تحويل كاميرا فيديو من ثمانينيات القرن الماضي إلى تصوير قطبي في الوقت الحقيقي: 14 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

يوفر التصوير الاستقطاب مسارًا لتطوير تطبيقات تغيير اللعبة عبر مجموعة واسعة من المجالات - تمتد على طول الطريق من المراقبة البيئية والتشخيصات الطبية إلى تطبيقات الأمن ومكافحة الإرهاب. ومع ذلك ، فإن التكلفة العالية جدًا للكاميرات التجارية الاستقطابية قد أعاقت البحث والتطوير في التصوير المقطعي. تقدم هذه الورقة إرشادات مفصلة لتحويل فائض الكاميرا الملونة من حقبة الثمانينيات بثلاثة أنابيب إلى مصور قطبي في الوقت الحقيقي. الكاميرا المستخدمة كأساس لهذا التحويل متاحة على نطاق واسع في السوق الفائض بحوالي 50 دولارًا. ستوضح لك تعليمات تحويل القمامة إلى الكنز هذه كيفية تحويل الكاميرا المناسبة فقط كدعم إلى أداة علمية مفيدة ، والتي قد تصل قيمة الإصدارات التجارية منها إلى عشرات الآلاف من الدولارات.

ستحتاج إلى العناصر التالية لإجراء هذا التحويل:

• فائض العمل بكاميرا JVC KY-1900 (يبدو الطرازان KY-2000 و KY-2700 مشابهين لكاميرا KY-1900 وقد يكونان مناسبين أيضًا)
• Ø25.4mm عريض النطاق 70T / 30R (مثل Thorlabs BSS10)
• Ø25.4mm عريض النطاق 50/50 (مثل Thorlabs BSW10)
• حلقات محول أشعة ثلاثية الأبعاد مطبوعة
• ورقة من البلاستيك المستقطب (على سبيل المثال Edmund Optics 86-188)

الخطوة 1: فهم التصوير المقطعي

تتميز الموجة الضوئية بطولها الموجي ، والذي نعتبره لونًا حيويًا ؛ اتساعها ، الذي نعتبره مستوى شدة ؛ والزاوية التي يتأرجح عندها بالنسبة لمحور مرجعي. هذه المعلمة الأخيرة تسمى "زاوية الاستقطاب" للموجة ، وهي سمة من سمات الضوء التي لا تستطيع العيون البشرية المجردة تمييزها. ومع ذلك ، فإن استقطاب الضوء يحمل معلومات مثيرة للاهتمام حول بيئتنا البصرية ، وبعض الحيوانات قادرة على إدراكها والاعتماد بشكل حاسم على هذا المعنى للتنقل والبقاء.

يتوفر وصف مفصل وسهل الفهم للتصوير القطبي وتطبيقاته في الورقة البيضاء الخاصة بي على كاميرات DOLPi Polarimetric المتاحة على:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf وعرضه على موقع YouTube على الرابط:

الخطوة الثانية: شراء الكاميرا ومواءمتها

تم تقديم KY-1900 ككاميرا ملونة احترافية في أواخر السبعينيات. كان أحد النماذج القليلة التي تم إنتاجها بجسم برتقالي من البلاستيك ، مما جعله مميزًا للغاية ، وعلامة احترافية عالية لأطقم التصوير. مرة أخرى في عام 1982 ، تم بيع هذه الكاميرا بحوالي 9000 دولار.

اليوم ، يجب أن تكون قادرًا على العثور على واحد في السوق الفائض بحوالي 50 دولارًا. تم بناء KY-1900 مثل الخزان ، لذا فمن المحتمل جدًا أن تعمل بكامل طاقتها إذا كانت تبدو جيدة من الناحية التجميلية. ما عليك سوى توصيله بشاشة NTSC الملونة وتزويدها بجهد 12 فولت تيار مستمر (الكاميرا تبلغ 1.7 أمبير).

قبل متابعة التعديل ، تأكد من أن الكاميرا في حالة عمل جيدة ومحاذاتها جيدًا. استخدم الإرشادات الموضحة في الملحق II من الورقة البيضاء للمشروع لمحاذاة الكاميرا والتحقق من أنها تعمل بشكل صحيح.

الخطوة 3: الوصول إلى التجميع البصري

تتمثل الخطوة الأولى في التحويل في الوصول إلى التجميع البصري للكاميرا ، والذي يتضمن الخطوات التالية:

• تفكيك الغطاء الأيسر للكاميرا
• قم بإزالة لوحة الدوائر المطبوعة DF
• انزع ورقة العزل البلاستيكية المرفقة بشريط على الوجهين بلوحة الغطاء الخارجي للتجميع البصري

الخطوة 4: فتح المجمع البصري

نزع لوحة غطاء التجميع البصري الداخلي. يتم لصق هذه اللوحة على التجميع. لن يتم استخدام اللوحة مرة أخرى ، فلا تقلق بشأن تشويهها. ومع ذلك ، احرص على عدم إتلاف العناصر البصرية داخل التجميع.

