Konvertieren Sie eine Videokamera aus den 1980er Jahren in einen polarimetrischen Echtzeit-Imager - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Polarimetrische Bildgebung bietet einen Weg zur Entwicklung bahnbrechender Anwendungen in einer Vielzahl von Bereichen – von der Umweltüberwachung und medizinischen Diagnostik bis hin zu Sicherheits- und Anti-Terror-Anwendungen. Die sehr hohen Kosten kommerzieller polarimetrischer Kameras haben jedoch die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der polarimetrischen Bildgebung behindert. Dieser Artikel enthält detaillierte Anweisungen zum Umbau einer überzähligen 3-Röhren-Farbkamera aus den 1980er Jahren in einen polarimetrischen Echtzeit-Imager. Die Kamera, die als Basis für diese Konvertierung verwendet wird, ist im Überschussmarkt für etwa 50 US-Dollar weit verbreitet. Dieses Trash-to-Treasure Instructable zeigt Ihnen, wie Sie eine Kamera, die nur als Requisite geeignet ist, in ein nützliches wissenschaftliches Instrument umwandeln, dessen kommerzielle Versionen viele Zehntausende von Dollar wert wären.

Sie benötigen die folgenden Elemente, um diese Konvertierung durchzuführen:

• Arbeitsüberschuss JVC KY-1900 Kamera (Modelle KY-2000 und KY-2700 scheinen der KY-1900 ähnlich zu sein und können auch geeignet sein)
• Ø25,4mm Breitband 70T/30R Strahlteiler (z. B. Thorlabs BSS10)
• Ø25,4mm breitbandiger 50/50 Strahlteiler (z. B. Thorlabs BSW10)
• 3D-gedruckte Strahlteiler-Adapterringe
• Platte aus polarisierendem Kunststoff (z. B. Edmund Optics 86-188)

Schritt 1: Polarimetrische Bildgebung verstehen

Eine Lichtwelle zeichnet sich durch ihre Wellenlänge aus, die wir als Bezirksfarbe wahrnehmen; seine Amplitude, die wir als Intensitätsniveau wahrnehmen; und der Winkel, unter dem es in Bezug auf eine Bezugsachse schwingt. Dieser letzte Parameter wird als „Polarisationswinkel“der Welle bezeichnet und ist eine Eigenschaft des Lichts, die das bloße menschliche Auge nicht unterscheiden kann. Die Polarisation des Lichts enthält jedoch interessante Informationen über unsere visuelle Umgebung, und einige Tiere sind in der Lage, sie wahrzunehmen und verlassen sich für die Navigation und das Überleben kritisch auf diesen Sinn.

Eine detaillierte und leicht verständliche Beschreibung der polarimetrischen Bildgebung und ihrer Anwendungen finden Sie in meinem Whitepaper zu den polarimetrischen Kameras von DOLPi unter:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf und seine Präsentation auf YouTube unter:

Schritt 2: Kaufen und Ausrichten der Kamera

Die KY-1900 wurde Ende der 70er Jahre als professionelle Farbkamera eingeführt. Es war eines der wenigen Modelle, das mit einem orangefarbenen Kunststoffgehäuse hergestellt wurde, was es sehr unverwechselbar machte und ein Zeichen für High-End-Professionalität für Kamerateams war. 1982 kostete diese Kamera rund 9.000 US-Dollar.

Heute sollten Sie einen auf dem Überschussmarkt für etwa 50 US-Dollar finden können. Der KY-1900 wurde wie ein Panzer gebaut, daher stehen die Chancen sehr gut, dass er voll funktionsfähig ist, wenn er kosmetisch gut aussieht. Schließen Sie es einfach an einen NTSC-Farbmonitor an und versorgen Sie es mit 12 VDC (die Kamera zieht etwa 1,7 A).

Bevor Sie mit der Modifikation fortfahren, vergewissern Sie sich, dass die Kamera funktionstüchtig und gut ausgerichtet ist. Verwenden Sie die Anweisungen in Anhang II des Whitepapers des Projekts, um Ihre Kamera auszurichten und zu überprüfen, ob sie richtig funktioniert.

