Converti una videocamera degli anni '80 in una termocamera polarimetrica in tempo reale: 14 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

L'imaging polarimetrico offre un percorso per sviluppare applicazioni rivoluzionarie in un'ampia gamma di settori, dal monitoraggio ambientale e dalla diagnostica medica alle applicazioni di sicurezza e antiterrorismo. Tuttavia, il costo molto elevato delle fotocamere polarimetriche commerciali ha ostacolato la ricerca e lo sviluppo sull'imaging polarimetrico. Questo documento presenta istruzioni dettagliate per convertire una fotocamera a colori a 3 tubi in eccedenza degli anni '80 in un sensore polarimetrico in tempo reale. La fotocamera utilizzata come base per questa conversione è ampiamente disponibile nel mercato delle eccedenze per circa $ 50. Questo Instructable dalla spazzatura al tesoro ti mostrerà come convertire una fotocamera che è adatta solo come supporto in un utile strumento scientifico, le cui versioni commerciali varrebbero molte decine di migliaia di dollari.

Avrai bisogno dei seguenti elementi per eseguire questa conversione:

• Fotocamera JVC KY-1900 in eccedenza funzionante (i modelli KY-2000 e KY-2700 sembrano simili al KY-1900 e potrebbero anche essere adatti)
• Ripartitore di fascio 70T/30R a banda larga Ø25,4 mm (ad es. Thorlabs BSS10)
• Ripartitore di fascio 50/50 a banda larga Ø25,4 mm (ad es. Thorlabs BSW10)
• Anelli adattatori beamsplitter stampati in 3D
• Foglio di plastica polarizzante (es. Edmund Optics 86-188)

Passaggio 1: comprensione dell'imaging polarimetrico

Un'onda luminosa è caratterizzata dalla sua lunghezza d'onda, che percepiamo come un colore distrettuale; la sua ampiezza, che percepiamo come un livello di intensità; e l'angolo di oscillazione rispetto ad un asse di riferimento. Quest'ultimo parametro è chiamato "Angolo di polarizzazione" dell'onda ed è una caratteristica della luce che l'occhio umano non può distinguere. Tuttavia, la polarizzazione della luce porta informazioni interessanti sul nostro ambiente visivo e alcuni animali sono in grado di percepirlo e si affidano in modo critico a questo senso per la navigazione e la sopravvivenza.

Una descrizione dettagliata e di facile comprensione dell'imaging polarimetrico e delle sue applicazioni è disponibile nel mio whitepaper sulle fotocamere polarimetriche DOLPi disponibile su:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf e la sua presentazione su YouTube all'indirizzo:

Passaggio 2: acquisto e allineamento della fotocamera

La KY-1900 è stata introdotta come fotocamera a colori di livello professionale alla fine degli anni '70. È stato uno dei pochi modelli ad essere prodotto con un corpo in plastica arancione, che lo rende molto distintivo e un segno di alta professionalità per le troupe di ripresa. Nel 1982, questa fotocamera veniva venduta al dettaglio per circa $ 9.000.

Oggi dovresti essere in grado di trovarne uno nel mercato delle eccedenze per circa $ 50. Il KY-1900 è stato costruito come un carro armato, quindi è molto probabile che sarà perfettamente funzionante se avrà un bell'aspetto estetico. Basta collegarlo a un monitor a colori NTSC e alimentarlo con 12VDC (la telecamera assorbe circa 1,7A).

Prima di procedere con la modifica assicurarsi che la telecamera sia funzionante e ben allineata. Utilizzare le istruzioni mostrate nell'Appendice II del whitepaper del progetto per allineare la fotocamera e verificare che funzioni correttamente.