يُظهر الجزء السفلي من الشكل التجميع البصري لكاميرا JVC KY-1900 غير المعدلة. ينقسم الضوء الحادث من خلال عدسة الترحيل الأولى إلى ثلاث صور ملونة بواسطة مقسمات الأشعة المزدوجة اللون قبل إرسالها إلى أنابيب Saticon الخاصة بها عبر عدسات الترحيل الثاني. يتضمن التعديل في مصور الاستقطاب في الوقت الفعلي استبدال مقسمات الأشعة ثنائية اللون الأصلية لتجميع الحزم ثنائية اللون عن طريق مقسمات الحزمة العريضة ، مما يلغي مرشحات تشذيب الألوان داخل عدسات الترحيل الثاني ، وإضافة محللات الاستقطاب.

الخطوة 5: إزالة مجموعة ثنائية اللون

يتم تثبيت مجموعة Beamsplitter بثلاثة مسامير ، واحد من الأمام واثنان من الخلف. على هذا النحو ، يجب إزالة غطاء الجانب الأيمن للكاميرا ، وثنائي الفينيل متعدد الكلور ، والفيلم البلاستيكي لتسهيل الوصول إليها.

الخطوة 6: حلقات محول Beamsplitter ثلاثية الأبعاد

المقسمات ثنائية اللون المستخدمة أصلاً في كاميرا KY-1900 لها قطر غير قياسي ، لذلك قررت استخدام مقسمات الأشعة ذات الألواح العريضة بقياس 1 بوصة من أجل التعديل. قام صديقي وزميلي جيسون مايرز بتصميم وطباعة ثلاثية الأبعاد حلقة تجنيب لتثبيت العوارض الضوئية مقاس 1 بوصة في مكانها. تتوفر ملفات CAD و 3D للطباعة في DropBox هذا.

الخطوة 7: استبدال مقسمات الأشعة المزدوجة اللون بواسطة مقسمات الحزمة العريضة

تتمثل الخطوة التالية في عملية التحويل في استبدال مقسمات الحزم ثنائية اللون بمقسمات الحزمة العريضة. يجب أن تكون الصورة مقسمة بشكل أو بآخر إلى ثلاث صور ، لذلك يجب أن يعكس جهاز الأشعة الأول حوالي 33.33٪ من الضوء الساقط ، بينما يسمح لـ 66.66٪ من الضوء بالانتقال إلى جهاز أشعة ثاني يجب أن يقوم بعد ذلك بتقسيم هذا الجزء بالتساوي. لقد استخدمت مقسمات الأشعة التالية:

• Ø25.4mm عريض النطاق 70T / 30R (Thorlabs BSS10)
• Ø25.4mm عريض النطاق 50/50 (Thorlabs BSW10)

يجب تثبيت مقسمات الحزمة العريضة داخل حلقات التجنيب في التجميع ، ويمكن بعد ذلك تثبيت مجموعة Beamsplitter المعدلة في مكانها. أعد توصيل لوحات الدوائر بشكل مؤقت. تأكد من عدم وجود أي شيء يتعارض مع الأجزاء المكشوفة من التجميع البصري ، قم بتشغيل الكاميرا. يجب أن تكون هناك حاجة إلى ضبط طفيف فقط لمقاييس الجهد الأفقية / الرأسية للوصول إلى المحاذاة إذا قمت بوضع مقسمات الأشعة بشكل صحيح. ستلاحظ أن الصورة لا تزال ملونة ، وإن كانت باهتة قليلاً مقارنة بالصورة الأصلية. لا تزال الصورة تظهر بالألوان نظرًا لوجود مرشحات قوية جدًا داخل عدسات الترحيل الثانوية والتي يجب إزالتها.

الخطوة 8: الوصول إلى عدسات الترحيل الثانية

تتطلب إزالة عدسات الترحيل الثاني (هذا هو اسم JVC لهم) من التجميع البصري بعض التفكيك الإضافي للكاميرا. وذلك لأنه يجب إزالة أنابيب التقاط الصور قبل إخراج عدسات الترحيل الثانوية.

ابدأ بإخراج وفصل اللوحات المطبوعة من مجموعات الكابلات. ثم قم بإزالة الجزء الخلفي من الكاميرا. يمكن بعد ذلك سحب مجموعات الأنبوب من العلب الأنبوبية للتجميع البصري ، مما يتيح الوصول إلى عدسات الترحيل الثاني.

