Convierta una cámara de video de la década de 1980 en un generador de imágenes polarimétrico en tiempo real: 14 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Las imágenes polarimétricas ofrecen un camino para desarrollar aplicaciones que cambian el juego en una amplia gama de campos, que abarcan desde el monitoreo ambiental y el diagnóstico médico hasta las aplicaciones de seguridad y antiterrorismo. Sin embargo, el altísimo costo de las cámaras polarimétricas comerciales ha obstaculizado la investigación y el desarrollo de imágenes polarimétricas. Este documento presenta instrucciones detalladas para convertir un excedente de cámara a color de tres tubos de la década de 1980 en un generador de imágenes polarimétrico en tiempo real. La cámara utilizada como base para esta conversión está ampliamente disponible en el mercado de excedentes por alrededor de $ 50. Este Instructable de la basura al tesoro le mostrará cómo convertir una cámara que es adecuada solo como accesorio en un instrumento científico útil, cuyas versiones comerciales valdrían muchas decenas de miles de dólares.

Necesitará los siguientes elementos para realizar esta conversión:

• Excedente de trabajo de la cámara JVC KY-1900 (los modelos KY-2000 y KY-2700 parecen similares a la KY-1900 y también pueden ser adecuados)
• Divisor de haz 70T / 30R de banda ancha de Ø25,4 mm (p. Ej., Thorlabs BSS10)
• Divisor de haz 50/50 de banda ancha de Ø25,4 mm (p. Ej., Thorlabs BSW10)
• Anillos adaptadores de divisor de haz impresos en 3D
• Lámina de plástico polarizador (por ejemplo, Edmund Optics 86-188)

Paso 1: Comprensión de las imágenes polarimétricas

Una onda de luz se caracteriza por su longitud de onda, que percibimos como un color de distrito; su amplitud, que percibimos como un nivel de intensidad; y el ángulo en el que oscila con respecto a un eje de referencia. Este último parámetro se llama el "ángulo de polarización" de la onda y es una característica de la luz que los ojos humanos sin ayuda no pueden distinguir. Sin embargo, la polarización de la luz lleva información interesante sobre nuestro entorno visual, y algunos animales pueden percibirlo y confiar críticamente en este sentido para la navegación y la supervivencia.

Una descripción detallada y fácil de entender de las imágenes polarimétricas y sus aplicaciones está disponible en mi documento técnico sobre las cámaras polarimétricas DOLPi disponible en:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf y su presentación en YouTube en:

Paso 2: compra y alineación de la cámara

La KY-1900 se introdujo como una cámara a color de calidad profesional a finales de los 70. Fue uno de los pocos modelos que se produjo con un cuerpo de plástico naranja, lo que lo hizo muy distintivo y una marca de profesionalismo de alto nivel para los equipos de cámara. En 1982, esta cámara se vendía al por menor por alrededor de $ 9,000.

Hoy, debería poder encontrar uno en el mercado de excedentes por alrededor de $ 50. El KY-1900 fue construido como un tanque, por lo que es muy probable que sea completamente funcional si se ve bien estéticamente. Simplemente conéctelo a un monitor en color NTSC y suminístrelo con 12VDC (la cámara consume alrededor de 1.7A).

Antes de continuar con la modificación, asegúrese de que la cámara funcione correctamente y esté bien alineada. Utilice las instrucciones que se muestran en el Apéndice II del documento técnico del proyecto para alinear su cámara y comprobar que funciona correctamente.

Paso 3: acceder al conjunto óptico

El primer paso de la conversión es acceder al conjunto óptico de la cámara, que incluye los siguientes pasos:

• Desarma la tapa izquierda de la cámara.
• Retire la placa de circuito impreso DF
• Despegue la hoja de aislamiento de plástico que está unida con cinta adhesiva de doble cara a la placa de cubierta exterior del conjunto óptico.

Paso 4: Apertura del conjunto óptico

Saque la placa de cubierta del conjunto óptico interior. Esta placa está pegada al conjunto. La placa no se volverá a utilizar, así que no se preocupe por distorsionarla. Sin embargo, tenga cuidado de no dañar los elementos ópticos dentro del conjunto.

El panel inferior de la figura muestra el conjunto óptico de la cámara JVC KY-1900 sin modificar. Los divisores de haz dicroicos dividen la luz incidente a través de la lente del primer relé en tres imágenes de colores antes de enviarlas a sus respectivos tubos Saticon a través de las lentes del segundo relé. La modificación en un generador de imágenes polarimétrico en tiempo real implica el intercambio de los divisores de haz dicroicos originales del ensamblaje del divisor de haz dicroico por divisores de haz de banda ancha, eliminando los filtros de recorte de color dentro de las segundas lentes de relé y agregando analizadores de polarización.

Paso 5: Extracción del ensamblaje del divisor de haz dicroico

El ensamblaje del divisor de haz se sujeta con tres tornillos, uno desde el frente y dos desde la parte posterior. Como tal, la cubierta del lado derecho de la cámara, el PCB y la película plástica deben quitarse para que sean accesibles.

Paso 6: Anillos adaptadores de divisor de haz de impresión 3D

Los divisores de haz dicroicos que se usaron originalmente en la cámara KY-1900 tienen un diámetro no estándar, así que decidí usar divisores de haz de placa de banda ancha de 1”de diámetro para la modificación. Mi amigo y colega Jason Meyers diseñó e imprimió en 3D un anillo de retención para mantener los divisores de haz de 1”en su lugar. Los archivos CAD y de impresión 3D están disponibles en este DropBox.

