Chuyển đổi máy quay video những năm 1980 thành hình ảnh phân cực theo thời gian thực: 14 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Hình ảnh phân cực cung cấp một con đường để phát triển các ứng dụng thay đổi trò chơi trên nhiều lĩnh vực - trải dài từ giám sát môi trường và chẩn đoán y tế đến các ứng dụng bảo mật và chống khủng bố. Tuy nhiên, chi phí rất cao của máy ảnh phân cực thương mại đã cản trở việc nghiên cứu và phát triển về hình ảnh phân cực. Bài báo này trình bày các hướng dẫn chi tiết để chuyển đổi một máy ảnh 3 ống màu dư thừa từ những năm 1980 thành một máy chụp ảnh phân cực thời gian thực. Máy ảnh được sử dụng làm cơ sở cho việc chuyển đổi này được bán rộng rãi trên thị trường thặng dư với giá khoảng 50 đô la. Tài liệu hướng dẫn từ rác thành kho báu này sẽ chỉ cho bạn cách chuyển đổi một chiếc máy ảnh chỉ thích hợp làm giá đỡ thành một công cụ khoa học hữu ích, các phiên bản thương mại của chúng sẽ có giá trị hàng chục nghìn đô la.

Bạn sẽ cần các mục sau để thực hiện chuyển đổi này:

• Máy ảnh JVC KY-1900 thặng dư làm việc (kiểu KY-2000 và KY-2700 có vẻ giống với KY-1900 và cũng có thể phù hợp)
• Bộ tách chùm 70T / 30R băng rộng Ø25,4mm (ví dụ: Thorlabs BSS10)
• Bộ tách chùm 50/50 băng rộng Ø25,4mm (ví dụ: Thorlabs BSW10)
• Bộ điều hợp bộ tách chùm in 3D đổ chuông
• Tấm nhựa phân cực (ví dụ: Edmund Optics 86-188)

Bước 1: Tìm hiểu về hình ảnh phân cực

Một sóng ánh sáng được đặc trưng bởi bước sóng của nó, mà chúng ta cảm nhận được như một màu huyện; biên độ của nó, mà chúng ta coi là một mức cường độ; và góc mà nó dao động so với trục tham chiếu. Thông số cuối cùng này được gọi là “Góc phân cực” của sóng và là một đặc điểm của ánh sáng mà mắt người không có sự trợ giúp không thể phân biệt được. Tuy nhiên, sự phân cực của ánh sáng mang lại thông tin thú vị về môi trường thị giác của chúng ta, và một số loài động vật có thể nhận thức được điều đó và dựa rất nhiều vào cảm giác này để điều hướng và sinh tồn.

Mô tả chi tiết và dễ hiểu về hình ảnh phân cực và các ứng dụng của nó có sẵn trong sách trắng của tôi về máy ảnh phân cực DOLPi có tại:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf và bản trình bày của nó trên YouTube tại:

Bước 2: Mua và căn chỉnh máy ảnh

KY-1900 được giới thiệu như một máy ảnh màu chuyên nghiệp vào cuối những năm 70. Đây là một trong số ít những mẫu máy ảnh được sản xuất với phần thân bằng nhựa màu cam, tạo nên sự khác biệt và đánh dấu sự chuyên nghiệp cao cấp cho đội ngũ quay phim. Trở lại năm 1982, chiếc máy ảnh này được bán lẻ với giá khoảng 9.000 đô la.

Hôm nay, bạn sẽ có thể tìm thấy một chiếc trên thị trường thặng dư với giá khoảng 50 đô la. KY-1900 được chế tạo giống như một chiếc xe tăng, vì vậy rất có thể nó sẽ hoạt động đầy đủ chức năng nếu nó trông đẹp về mặt thẩm mỹ. Chỉ cần kết nối nó với màn hình màu NTSC và cung cấp cho nó với 12VDC (máy ảnh rút ra xung quanh 1.7A).

Trước khi tiến hành sửa đổi, hãy đảm bảo rằng máy ảnh đang hoạt động tốt và được căn chỉnh tốt. Sử dụng các hướng dẫn hiển thị trong Phụ lục II của sách trắng của dự án để căn chỉnh máy ảnh của bạn và kiểm tra xem nó có hoạt động chính xác hay không.