الخطوة 9: إزالة عدسات الترحيل الثاني وتفكيكها (واحدة تلو الأخرى!)

يتم تثبيت عدسات الترحيل الثاني في مكانها بواسطة مجموعات صغيرة مخفية جيدًا ويمكن الوصول إليها من الجانب الأيمن للتجميع البصري. بمجرد فتح الصامولة ، اسحب عدسة الترحيل الثانية التي ستعمل عليها. لف بضع طبقات من الشريط الكهربائي السميك على جانبي الأنبوب البصري وافتحه باستخدام الزردية.

الخطوة 10: إزالة مرشحات الألوان وإعادة تجميع عدسة الترحيل الثاني

يجب إزالة مرشح الألوان عن طريق فك حلقة التثبيت باستخدام مفتاح ربط أو ملاقط مدببة جدًا. بعد إزالة الفلتر ، أعد تجميع العدسة وشد الإصبع.

يؤدي التخلص من مرشح الألوان إلى تغيير النقطة المحورية لعدسة الترحيل الثانوية ، لذلك لا ينبغي إعادة إدخالها بالكامل في التجميع البصري. بدلاً من ذلك ، يجب أن تبرز عدسات الترحيل الثانوية المعدلة حوالي 2.5 مم فقط.

يمكن إعادة تجميع الكاميرا بعد التثبيت والتأمين باستخدام الصواميل لجميع عدسات الترحيل الثانوية المعدلة. اترك التجميع البصري متاحًا ، وأعد توصيل لوحة DF مؤقتًا فقط ، مع التأكد من أنها لا تقصر الدائرة مع التجميع البصري.

الخطوة 11: إعادة تنظيم الكاميرا

حان الوقت الآن لمحاذاة الكاميرا بعناية فائقة بحيث تنتج صورة بالأبيض والأسود تمامًا. سيظهر دائمًا مستوى معين من التهديب اللوني لأن عدسات الترحيل الثانوية مصممة لنطاق ضيق من الأطوال الموجية ، ويتم استخدامها الآن على النطاق الترددي الكامل للضوء المرئي. يمكن ملاحظة التهديب بشكل خاص عند حواف الصورة عند سحب التكبير / التصغير بالكامل للخلف ، ولكن يمكن تحقيق التسجيل اللائق من خلال اتباع الإجراء الموضح في الملحق II من الورقة البيضاء للمشروع بصبر.

الخطوة 12: عمل مرشحات محلل الاستقطاب

قطع ثلاثة مربعات 1.42 "× 1.42" من ورقة الاستقطاب. لقد استخدمت Edmund Optics 86-188 150 × 150 مم ، سمك 0.75 مم ، فيلم مغلف مستقطب. اخترت هذا الفيلم بدلاً من العروض الأرخص سعراً لأنه يتميز بنسبة انقراض عالية للغاية ، فضلاً عن نقل عالٍ ، مما يؤدي إلى الحصول على صور قطبية أفضل. لاحظ في الشكل أن أحد المربعات مقطوع بزاوية 45 درجة مقارنة بالاثنين الآخرين.

الخطوة 13: إضافة محللات الاستقطاب

قم بتوصيل محللات الاستقطاب بشريط شفاف داخل المجمع البصري بحيث يتم وضعها داخل المسارات البصرية للأنابيب كما هو موضح في الشكل.

هذا كل شيء! تم التحويل. يمكنك اختبار الكاميرا في هذه المرحلة قبل إعادة تجميع غطاء التجميع البصري (لقد تخلصت من الغطاء الداخلي) ، وإعادة تركيب الورقة البلاستيكية ، وإعادة توصيل لوحة DF ، وإغلاق حاوية الكاميرا.

الخطوة 14: استخدام الكاميرا

يوضح الشكل النتائج مع هدف عينة مصنوع من قطع من البلاستيك المستقطب بزوايا تتراوح بين 0 درجة و 180 درجة مع شريط ألوان. يُظهر الهدف كما تم التقاطه من كاميرا JVC KY-1900 المعدلة شريط الألوان والعناصر غير المستقطبة الأخرى في الصورة بمقياس رمادي ، بينما تكون أجزاء فيلم المستقطب ذات ألوان زاهية ، مما يؤدي إلى ترميز زاوية الاستقطاب في مساحة RGB الخاصة بـ NTSC.

للحصول على معلومات إضافية حول هذا المشروع ، يرجى تنزيل المستند التقني للمشروع من www.diyPhysics.com.

الجائزة الأولى في سلة المهملات إلى الكنز