Schritt 3: Zugriff auf die optische Baugruppe

Der erste Schritt bei der Konvertierung besteht darin, auf die optische Baugruppe der Kamera zuzugreifen, was die folgenden Schritte umfasst:

• Nehmen Sie die linke Abdeckung der Kamera auseinander
• Entfernen Sie die DF-Leiterplatte
• Ziehen Sie die Plastikisolierfolie ab, die mit doppelseitigem Klebeband an der äußeren Abdeckplatte der optischen Baugruppe befestigt ist

Schritt 4: Öffnen der optischen Baugruppe

Die innere Abdeckplatte der optischen Baugruppe abhebeln. Diese Platte wird auf die Baugruppe geklebt. Die Platte wird nicht mehr verwendet, also machen Sie sich keine Sorgen, dass sie verzerrt wird. Achten Sie jedoch darauf, die optischen Elemente innerhalb der Baugruppe nicht zu beschädigen.

Der untere Bereich der Abbildung zeigt die optische Baugruppe der unmodifizierten JVC KY-1900 Kamera. Das durch die erste Relaislinse einfallende Licht wird von den dichroitischen Strahlteilern in drei farbige Bilder aufgeteilt, bevor sie über die zweiten Relaislinsen an ihre jeweiligen Saticon-Röhren gesendet werden. Die Modifikation zu einem polarimetrischen Echtzeit-Imager beinhaltet den Austausch der ursprünglichen dichroitischen Strahlteiler der dichroitischen Strahlteiler-Baugruppe durch Breitband-Strahlteiler, die Eliminierung der Farbtrimmfilter in den zweiten Relaislinsen und das Hinzufügen von Polarisationsanalysatoren.

Schritt 5: Entfernen der dichroitischen Strahlteilerbaugruppe

Die Strahlteilerbaugruppe wird mit drei Schrauben gehalten, eine von vorne und zwei von hinten. Daher müssen die rechte Abdeckung der Kamera, die Platine und die Plastikfolie entfernt werden, um diese zugänglich zu machen.

Schritt 6: 3D-Druck-Beamsplitter-Adapterringe

Die ursprünglich in der KY-1900-Kamera verwendeten dichroitischen Strahlteiler haben einen nicht standardmäßigen Durchmesser, daher entschied ich mich, Breitband-Plattenstrahlteiler mit einem Durchmesser von 1 Zoll für die Modifikation zu verwenden. Mein Freund und Kollege Jason Meyers hat einen Haltering entworfen und in 3D gedruckt, um die 1-Zoll-Strahlteiler an Ort und Stelle zu halten. CAD- und 3D-Druckdateien sind in dieser DropBox verfügbar.

Schritt 7: Ersetzen der dichroitischen Strahlteiler durch Breitband-Strahlteiler

Der nächste Schritt im Umwandlungsprozess besteht darin, die dichroitischen Strahlteiler durch Breitband-Strahlteiler zu ersetzen. Das Bild muss mehr oder weniger gleichmäßig in drei Bilder aufgeteilt werden, sodass der erste Strahlteiler etwa 33,33 % des einfallenden Lichts reflektieren muss, während 66,66% des Lichts zu einem zweiten Strahlteiler gelangen, der diesen Teil dann teilen soll gleichmäßig. Ich habe folgende Strahlteiler verwendet:

• Ø25,4mm Breitband 70T/30R Strahlteiler (Thorlabs BSS10)
• Ø25,4mm Breitband 50/50 Strahlteiler (Thorlabs BSW10)

Die Breitband-Strahlteiler innerhalb der Halteringe sollten in die Baugruppe eingebaut werden, und die modifizierte Strahlteiler-Baugruppe kann dann wieder eingebaut werden. Schließen Sie die Platinen vorübergehend wieder an. Stellen Sie sicher, dass nichts gegen die freiliegenden Teile der optischen Baugruppe kurzgeschlossen ist, und schalten Sie die Kamera ein. Bei richtiger Platzierung der Strahlteiler sollten nur geringfügige Justierungen der horizontalen/vertikalen Potentiometer erforderlich sein, um eine Ausrichtung zu erreichen. Sie werden feststellen, dass das Bild noch in Farbe ist, wenn auch etwas verwaschen im Vergleich zum Originalbild. Das Bild wird immer noch in Farbe angezeigt, da in den sekundären Relaislinsen sehr starke Filter vorhanden sind, die entfernt werden müssen.

Schritt 8: Zugriff auf die zweiten Relaislinsen

Das Entfernen der zweiten Relaislinsen (so der Name von JVC) aus der optischen Baugruppe erfordert einige zusätzliche Demontage der Kamera. Dies liegt daran, dass die Bildaufnahmeröhren entfernt werden müssen, bevor die sekundären Relaislinsen herausgenommen werden können.

Beginnen Sie damit, die Leiterplatten aus den Kabelbaugruppen herauszunehmen und zu trennen. Entfernen Sie dann die Rückseite der Kamera. Die Tubusbaugruppen können dann von den Tubusgehäusen der Optikbaugruppe abgezogen werden, um Zugang zu den zweiten Relaislinsen zu erhalten.

