Ubah Kamera Video 1980-an Menjadi Pencitra Polarimetri Waktu Nyata: 14 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Pencitraan polarimetri menawarkan jalan untuk mengembangkan aplikasi pengubah permainan di berbagai bidang – mulai dari pemantauan lingkungan dan diagnostik medis hingga aplikasi keamanan dan antiterorisme. Namun, biaya kamera polarimetrik komersial yang sangat tinggi telah menghambat penelitian dan pengembangan pencitraan polarimetri. Makalah ini menyajikan instruksi terperinci untuk mengubah kamera warna 3-tabung era 1980-an surplus menjadi pencitra polarimetri waktu-nyata. Kamera yang digunakan sebagai dasar untuk konversi ini tersedia secara luas di pasar surplus dengan harga sekitar $50. Instruksi sampah-ke-harta karun ini akan menunjukkan kepada Anda cara mengubah kamera yang hanya cocok sebagai penyangga menjadi instrumen ilmiah yang berguna, versi komersialnya akan bernilai puluhan ribu dolar.

Anda memerlukan item berikut untuk melakukan konversi ini:

• Kelebihan kamera JVC KY-1900 (model KY-2000 dan KY-2700 tampak mirip dengan KY-1900 dan mungkin juga cocok)
• 25.4mm wideband 70T/30R beamsplitter (misalnya Thorlabs BSS10)
• 25.4mm wideband 50/50 beamsplitter (misalnya Thorlabs BSW10)
• Cincin adaptor beamsplitter yang dicetak 3D
• Lembaran plastik polarisasi (misalnya Edmund Optics 86-188)

Langkah 1: Memahami Pencitraan Polarimetri

Gelombang cahaya dicirikan oleh panjang gelombangnya, yang kita anggap sebagai warna distrik; amplitudonya, yang kita anggap sebagai tingkat intensitas; dan sudut di mana ia berosilasi terhadap sumbu referensi. Parameter terakhir ini disebut “Sudut Polarisasi” gelombang, dan merupakan karakteristik cahaya yang tidak dapat dibedakan oleh mata manusia tanpa bantuan. Namun, polarisasi cahaya membawa informasi menarik tentang lingkungan visual kita, dan beberapa hewan dapat memahaminya dan mengandalkan indra ini untuk navigasi dan kelangsungan hidup.

Penjelasan rinci, dan mudah dipahami tentang pencitraan polarimetri dan aplikasinya tersedia di whitepaper saya di kamera polarimetri DOLPi yang tersedia di:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf dan presentasinya di YouTube di:

Langkah 2: Membeli dan Menyelaraskan Kamera

KY-1900 diperkenalkan sebagai kamera warna kelas profesional di akhir tahun 70-an. Itu adalah salah satu dari sedikit model yang diproduksi dengan bodi plastik oranye, membuatnya sangat khas, dan tanda profesionalisme kelas atas untuk kru kamera. Kembali pada tahun 1982, kamera ini dijual dengan harga sekitar $9.000.

Hari ini, Anda seharusnya dapat menemukannya di pasar surplus dengan harga sekitar $50. KY-1900 dibuat seperti tank, jadi kemungkinan besar akan berfungsi penuh jika terlihat bagus secara kosmetik. Cukup sambungkan ke monitor warna NTSC dan suplai dengan 12VDC (kamera menarik sekitar 1,7A).

Sebelum melanjutkan dengan modifikasi, pastikan kamera berfungsi dengan baik dan sejajar. Gunakan instruksi yang ditunjukkan pada Lampiran II dari whitepaper proyek untuk menyelaraskan kamera Anda dan memeriksa apakah itu berfungsi dengan benar.

