جهاز التصوير المقطعي المحوسب للكمبيوتر المكتبي والماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد مع اردوينو: 12 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

بواسطة jbumstead جون بومستيد متابعة المزيد من قبل المؤلف:

حول: مشاريع في الضوء والموسيقى والإلكترونيات. اعثر عليها جميعًا على موقعي: www.jbumstead.com المزيد حول jbumstead »

غالبًا ما يرتبط التصوير المقطعي المحوسب (CT) أو التصوير المقطعي المحوري (CAT) بتصوير الجسم لأنه يمكّن الأطباء من رؤية البنية التشريحية داخل المريض دون الحاجة إلى إجراء أي عملية جراحية. للتصوير داخل جسم الإنسان ، يتطلب ماسح التصوير المقطعي المحوسب الأشعة السينية لأن الإشعاع يجب أن يكون قادرًا على اختراق الجسم. إذا كان الكائن شبه شفاف ، فمن الممكن بالفعل إجراء مسح بالأشعة المقطعية باستخدام الضوء المرئي! تسمى هذه التقنية بالأشعة المقطعية ، وهي تختلف عن تقنية التصوير البصري الأكثر شيوعًا والمعروفة باسم التصوير المقطعي البصري.

للحصول على عمليات مسح ثلاثية الأبعاد للأجسام شبه الشفافة ، قمت ببناء ماسح ضوئي مقطعي محوسب باستخدام Arduino Nano و Nikon dSLR. في منتصف المشروع ، أدركت أن القياس التصويري ، وهو أسلوب مسح ضوئي ثلاثي الأبعاد آخر ، يتطلب الكثير من نفس الأجهزة مثل ماسح التصوير المقطعي المحوسب البصري. في هذا الدليل ، سوف أتطرق إلى النظام الذي قمت بإنشائه والقادر على المسح بالأشعة المقطعية والقياس التصويري. بعد الحصول على الصور ، لدي خطوات لاستخدام PhotoScan أو Matlab لحساب عمليات إعادة البناء ثلاثية الأبعاد.

للحصول على فصل دراسي كامل حول المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد ، يمكنك الاطلاع على الفصل الدراسي هنا.

لقد اكتشفت مؤخرًا أن Ben Krasnow قام ببناء جهاز أشعة x-ray CT باستخدام Arduino. محرج!

بعد النشر ، شارك Michalis Orfanakis ماسح التصوير المقطعي المحوسب الضوئي الذي صنعه في المنزل ، والذي فاز بالجائزة الأولى في Science on Stage Europe 2017! اقرأ التعليقات أدناه للحصول على الوثائق الكاملة حول بنائه.

موارد حول التصوير المقطعي المحوسب:

تاريخ ومبادئ التصوير المقطعي البصري لمسح مقاييس جرعات الإشعاع ثلاثي الأبعاد بواسطة SJ Doran و N Krstaji

إعادة بناء الصورة ثلاثية الأبعاد لماسح التصوير المقطعي المحوسب الضوئي المستند إلى CCDcamera بواسطة هانا ماري توماس تي ، عضو الطالب ، IEEE ، D Devakumar ، Paul B Ravindran

تركيز البصريات لجهاز التصوير المقطعي البصري CCD ذو الحزمة المتوازية لقياس جرعات هلام الإشعاع ثلاثي الأبعاد بواسطة Nikola Krstaji´c و Simon J Doran

الخطوة 1: التصوير المقطعي والخلفية التصويرية

يتطلب التصوير المقطعي المحوسب مصدرًا للإشعاع (مثل الأشعة السينية أو الضوء) على جانب واحد من الجسم وأجهزة الكشف على الجانب الآخر. تعتمد كمية الإشعاع التي تصل إلى الكاشف على مدى امتصاص الجسم في موقع معين. صورة واحدة يتم الحصول عليها من خلال هذا الإعداد وحده هي التي تنتج الأشعة السينية. تشبه الأشعة السينية الظل ، وتحتوي على جميع المعلومات ثلاثية الأبعاد مُسقطة في صورة واحدة ثنائية الأبعاد. لإجراء عمليات إعادة بناء ثلاثية الأبعاد ، يكتسب ماسح التصوير المقطعي المحوسب عمليات مسح بالأشعة السينية على عدة زوايا إما بتدوير الكائن أو مصفوفة كاشف المصدر.

تسمى الصور التي تم جمعها بواسطة ماسح التصوير المقطعي المحوسب صور الجيب ، وهي تعرض امتصاص الأشعة السينية من خلال شريحة واحدة من الجسم مقابل الزاوية. باستخدام هذه البيانات ، يمكن الحصول على مقطع عرضي للكائن باستخدام عملية رياضية تسمى معكوس تحويل الرادون. للحصول على تفاصيل كاملة حول كيفية عمل هذه العملية ، شاهد هذا الفيديو.

يتم تطبيق نفس المبدأ على الماسح الضوئي المقطعي باستخدام كاميرا تعمل ككاشف وتعمل مجموعة LED كمصدر. أحد الأجزاء المهمة في التصميم هو أن أشعة الضوء التي تجمعها العدسة تكون متوازية عند الانتقال عبر الجسم. بمعنى آخر ، يجب أن تكون العدسة مركزية عن بُعد.