Paso 7: Reemplazo de los divisores de haz dicroicos por divisores de haz de banda ancha

El siguiente paso en el proceso de conversión es reemplazar los divisores de haz dicroicos por divisores de haz de banda ancha. La imagen debe dividirse más o menos equitativamente en tres imágenes, por lo que el primer divisor de haz debe reflejar alrededor del 33,33% de la luz incidente, mientras que permite que el 66,66% de la luz vaya a un segundo divisor de haz que luego debería dividir esta parte. igualmente. Usé los siguientes divisores de haz:

• Divisor de haz 70T / 30R de banda ancha de Ø25,4 mm (Thorlabs BSS10)
• Divisor de haz 50/50 de banda ancha de Ø25,4 mm (Thorlabs BSW10)

Los divisores de haz de banda ancha dentro de los anillos de retención deben instalarse en el ensamblaje, y el ensamblaje del divisor de haz modificado se puede volver a instalar en su lugar. Vuelva a conectar temporalmente las placas de circuito. Asegurándose de que nada corto contra las partes expuestas del conjunto óptico, encienda la cámara. Solo se necesitará un ajuste menor de los potenciómetros horizontal / vertical para alcanzar la alineación si colocó correctamente los divisores de haz. Notará que la imagen todavía está en color, aunque un poco descolorida en comparación con la imagen original. La imagen todavía se muestra en color porque hay filtros muy fuertes dentro de las lentes de relé secundario que deben quitarse.

Paso 8: Acceso a las lentes del segundo relé

Quitar las lentes del segundo relé (ese es el nombre que les da JVC) del conjunto óptico requiere un desmontaje adicional de la cámara. Esto se debe a que los tubos captadores de imagen deben quitarse antes de que se puedan quitar las lentes del relé secundario.

Comience sacando y desconectando las placas impresas de los conjuntos de cables. Luego retire la parte posterior de la cámara. Los conjuntos de tubos se pueden extraer de las carcasas de tubos del conjunto óptico, lo que da acceso a las lentes del segundo relé.

Paso 9: Retirar y desmontar las lentes del segundo relé (¡una a la vez!)

Las lentes del segundo relé se mantienen en su lugar mediante pequeños tornillos de fijación bien ocultos a los que se puede acceder desde el lado derecho del conjunto óptico. Una vez que el tornillo de fijación esté abierto, extraiga la lente del segundo relé en la que va a trabajar. Envuelva unas pocas capas de cinta aislante gruesa sobre los dos lados del tubo óptico y ábralo con unos alicates.

Paso 10: Extracción de los filtros de color y reensamblaje de la segunda lente de relé

El filtro de color debe quitarse desenroscando el anillo de retención con una llave inglesa o unas pinzas muy puntiagudas. Después de quitar el filtro, simplemente vuelva a montar la lente y apriete con los dedos.

La eliminación del filtro de color desplaza el punto focal de la lente del relé secundario, por lo que no debe reinsertarse completamente en el conjunto óptico. En cambio, las lentes de relé secundario modificadas deberían sobresalir solo unos 2,5 mm.

La cámara se puede volver a ensamblar después de instalar y asegurar con tornillos de fijación todas las lentes de relé secundario modificadas. Deje el conjunto óptico accesible y solo vuelva a conectar la placa DF temporalmente, asegurándose de que no se produzca un cortocircuito con el conjunto óptico.

Paso 11: Realineación de la cámara

Ahora es el momento de alinear la cámara con mucho cuidado para que produzca una imagen perfecta en blanco y negro. Siempre se verá cierto nivel de franjas de color porque las lentes de relé secundario se diseñaron para una banda estrecha de longitudes de onda y ahora se utilizan en todo el ancho de banda de la luz visible. La franja es especialmente notable en los bordes de la imagen cuando el zoom se retira completamente, pero se puede lograr un registro decente siguiendo pacientemente el procedimiento descrito en el Apéndice II del documento técnico del proyecto.

Paso 12: Hacer filtros de analizador de polarización

Corta tres cuadrados de 1.42 "× 1.42" de una hoja de polarización. Usé una película laminada polarizadora Edmund Optics 86-188 de 150 x 150 mm, 0,75 mm de espesor. Elegí esta película en lugar de ofertas más baratas porque presenta una relación de extinción muy alta, así como una alta transmisión, lo que genera mejores imágenes polarimétricas. Observe en la figura que uno de los cuadrados está cortado a 45 ° con respecto a los otros dos.

Paso 13: Adición de analizadores de polarización

Fije los analizadores de polarización con cinta transparente dentro del conjunto óptico de modo que se coloquen dentro de las trayectorias ópticas de los tubos como se muestra en la figura.

¡Eso es todo! La conversión está completa. Puede probar la cámara en esta etapa antes de volver a montar la cubierta del conjunto óptico (descarté la cubierta interior), volver a colocar la hoja de plástico, volver a conectar la placa DF y cerrar la carcasa de la cámara.

Paso 14: uso de la cámara

La figura muestra los resultados con un objetivo de muestra hecho con piezas de plástico polarizado en ángulos entre 0 ° y 180 ° junto con una barra de color. El objetivo capturado por la cámara JVC KY-1900 modificada muestra la barra de colores y otros elementos no polarizados de la imagen en escala de grises, mientras que las piezas de la película polarizadora son de colores brillantes, codificando su ángulo de polarización en el espacio RGB de NTSC.

Para obtener información adicional sobre este proyecto, descargue el documento técnico del proyecto en www.diyPhysics.com.

Primer premio en Trash to Treasure