buizen worden geplaatst, zoals weergegeven in de afbeelding.

Dat is het! De conversie is voltooid. U kunt de camera in dit stadium testen voordat u de kap van de optische eenheid weer in elkaar zet (ik heb de binnenkap weggegooid), de plastic plaat weer vastmaakt, de DF-plaat opnieuw aansluit en de behuizing van de camera sluit.

Stap 14: De camera gebruiken

De afbeelding toont resultaten met een voorbeelddoel gemaakt met stukjes polariserend plastic onder hoeken tussen 0° en 180° samen met een kleurenbalk. Het doel zoals vastgelegd met de gemodificeerde JVC KY-1900-camera toont de kleurenbalk en andere niet-gepolariseerde elementen van de afbeelding in grijstinten, terwijl de stukjes polarisatorfilm felgekleurd zijn en hun polarisatiehoek coderen in de RGB-ruimte van NTSC.

Voor meer informatie over dit project kunt u de whitepaper van het project downloaden van www.diyPhysics.com.

Eerste prijs in de prullenbak naar schat