يتطلب القياس التصويري أن يكون الكائن مضاءً من الأمام. ينعكس الضوء عن الكائن وتجمعه الكاميرا. يمكن استخدام طرق عرض متعددة لإنشاء تخطيط ثلاثي الأبعاد لسطح كائن في الفضاء.

بينما يتيح القياس التصويري تحديد ملامح سطح كائن ما ، فإن المسح بالأشعة المقطعية يتيح إعادة بناء الهيكل الداخلي للكائنات. يتمثل العيب الرئيسي في التصوير المقطعي المحوسب في أنه يمكنك فقط استخدام الكائنات شبه الشفافة للتصوير (مثل الفواكه ، وورق المناديل ، والدببة الصمغية ، وما إلى ذلك) ، في حين أن القياس التصويري يمكن أن يعمل مع معظم الكائنات. علاوة على ذلك ، هناك برامج أكثر تقدمًا للقياس التصويري لذا تبدو عمليات إعادة البناء مذهلة.

الخطوة 2: نظرة عامة على النظام

لقد استخدمت كاميرا Nikon D5000 ذات بعد بؤري 50 مم بعدسة f / 1.4 للتصوير باستخدام الماسح الضوئي. لتحقيق التصوير عن بعد ، استخدمت مزدوجًا لونيًا مقاس 180 مم مفصولًا عن العدسة مقاس 50 مم مع موسع أنبوب. تم إيقاف العدسة إلى f / 11 أو f / 16 لزيادة عمق المجال.

تم التحكم في الكاميرا باستخدام جهاز تحكم عن بعد مصراع يربط الكاميرا بـ Arduino Nano. يتم تثبيت الكاميرا على هيكل PVC يتصل بصندوق أسود يحمل الكائن المراد مسحه ضوئيًا والإلكترونيات.

بالنسبة للمسح المقطعي المحوسب ، يضيء الكائن من الخلف بمصفوفة LED عالية الطاقة. تعتمد كمية الضوء التي تجمعها الكاميرا على مقدار امتصاص الجسم لها. بالنسبة للمسح ثلاثي الأبعاد ، يضيء الكائن من الأمام باستخدام مصفوفة LED قابلة للتحكم يتم التحكم فيها بواسطة Arduino. يتم تدوير الكائن باستخدام محرك متدرج ، يتم التحكم فيه باستخدام جسر H (L9110) و Arduino.

لضبط معلمات الفحص ، قمت بتصميم الماسح الضوئي بشاشة LCD ، واثنين من مقاييس الجهد ، وزرين ضغط. تُستخدم مقاييس الجهد للتحكم في عدد الصور في المسح ووقت التعرض ، وتعمل أزرار الضغط كزر "إدخال" وزر "إعادة تعيين". تعرض شاشة Lcd خيارات للمسح ، ثم الحالة الحالية للمسح بمجرد أن تبدأ عملية الاستحواذ.

بعد وضع العينة في التصوير المقطعي المحوسب أو المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد ، يتحكم الماسح الضوئي تلقائيًا في الكاميرا ومصابيح LED والمحرك للحصول على جميع الصور. ثم يتم استخدام الصور لإعادة بناء نموذج ثلاثي الأبعاد للكائن باستخدام Matlab أو PhotoScan.

الخطوة 3: قائمة التوريد

الإلكترونيات:

• اردوينو نانو
• محرك متدرج (3.5 فولت ، 1 أمبير)
• جسر H L9110
• شاشة LCD مقاس 16 × 2
• 3X 10 كيلو فرق الجهد
• عدد 2 أزرار انضغاطية
• 220 أوم المقاوم
• 1 كيلو أوم المقاوم
• امدادات الطاقة 12V 3A
• محول باك
• جاك الطاقة أنثى
• قابس برميل الطاقة
• كابل تمديد Micro USB
• مفتاح التشغيل
• مقابض الجهد
• المواجهات ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• لوحة النموذج
• سلك لف الأسلاك
• شريط كهربائي

الكاميرا والإضاءة:

• كاميرا ، استخدمت نيكون D5000 dSLR
• العدسة الأولية (الطول البؤري = 50 مم)
• موسع الأنبوب
• مزدوج عديم اللون (الطول البؤري = 180 مم)
• مصراع عن بعد
• شريط LED عنونة
• مصباح محمول يوتيليتيك برو 1 لومن LED
• ورق لنشر الضوء

صندوق مضئ:

• 2 × 26 سم × 26 سم بوصة من الخشب الرقائقي السميك
• 2 × 30 سم × 26 سم بوصة من الخشب الرقائقي السميك
• 1 × 30 سم × 25 سم بوصة من الخشب الرقائقي السميك
• 2x ½ بوصة قطر قضبان وتد
• وصلات PVC على شكل حرف 8 × قطرها بوصة
• 8x وصلات PVC على شكل حرف T قطرها بوصة
• 1x PVC الرأس بقطر بوصة
• 4 أقدام 1 × 2 صنوبر
• ورقة الألمنيوم الرقيقة
• لوحة ملصق أسود
• عزقات وبراغي
• الخريف

أدوات:

• لحام حديد
• حافر كهربائي
• أداة لف الأسلاك
• دريميل
• بانوراما
• قواطع للاسلاك
• مقص
• الشريط

الخطوة 4: تصميم الصندوق وحوامل ثلاثية الأبعاد

الجائزة الكبرى في تحدي Epilog 9