Passaggio 3: accesso al gruppo ottico

Il primo passaggio della conversione consiste nell'accedere al gruppo ottico della fotocamera, che prevede i seguenti passaggi:

• Smonta il coperchio sinistro della fotocamera
• Rimuovere il circuito stampato DF
• Staccare il foglio isolante in plastica attaccato con nastro biadesivo alla piastra di copertura esterna del gruppo ottico

Passaggio 4: apertura del gruppo ottico

Fare leva sulla piastra di copertura del vano ottico interno. Questa piastra è incollata all'assieme. La piastra non verrà più utilizzata, quindi non preoccuparti di distorcerla. Tuttavia, fare attenzione a non danneggiare gli elementi ottici all'interno dell'assieme.

Il riquadro inferiore della figura mostra il gruppo ottico della fotocamera JVC KY-1900 non modificata. La luce incidente attraverso la lente del primo relè viene suddivisa in tre immagini colorate dai divisori dicroici prima di essere inviata ai rispettivi tubi Saticon tramite le lenti del secondo relè. La modifica in un imager polarimetrico in tempo reale comporta lo scambio dei beamsplitter dicroici originali del Dichroic Beamsplitter Assembly con beamsplitter a banda larga, l'eliminazione dei filtri di regolazione del colore all'interno delle lenti del secondo relè e l'aggiunta di analizzatori di polarizzazione.

Passaggio 5: rimozione del gruppo divisore dicroico

Il gruppo Beamsplitter è fissato con tre viti, una dalla parte anteriore e due dalla parte posteriore. Pertanto, il coperchio del lato destro della fotocamera, il PCB e la pellicola di plastica devono essere rimossi per renderli accessibili.

Passaggio 6: Anelli adattatori Beamsplitter per stampa 3D

I divisori dicroici originariamente utilizzati nella fotocamera KY-1900 hanno un diametro non standard, quindi ho deciso di utilizzare i divisori a piastra a banda larga da 1" di diametro per la modifica. Il mio amico e collega Jason Meyers ha progettato e stampato in 3D un anello di fissaggio per tenere in posizione i divisori di fascio da 1". I file CAD e di stampa 3D sono disponibili in questo DropBox.

Passaggio 7: sostituzione dei divisori dicroici con divisori a banda larga

Il passo successivo nel processo di conversione consiste nel sostituire i divisori dicroici con divisori a banda larga. L'immagine deve essere più o meno equamente suddivisa in tre immagini, quindi il primo beamsplitter deve riflettere circa il 33,33% della luce incidente, mentre consente al 66,66% della luce di andare a un secondo beamsplitter che dovrebbe quindi dividere questa porzione uniformemente. Ho usato i seguenti beamsplitter:

• Beamsplitter 70T/30R a banda larga Ø25,4 mm (Thorlabs BSS10)
• Ripartitore di fascio 50/50 a banda larga Ø25,4 mm (Thorlabs BSW10)

I divisori di fascio a banda larga all'interno degli anelli di ritegno devono essere installati nel gruppo e il gruppo divisore di fascio modificato può quindi essere reinstallato in posizione. Ricollegare temporaneamente i circuiti stampati. Accertandosi che nulla vada in corto contro le parti esposte del gruppo ottico, accendere la fotocamera. Solo una piccola regolazione dei potenziometri orizzontale/verticale dovrebbe essere necessaria per raggiungere l'allineamento se hai posizionato correttamente i divisori di fascio. Noterai che l'immagine è ancora a colori, anche se un po' sbiadita rispetto all'immagine originale. L'immagine viene ancora visualizzata a colori perché ci sono filtri molto potenti all'interno delle lenti del relè secondario che devono essere rimossi.

Passaggio 8: accesso alle lenti del secondo relè

La rimozione delle lenti del secondo relè (che è il nome di JVC per loro) dal gruppo ottico richiede un ulteriore smontaggio della fotocamera. Questo perché i tubi di raccolta dell'immagine devono essere rimossi prima che le lenti del relè secondario possano essere estratte.

