დესკტოპის კომპიუტერული და 3D სკანერი Arduino– ით: 12 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

ავტორი: jbumstead ჯონ ბუმსტედი

შესახებ: პროექტები სინათლის, მუსიკისა და ელექტრონიკის სფეროში. იპოვეთ ყველა ჩემს საიტზე: www.jbumstead.com მეტი jbumstead- ის შესახებ »

კომპიუტერული ტომოგრაფია (კომპიუტერული ტომოგრაფია) ან კომპიუტერული ღერძული ტომოგრაფია (CAT) ყველაზე ხშირად ასოცირდება სხეულის გამოსახულებასთან, რადგან ის საშუალებას აძლევს ექიმებს დაინახონ ანატომიური სტრუქტურა პაციენტის შიგნით, ყოველგვარი ოპერაციის გარეშე. ადამიანის სხეულის შიგნით გამოსახვის მიზნით, კომპიუტერული ტომოგრაფია მოითხოვს რენტგენის სხივებს, რადგან რადიაციას უნდა შეეძლოს შეღწევა სხეულში. თუ ობიექტი ნახევრად გამჭვირვალეა, სინამდვილეში შესაძლებელია კომპიუტერული ტომოგრაფიის ჩატარება ხილული შუქის გამოყენებით! ტექნიკას ეწოდება ოპტიკური კომპიუტერული ტომოგრაფია, რომელიც განსხვავდება უფრო პოპულარული ოპტიკური ვიზუალიზაციის ტექნიკისგან, რომელიც ცნობილია როგორც ოპტიკური თანმიმდევრული ტომოგრაფია.

ნახევრად გამჭვირვალე ობიექტების 3D სკანირების მიზნით, მე შევქმენი ოპტიკური კომპიუტერული სკანერი Arduino Nano და Nikon dSLR გამოყენებით. პროექტის ნახევარ გზაზე მივხვდი, რომ ფოტოგრამმეტრია, კიდევ ერთი 3D სკანირების ტექნიკა, მოითხოვს ბევრ ტექნიკას, როგორც ოპტიკური კომპიუტერული სკანერი. ამ ინსტრუქციურად, მე გადავალ ჩემს მიერ აგებულ სისტემაზე, რომელსაც შეუძლია კომპიუტერული ტომოგრაფია და ფოტოგრამმეტრია. სურათების მოპოვების შემდეგ, მე მაქვს ნაბიჯები, რომ გამოვიყენო PhotoScan ან Matlab 3D რეკონსტრუქციების გამოსათვლელად.

3D სკანირების სრული გაკვეთილისთვის, შეგიძლიათ გაეცნოთ ინსტრუქციის კლასს აქ.

ახლახან შევიტყვე, რომ ბენ კრასნოვმა ააგო რენტგენის კომპიუტერული აპარატი არდუინოსთან ერთად. Შთამბეჭდავი!

გამოქვეყნების შემდეგ, მიხალის ორფანაკისმა გაუზიარა თავისი სახლის ოპტიკური კომპიუტერული ტომოგრაფიის სკანერი, რისთვისაც მან მოიპოვა პირველი პრიზი Science on Stage Europe 2017! წაიკითხეთ ქვემოთ მოცემული კომენტარები მისი აღნაგობის სრული დოკუმენტაციისთვის.

რესურსები ოპტიკური კომპიუტერული ტომოგრაფიის შესახებ:

ოპტიკური კომპიუტერული ტომოგრაფიის ისტორია და პრინციპები 3-D რადიაციული დოზიმეტრის სკანირებისათვის S J Doran და N Krstaji

სამგანზომილებიანი გამოსახულების რეკონსტრუქცია CCD კამერაზე დაფუძნებული ოპტიკური კომპიუტერული ტომოგრაფიის სკანერისთვის, ჰანა მერი ტომას თ, სტუდენტური წევრი, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

ნიკოლა კრასტაიჩისა და სიმონ ჯ დორანის პარალელური სხივის CCD ოპტიკური ტომოგრაფიის აპარატის ფოკუსირება 3D რადიაციული გელის დოზიმეტრიისთვის.