Langkah 3: Mengakses Majelis Optik

Langkah pertama dalam konversi adalah mengakses unit optik kamera, yang melibatkan langkah-langkah berikut:

• Bongkar penutup kiri kamera
• Lepaskan papan sirkuit tercetak DF
• Kelupas lembar isolasi plastik yang dilekatkan dengan selotip dua sisi ke pelat penutup luar unit optik

Langkah 4: Membuka Majelis Optik

Cungkil pelat penutup unit optik bagian dalam. Pelat ini direkatkan ke rakitan. Piring tidak akan digunakan lagi, jadi jangan khawatir akan merusaknya. Namun, berhati-hatilah agar tidak merusak elemen optik di dalam rakitan.

Panel bawah gambar menunjukkan rakitan optik kamera JVC KY-1900 yang tidak dimodifikasi. Cahaya datang melalui First Relay Lens dibagi menjadi tiga gambar berwarna oleh dichroic beamsplitters sebelum dikirim ke masing-masing tabung Saticon melalui Second Relay Lenses. Modifikasi menjadi imager polarimetri waktu-nyata melibatkan pertukaran pemecah sinar dichroic asli dari Rakitan Pemisah Sinar Dichroic dengan pemecah sinar pita lebar, menghilangkan filter pemangkasan warna di dalam Lensa Relai Kedua, dan menambahkan penganalisis polarisasi.

Langkah 5: Menghapus Rakitan Beamsplitter Dichroic

Rakitan Beamsplitter dipegang dengan tiga sekrup, satu dari depan dan dua dari belakang. Karena itu, penutup sisi kanan kamera, PCB, dan film plastik harus dilepas agar dapat diakses.

Langkah 6: Cincin Adaptor Beamsplitter Pencetakan 3D

Beamsplitter dichroic yang awalnya digunakan pada kamera KY-1900 memiliki diameter non-standar, jadi saya memutuskan untuk menggunakan beamsplitter pelat pita lebar berdiameter 1” untuk modifikasi. Teman dan kolega saya Jason Meyers merancang dan mencetak 3D cincin penahan untuk menahan pemecah balok 1” di tempatnya. File CAD dan pencetakan 3D tersedia di DropBox ini.

Langkah 7: Mengganti Beamsplitter Dichroic dengan Wideband Beamsplitters

Langkah selanjutnya dalam proses konversi adalah mengganti beamsplitter dichroic dengan beamsplitter pita lebar. Gambar harus dibagi menjadi tiga gambar, sehingga beamsplitter pertama perlu memantulkan sekitar 33,33% dari cahaya yang datang, sementara membiarkan 66,66% dari cahaya untuk pergi ke beamsplitter kedua yang kemudian harus membagi bagian ini rata. Saya menggunakan beamsplitter berikut:

• 25.4mm wideband 70T/30R beamsplitter (Thorlabs BSS10)
• 25.4mm wideband 50/50 beamsplitter (Thorlabs BSW10)

Pembagi balok pita lebar di dalam cincin penahan harus dipasang di rakitan, dan Rakitan Pemisah Sinar yang dimodifikasi kemudian dapat dipasang kembali ke tempatnya. Sambungkan kembali papan sirkuit untuk sementara. Pastikan tidak ada yang korslet pada bagian rakitan optik yang terbuka, hidupkan kamera. Hanya sedikit penyesuaian potensiometer horizontal/vertikal yang diperlukan untuk mencapai keselarasan jika Anda menempatkan beamsplitter dengan benar. Anda akan melihat bahwa gambar masih berwarna, meskipun sedikit pudar dibandingkan dengan gambar aslinya. Gambar masih muncul dalam warna karena ada filter yang sangat kuat di dalam Lensa Relay Sekunder yang perlu dihapus.

Langkah 8: Mengakses Lensa Relay Kedua

Melepaskan Lensa Relay Kedua (itulah nama JVC untuk mereka) dari perakitan optik membutuhkan beberapa pembongkaran tambahan kamera. Ini karena tabung pengambilan gambar harus dilepas sebelum Lensa Relay Sekunder dapat dikeluarkan.

Mulailah dengan mengeluarkan dan melepaskan papan cetak dari rakitan kabel. Kemudian lepaskan bagian belakang kamera. Rakitan tabung kemudian dapat ditarik dari rumah tabung dari rakitan optik, memberikan akses ke Lensa Relai Kedua.