Schritt 9: Entfernen und Zerlegen der zweiten Relaislinsen (eine nach der anderen!)

Die zweiten Relaislinsen werden von gut versteckten, kleinen Stellschrauben gehalten, die von der rechten Seite der optischen Baugruppe zugänglich sind. Sobald die Stellschraube geöffnet ist, ziehen Sie die zweite Relaislinse heraus, an der Sie arbeiten werden. Wickeln Sie einige Schichten dickes Isolierband über die beiden Seiten des optischen Tubus und öffnen Sie es mit einer Zange.

Schritt 10: Entfernen der Farbfilter und Wiederzusammenbau der zweiten Relaislinse

Der Farbfilter sollte durch Abschrauben des Halterings mit einem Schraubenschlüssel oder einer sehr spitzen Pinzette entfernt werden. Nach dem Entfernen des Filters einfach das Objektiv wieder zusammenbauen und handfest anziehen.

Das Eliminieren des Farbfilters verschiebt den Brennpunkt der sekundären Relaislinse, sodass sie nicht vollständig in die optische Baugruppe eingefügt werden sollte. Stattdessen sollten die modifizierten sekundären Relaislinsen nur etwa 2,5 mm herausragen.

Die Kamera kann nach der Montage und Befestigung mit den Stellschrauben aller modifizierten Sekundärrelais-Objektive wieder zusammengebaut werden. Lassen Sie die optische Baugruppe zugänglich und schließen Sie die DF-Platine nur vorübergehend wieder an, um sicherzustellen, dass sie nicht mit der optischen Baugruppe kurzgeschlossen wird.

Schritt 11: Neuausrichten der Kamera

Jetzt ist es an der Zeit, die Kamera sehr sorgfältig auszurichten, damit sie ein perfektes Schwarz-Weiß-Bild liefert. Ein gewisses Maß an Farbsäumen ist immer zu sehen, da die sekundären Relaislinsen für ein schmales Wellenlängenband entwickelt wurden und jetzt über die gesamte Bandbreite des sichtbaren Lichts verwendet werden. Die Farbsäume sind besonders an den Bildrändern sichtbar, wenn der Zoom ganz zurückgezogen wird, aber eine gute Registrierung kann erreicht werden, indem man geduldig dem in Anhang II des Whitepapers des Projekts beschriebenen Verfahren folgt.

Schritt 12: Polarisationsanalysatorfilter herstellen

Schneiden Sie drei Quadrate von 1,42 × 1,42 Zoll aus einem Polarisationsblatt. Ich habe eine Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, 0,75 mm Dicke, polarisierende laminierte Folie verwendet. Ich habe diesen Film anstelle von billigeren Angeboten gewählt, weil er ein sehr hohes Extinktionsverhältnis sowie eine hohe Transmission aufweist, die für bessere polarimetrische Bilder sorgen. Beachten Sie in der Abbildung, dass eines der Quadrate in Bezug auf die anderen beiden unter 45° geschnitten ist.

Schritt 13: Hinzufügen der Polarisationsanalysatoren

Befestigen Sie die Polarisationsanalysatoren mit durchsichtigem Klebeband innerhalb der optischen Baugruppe, sodass sie wie in der Abbildung gezeigt innerhalb der optischen Pfade zu den Röhren platziert werden.

Das ist es! Die Konvertierung ist abgeschlossen. Sie können die Kamera in diesem Stadium testen, bevor Sie die Abdeckung der optischen Baugruppe wieder zusammenbauen (die innere Abdeckung habe ich weggeworfen), die Plastikfolie wieder anbringen, die DF-Platine wieder anschließen und das Gehäuse der Kamera schließen.

Schritt 14: Verwenden der Kamera

Die Abbildung zeigt Ergebnisse mit einem Probenziel, das aus polarisierenden Kunststoffteilen in Winkeln zwischen 0° und 180° zusammen mit einem Farbbalken hergestellt wurde. Das von der modifizierten JVC KY-1900-Kamera aufgenommene Ziel zeigt den Farbbalken und andere nicht polarisierte Elemente des Bildes in Graustufen, während die Teile des Polarisatorfilms hell gefärbt sind und ihren Polarisationswinkel im RGB-Raum von NTSC kodieren.

Für weitere Informationen zu diesem Projekt laden Sie bitte das Whitepaper des Projekts von www.diyPhysics.com herunter.

Erster Preis im Trash to Treasure