ნაბიჯი 1: კომპიუტერული ტომოგრაფია და ფოტოგრამმეტრია ფონი

კომპიუტერული ტომოგრაფიის სკანირება მოითხოვს რადიაციის წყაროს (მაგ. რენტგენის სხივები ან შუქი) ობიექტის ერთ მხარეს და დეტექტორებს მეორე მხარეს. რადიაციის რაოდენობა, რომელიც აღწევს დეტექტორზე, დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად შთამნთქმელია ობიექტი კონკრეტულ ადგილას. მხოლოდ ამ კონფიგურაციით მიღებული ერთი სურათი არის ის, რაც აწარმოებს რენტგენოგრაფიას. რენტგენი ჩრდილს ჰგავს და აქვს ყველა 3D ინფორმაცია დაპროექტებული ერთ 2D გამოსახულებაზე. 3D რეკონსტრუქციის მიზნით, კომპიუტერული ტომოგრაფიის სკანერი იძენს რენტგენის სკანირებას მრავალი კუთხით, ობიექტის ან წყარო-დეტექტორის მასივის ბრუნვით.

კომპიუტერული ტომოგრაფიის სკანერის მიერ შეგროვებულ სურათებს ეწოდება სინოგრამები და ისინი აჩვენებენ რენტგენის სხივების შეწოვას სხეულის ერთი ნაჭრისა და კუთხის წინააღმდეგ. ამ მონაცემების გამოყენებით, ობიექტის ჯვრის მონაკვეთის მიღება შესაძლებელია მათემატიკური ოპერაციის გამოყენებით, რომელსაც ეწოდება შებრუნებული რადონის გარდაქმნა. სრული ინფორმაციისთვის, თუ როგორ მუშაობს ეს ოპერაცია, ნახეთ ეს ვიდეო.

იგივე პრინციპი გამოიყენება ოპტიკური კომპიუტერული ტომოგრაფიის სკანერისთვის, რომელსაც აქვს კამერა, როგორც დეტექტორი და LED მასივი, რომელიც მოქმედებს როგორც წყარო. დიზაინის ერთ -ერთი მნიშვნელოვანი ნაწილია ის, რომ ობიექტივში მოგზაურობისას ობიექტივის მიერ შეგროვებული სინათლის სხივები პარალელურია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ობიექტივი უნდა იყოს ტელეცენტრული.

ფოტოგრამმეტრია მოითხოვს ობიექტის განათებას წინა მხრიდან. შუქი აისახება ობიექტიდან და აგროვებს კამერას. მრავალი ხედი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სივრცეში ობიექტის ზედაპირის 3D რუქის შესაქმნელად.

მიუხედავად იმისა, რომ ფოტოგრამმეტრია შესაძლებელს ხდის ობიექტის ზედაპირულ პროფილირებას, კომპიუტერული ტომოგრაფია ახდენს ობიექტების შიდა სტრუქტურის რეკონსტრუქციას. ოპტიკური კომპიუტერული ტომოგრაფიის მთავარი მინუსი ის არის, რომ თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ მხოლოდ ნახევრად გამჭვირვალე საგნები გამოსახულებისათვის (მაგ. ხილი, ქსოვილის ქაღალდი, გუმის დათვი და ა. გარდა ამისა, არსებობს ბევრად უფრო მოწინავე პროგრამული უზრუნველყოფა ფოტოგრამეტრიისთვის, ასე რომ რეკონსტრუქციები წარმოუდგენლად გამოიყურება.

ნაბიჯი 2: სისტემის მიმოხილვა

მე გამოვიყენე Nikon D5000 50 მმ ფოკალური სიგრძის f/1.4 ობიექტივით სკანერით გამოსახულებისათვის. ტელეცენტრული გამოსახულების მისაღწევად, მე გამოვიყენე 180 მმ -იანი აქრომატული დუბლეტი, რომელიც გამოყოფილია 50 მმ -იანი ობიექტივიდან, მილის გამაძლიერებელით. ობიექტივი შეჩერებულია f/11 ან f/16 - მდე, რათა გაიზარდოს ველის სიღრმე.

კამერა კონტროლდებოდა ჩამკეტის პულტის გამოყენებით, რომელიც კამერას აკავშირებს არდუინო ნანოსთან. კამერა დამონტაჟებულია PVC სტრუქტურაზე, რომელიც უკავშირდება შავ ყუთს, რომელიც ინახავს ობიექტს, რომელიც დასკანირებულია და ელექტრონიკა.