Bước 3: Truy cập hội đồng quang học

Bước đầu tiên trong quá trình chuyển đổi là truy cập vào cụm quang học của máy ảnh, bao gồm các bước sau:

• Tháo nắp bên trái của máy ảnh
• Tháo bảng mạch in DF
• Bóc tấm cách ly bằng nhựa được dán bằng băng dính hai mặt vào tấm vỏ ngoài của cụm quang học

Bước 4: Mở hội đồng quang học

Cởi tấm che cụm quang học bên trong. Tấm này được dán vào bộ phận lắp ráp. Đĩa sẽ không được sử dụng lại, vì vậy đừng lo lắng về việc nó bị biến dạng. Tuy nhiên, hãy cẩn thận để không làm hỏng các bộ phận quang học bên trong bộ phận lắp ráp.

Khung dưới cùng của hình cho thấy cụm quang học của máy ảnh JVC KY-1900 không sửa đổi. Ánh sáng sự cố qua Thấu kính chuyển tiếp thứ nhất được tách thành ba hình ảnh có màu bởi bộ tách chùm lưỡng sắc trước khi chúng được gửi đến các ống Saticon tương ứng qua Thấu kính chuyển tiếp thứ hai. Việc sửa đổi thành máy ảnh phân cực thời gian thực bao gồm việc trao đổi bộ tách chùm lưỡng sắc ban đầu của Bộ tách chùm tia lưỡng sắc bằng bộ tách chùm băng rộng, loại bỏ các bộ lọc cắt xén màu bên trong Thấu kính chuyển tiếp thứ hai và thêm bộ phân tích phân cực.

Bước 5: Loại bỏ tổ hợp bộ tách chùm tia lưỡng cực

Bộ tách chùm tia được giữ bằng ba vít, một từ phía trước và hai từ phía sau. Do đó, phải tháo nắp bên phải, PCB và phim nhựa của máy ảnh để có thể tiếp cận được những thứ này.

Bước 6: Vòng điều hợp bộ tách chùm tia in 3D

Bộ tách chùm lưỡng sắc ban đầu được sử dụng trong máy ảnh KY-1900 có đường kính không chuẩn, vì vậy tôi quyết định sử dụng bộ tách chùm tấm băng rộng 1 inch-mét để sửa đổi. Bạn của tôi và đồng nghiệp Jason Meyers đã thiết kế và in 3D một vòng đệm để giữ các bộ tách tia 1”tại chỗ. Các tệp CAD và in 3D có sẵn tại DropBox này.

Bước 7: Thay thế các bộ tách chùm lưỡng cực bằng bộ tách chùm băng rộng

Bước tiếp theo trong quá trình chuyển đổi là thay thế bộ tách chùm lưỡng sắc bằng bộ tách chùm băng rộng. Hình ảnh cần được chia đều ít nhiều thành ba hình ảnh, vì vậy bộ tách chùm đầu tiên cần phản xạ khoảng 33,33% ánh sáng tới, trong khi cho phép 66,66% ánh sáng đi đến bộ tách chùm thứ hai, sau đó sẽ chia nhỏ phần này như nhau. Tôi đã sử dụng bộ tách chùm sau:

• Bộ tách chùm 70T / 30R băng rộng Ø25,4mm (Thorlabs BSS10)
• Bộ tách chùm 50/50 băng rộng Ø25,4mm (Thorlabs BSW10)

Bộ tách chùm băng rộng bên trong các vòng đệm phải được lắp vào cụm, và cụm bộ tách chùm đã sửa đổi sau đó có thể được lắp đặt trở lại vị trí cũ. Tạm thời kết nối lại các bảng mạch. Đảm bảo rằng không có vật gì chạm vào các phần tiếp xúc của cụm quang học, hãy bật nguồn máy ảnh. Chỉ cần điều chỉnh nhỏ các chiết áp ngang / dọc để đạt được sự căn chỉnh nếu bạn đặt chính xác bộ tách chùm. Bạn sẽ nhận thấy rằng hình ảnh vẫn có màu sắc, mặc dù hơi bị trôi so với hình ảnh gốc. Hình ảnh vẫn hiển thị màu vì có những bộ lọc rất mạnh bên trong Thấu kính chuyển tiếp thứ cấp cần được loại bỏ.

Bước 8: Truy cập ống kính chuyển tiếp thứ hai

Việc tháo các ống kính chuyển tiếp thứ hai (đó là tên của JVC cho chúng) khỏi cụm quang học sẽ thực hiện thêm một số thao tác tháo rời máy ảnh. Điều này là do các ống lấy hình ảnh phải được tháo ra trước khi có thể lấy Ống kính Chuyển tiếp Thứ cấp ra.