Langkah 9: Melepas dan Membongkar Lensa Relay Kedua (Satu Per Satu!)

Lensa Relai Kedua ditahan di tempatnya dengan sekrup set kecil yang tersembunyi yang dapat diakses dari sisi kanan unit optik. Setelah setcrew terbuka, cabut Lensa Relay Kedua tempat Anda akan bekerja. Bungkus beberapa lapis pita listrik tebal di kedua sisi tabung optik dan buka menggunakan tang.

Langkah 10: Melepaskan Filter Warna dan Merakit Kembali Lensa Relay Kedua

Filter warna harus dilepas dengan membuka cincin penahan menggunakan kunci pas atau pinset yang sangat runcing. Setelah melepas filter, cukup pasang kembali lensa dan kencangkan dengan jari.

Menghilangkan filter warna akan menggeser titik fokus dari Lensa Relay Sekunder, sehingga lensa tersebut tidak boleh dimasukkan kembali sepenuhnya ke dalam unit optik. Sebaliknya, Lensa Relay Sekunder yang dimodifikasi seharusnya hanya menonjol sekitar 2.5mm.

Kamera dapat dipasang kembali setelah memasang dan mengamankan dengan setcrews semua Lensa Relai Sekunder yang dimodifikasi. Biarkan unit optik dapat diakses, dan hanya sambungkan kembali papan DF untuk sementara, pastikan tidak terjadi hubungan arus pendek dengan unit optik.

Langkah 11: Menyelaraskan Kamera

Sekarang saatnya untuk menyelaraskan kamera dengan sangat hati-hati sehingga menghasilkan gambar hitam-putih yang sempurna. Beberapa tingkat pinggiran warna akan selalu terlihat karena Lensa Relay Sekunder dirancang untuk pita panjang gelombang yang sempit, dan sekarang digunakan pada bandwidth penuh cahaya tampak. Fringing terutama terlihat di tepi gambar ketika zoom ditarik ke belakang, tetapi pendaftaran yang layak dapat dicapai dengan sabar mengikuti prosedur yang diuraikan dalam Lampiran II dari whitepaper proyek.

Langkah 12: Membuat Filter Penganalisis Polarisasi

Potong tiga kotak 1,42”×1,42” dari lembar polarisasi. Saya menggunakan Edmund Optics 86-188 150 x 150mm, Ketebalan 0.75mm, Polarizing Laminated Film. Saya memilih film ini daripada penawaran yang lebih murah karena memiliki rasio kepunahan yang sangat tinggi, serta transmisi yang tinggi, yang menghasilkan gambar polarimetri yang lebih baik. Perhatikan pada gambar bahwa salah satu kotak dipotong pada 45 ° terhadap dua lainnya.

Langkah 13: Menambahkan Penganalisis Polarisasi

Pasang penganalisis polarisasi dengan pita bening di dalam rakitan optik sedemikian rupa sehingga ditempatkan di dalam jalur optik ke tabung seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Itu dia! Konversi selesai. Anda dapat menguji kamera pada tahap ini sebelum memasang kembali penutup unit optik (saya membuang penutup bagian dalam), memasang kembali lembaran plastik, menyambungkan kembali papan DF, dan menutup penutup kamera.

Langkah 14: Menggunakan Kamera

Gambar menunjukkan hasil dengan target sampel yang dibuat dengan potongan plastik polarisasi pada sudut antara 0° dan 180° bersama dengan bilah warna. Target yang diambil dari kamera JVC KY-1900 yang dimodifikasi menunjukkan bilah warna dan elemen non-polarisasi lainnya dari gambar dalam skala abu-abu, sedangkan potongan film polarizer berwarna cerah, mengkodekan sudut polarisasinya dalam ruang RGB NTSC.

Untuk informasi tambahan tentang proyek ini, silakan unduh whitepaper proyek dari www.diyPhysics.com.

Hadiah Pertama di Sampah untuk Harta Karun