კომპიუტერული ტომოგრაფიისთვის, ობიექტი უკნიდან განათებულია მაღალი სიმძლავრის LED მასივით. კამერის მიერ შეგროვებული სინათლის რაოდენობა დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად შთანთქავს ობიექტი. 3D სკანირებისთვის, ობიექტი განათებულია წინა მხრიდან მიმართვადი LED მასივის გამოყენებით, რომელიც კონტროლდება Arduino– ით. ობიექტი ბრუნავს სტეპერ ძრავის გამოყენებით, რომელიც კონტროლდება H- ხიდის (L9110) და არდუინოს გამოყენებით.

სკანირების პარამეტრების შესაცვლელად, მე შევქმენი სკანერი Lcd ეკრანით, ორი პოტენომეტრით და ორი ღილაკით. პოტენომეტრები გამოიყენება სკანირებისას ფოტოების რაოდენობისა და ექსპოზიციის დროის გასაკონტროლებლად, ხოლო ღილაკები ფუნქციონირებს როგორც "შესვლის" ღილაკი და "გადატვირთვის" ღილაკი. LCD ეკრანი აჩვენებს სკანირების ვარიანტებს და შემდეგ სკანირების ამჟამინდელ მდგომარეობას შესყიდვის დაწყებისთანავე.

CT ან 3D სკანირებისთვის ნიმუშის განთავსების შემდეგ, სკანერი ავტომატურად აკონტროლებს კამერას, LED- ებს და ძრავას, რომ მიიღოს ყველა სურათი. შემდეგ სურათები გამოიყენება ობიექტის 3D მოდელის რეკონსტრუქციისთვის Matlab ან PhotoScan გამოყენებით.

ნაბიჯი 3: მიწოდების სია

ელექტრონიკა:

• არდუინო ნანო
• სტეპერიანი ძრავა (3.5V, 1A)
• H- ხიდი L9110
• 16x2 LCD ეკრანი
• 3X 10k პოტენომეტრი
• 2X ღილაკი
• რეზისტორი 220 Ohm
• 1 კოჰმ რეზისტორი
• 12V 3A კვების ბლოკი
• მამლის გადამყვანი
• დენის ჯეკი ქალი
• დენის ლულის დანამატი
• მიკრო USB გაფართოების კაბელი
• დენის გადამრთველი
• პოტენციომეტრის ღილაკები
• PCB შეფერხებები
• პროტოტიპის დაფა
• მავთულის შესაფუთი მავთული
• ელექტრო ფირზე

კამერა და განათება:

• კამერა, მე გამოვიყენე Nikon D5000 dSLR
• ძირითადი ობიექტივი (ფოკუსური მანძილი = 50 მმ)
• მილის გაფართოება
• აკრომატული ორმაგი (ფოკუსური მანძილი = 180 მმ)
• ჩამკეტი დისტანციური
• მიმართვადი LED ზოლები
• Utilitech pro 1-lumen LED პორტატული შუქი
• ქაღალდი სინათლის გამავრცელებლად

Სინათლის ყუთი:

• 2x 26cmx26cm ¼ დუიმიანი პლაივუდი
• 2x 30cmx26cm ¼ დუიმიანი პლაივუდი
• პლაივუდი 1x 30cmx25cm ½ ინჩი სისქით
• 2x ½ ინჩი დიამეტრის დუელის წნელები
• 8x L- ფორმის PVC სახსრები ½ ინჩი დიამეტრით
• 8x T- ფორმის PVC სახსრები ½ ინჩი დიამეტრით
• 1x PVC კონცხი ½ ინჩის დიამეტრი
• 4 ფეხი 1x2 ფიჭვი
• თხელი ალუმინის ფურცელი
• შავი პლაკატის დაფა
• თხილი და ჭანჭიკები
• გაზაფხული

ინსტრუმენტები:

• გასაყიდი რკინა
• Საბურღი ძალა
• მავთულის შესაფუთი ინსტრუმენტი
• დრემელი
• Jigsaw
• Მავთულის საჭრელები
• Მაკრატელი
• Ფირზე

ნაბიჯი 4: ყუთის დიზაინი და 3D სამონტაჟო

გრან პრიზი ეპილოგის გამოწვევაში 9