Bắt đầu bằng cách lấy ra và ngắt kết nối các bảng in ra khỏi cụm cáp. Sau đó tháo mặt sau của máy ảnh. Sau đó, các cụm ống có thể được kéo ra khỏi vỏ ống của cụm quang học, cho phép truy cập vào Thấu kính Chuyển tiếp Thứ hai.

Bước 9: Tháo và tháo ống kính chuyển tiếp thứ hai (Mỗi lần một!)

Các ống kính tiếp sóng thứ hai được giữ cố định bằng các vít định vị nhỏ, được giấu kỹ có thể tiếp cận được từ phía bên phải của cụm quang học. Khi vít định vị đã mở, hãy kéo Ống kính tiếp sóng thứ hai mà bạn sẽ làm việc trên đó. Quấn vài lớp băng keo điện dày lên hai mặt của ống quang và dùng kìm mở ra.

Bước 10: Tháo bộ lọc màu và lắp lại ống kính chuyển tiếp thứ hai

Bộ lọc màu nên được loại bỏ bằng cách tháo vòng đệm bằng cờ lê hoặc nhíp nhọn. Sau khi tháo bộ lọc, chỉ cần lắp ráp lại ống kính và dùng ngón tay siết chặt.

Việc loại bỏ bộ lọc màu sẽ làm thay đổi tiêu điểm của Thấu kính tiếp sóng phụ, vì vậy không nên lắp lại toàn bộ bộ lọc vào cụm quang học. Thay vào đó, các ống kính chuyển tiếp thứ cấp được sửa đổi chỉ nhô ra khoảng 2,5mm.

Máy ảnh có thể được lắp ráp lại sau khi cài đặt và cố định bằng vít định vị tất cả các Ống kính Chuyển tiếp Thứ cấp đã được sửa đổi. Để cụm quang học có thể truy cập được và chỉ kết nối lại bảng mạch DF tạm thời, đảm bảo rằng nó không bị đoản mạch với cụm quang học.

Bước 11: Điều chỉnh lại máy ảnh

Bây giờ là lúc căn chỉnh máy ảnh thật cẩn thận để nó tạo ra một bức ảnh đen trắng hoàn hảo. Một số mức độ viền màu sẽ luôn được nhìn thấy vì Thấu kính chuyển tiếp thứ cấp được thiết kế cho dải bước sóng hẹp và hiện đang được sử dụng trên toàn bộ băng thông của ánh sáng nhìn thấy. Viền đặc biệt đáng chú ý ở các cạnh của hình ảnh khi thu phóng được kéo hết cỡ về phía sau, nhưng có thể đạt được sự đăng ký tốt bằng cách kiên nhẫn thực hiện theo quy trình được nêu trong Phụ lục II của whitepaper của dự án.

Bước 12: Tạo bộ lọc phân tích phân cực

Cắt ba hình vuông 1,42”× 1,42” ra khỏi tờ phân cực. Tôi đã sử dụng Quang học Edmund 86-188 150 x 150mm, Độ dày 0,75mm, Phim nhiều lớp phân cực. Tôi chọn phim này thay vì các sản phẩm rẻ hơn vì nó có tỷ lệ tắt rất cao, cũng như khả năng truyền tải cao, giúp cho hình ảnh phân cực tốt hơn. Lưu ý trong hình rằng một trong các hình vuông bị cắt 45 ° so với hai hình còn lại.

Bước 13: Thêm bộ phân tích phân cực

Gắn các thiết bị phân tích phân cực bằng băng keo trong trong cụm quang học sao cho chúng được đặt trong các đường dẫn quang học đến các ống như thể hiện trong hình.

Đó là nó! Quá trình chuyển đổi đã hoàn tất. Bạn có thể kiểm tra máy ảnh ở giai đoạn này trước khi lắp ráp lại nắp của cụm quang học (tôi đã loại bỏ nắp bên trong), lắp lại tấm nhựa, kết nối lại bảng DF và đóng vỏ máy ảnh.

Bước 14: Sử dụng máy ảnh

Hình cho thấy kết quả với mục tiêu mẫu được làm bằng các mảnh nhựa phân cực ở các góc từ 0 ° đến 180 ° cùng với một thanh màu. Mục tiêu được chụp từ máy ảnh JVC KY-1900 đã được sửa đổi hiển thị thanh màu và các phần tử không phân cực khác của hình ảnh ở thang màu xám, trong khi các mảnh phim phân cực có màu sáng, mã hóa góc phân cực của chúng trong không gian RGB của NTSC.

Để biết thêm thông tin về dự án này, vui lòng tải xuống whitepaper của dự án từ www.diyPhysics.com.

Giải nhất trong Thùng rác đến Kho báu