Inizia estraendo e scollegando le schede stampate dai gruppi di cavi. Quindi rimuovere la parte posteriore della fotocamera. I gruppi tubi possono quindi essere estratti dagli alloggiamenti dei tubi del gruppo ottico, dando accesso alle lenti del secondo relè.

Passaggio 9: rimozione e smontaggio delle lenti del secondo relè (una alla volta!)

Le lenti del secondo relè sono tenute in posizione da piccole viti di fissaggio ben nascoste accessibili dal lato destro del gruppo ottico. Una volta aperta la vite di fissaggio, estrai la seconda lente del relè su cui lavorerai. Avvolgere alcuni strati di nastro isolante spesso sui due lati del tubo ottico e aprirlo con le pinze.

Passaggio 10: rimozione dei filtri colorati e rimontaggio della lente del secondo relè

Il filtro colorato deve essere rimosso svitando l'anello di fermo utilizzando una chiave inglese o una pinzetta molto appuntita. Dopo aver rimosso il filtro, rimontare semplicemente l'obiettivo e serrare a mano.

L'eliminazione del filtro colore sposta il punto focale dell'obiettivo relè secondario, quindi non dovrebbe essere reinserito completamente nel gruppo ottico. Invece, le lenti del relè secondario modificate dovrebbero sporgere solo di circa 2,5 mm.

La telecamera può essere riassemblata dopo l'installazione e il fissaggio con viti di fermo di tutti gli obiettivi relè secondari modificati. Lasciare accessibile il gruppo ottico e ricollegare la scheda DF solo temporaneamente, assicurandosi che non vada in cortocircuito con il gruppo ottico.

Passaggio 11: riallineamento della fotocamera

Ora è il momento di allineare la fotocamera con molta attenzione in modo che produca un'immagine perfettamente in bianco e nero. Si vedrà sempre un certo livello di frange di colore perché le lenti del relè secondario sono state progettate per una banda stretta di lunghezze d'onda e ora vengono utilizzate sull'intera larghezza di banda della luce visibile. La sfrangiatura è particolarmente evidente ai bordi dell'immagine quando lo zoom viene tirato indietro completamente, ma è possibile ottenere una registrazione decente seguendo pazientemente la procedura descritta nell'Appendice II del white paper del progetto.

Passaggio 12: creazione di filtri per l'analizzatore di polarizzazione

Taglia tre quadrati da 1,42 "× 1,42" da un foglio di polarizzazione. Ho usato un Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, spessore 0,75 mm, pellicola laminata polarizzante. Ho scelto questo film invece di offerte più economiche perché presenta un rapporto di estinzione molto alto, oltre a un'elevata trasmissione, che rende migliori immagini polarimetriche. Notare nella figura che uno dei quadrati è tagliato a 45° rispetto agli altri due.

Passaggio 13: aggiunta degli analizzatori di polarizzazione

Fissare gli analizzatori di polarizzazione con nastro adesivo trasparente all'interno del gruppo ottico in modo tale che siano posizionati all'interno dei percorsi ottici dei tubi come mostrato in figura.

Questo è tutto! La conversione è completa. Puoi testare la fotocamera in questa fase prima di rimontare il coperchio del gruppo ottico (ho scartato il coperchio interno), riattaccare il foglio di plastica, ricollegare la scheda DF e chiudere l'involucro della fotocamera.

Passaggio 14: utilizzo della fotocamera

La figura mostra i risultati con un bersaglio campione realizzato con pezzi di plastica polarizzante ad angoli tra 0° e 180° insieme a una barra dei colori. Il bersaglio catturato dalla fotocamera JVC KY-1900 modificata mostra la barra dei colori e altri elementi non polarizzati dell'immagine in scala di grigi, mentre i pezzi di pellicola polarizzatore sono colorati, codificando il loro angolo di polarizzazione nello spazio RGB di NTSC.

Per ulteriori informazioni su questo progetto, scaricare il whitepaper del progetto da www.diyPhysics.com.

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