Stalinis kompiuterinis kompiuteris ir 3D skaitytuvas su „Arduino“: 12 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Daugiau informacijos apie autorių:

Apie: Šviesos, muzikos ir elektronikos projektai. Visus juos rasite mano svetainėje: www.jbumstead.com Daugiau apie jbumstead »

Kompiuterinė tomografija (CT) arba kompiuterinė ašinė tomografija (CAT) dažniausiai siejama su kūno vaizdavimu, nes tai leidžia gydytojams pamatyti anatominę paciento struktūrą, neatliekant jokių operacijų. Norint atvaizduoti žmogaus kūno vidų, kompiuteriniam tomografui reikalingi rentgeno spinduliai, nes spinduliuotė turi sugebėti prasiskverbti pro kūną. Jei objektas yra pusiau skaidrus, iš tikrųjų galima atlikti kompiuterinę tomografiją naudojant matomą šviesą! Ši technika vadinama optine CT, kuri skiriasi nuo populiaresnės optinio vaizdo gavimo technikos, žinomos kaip optinė koherencijos tomografija.

Norėdami gauti pusiau skaidrių objektų 3D nuskaitymus, aš sukūriau optinį kompiuterinį skaitytuvą, naudojant „Arduino Nano“ir „Nikon dSLR“. Įpusėjus projektui supratau, kad fotogrametrijai, kitai 3D nuskaitymo technikai, reikalinga ta pati aparatūra, kaip ir optiniam kompiuteriniam skaitytuvui. Šioje instrukcijoje apžvelgsiu savo sukurtą sistemą, galinčią nuskaityti kompiuteriu ir fotografuoti. Gavęs vaizdus, turiu atlikti veiksmus, kaip naudoti „PhotoScan“arba „Matlab“3D rekonstrukcijoms apskaičiuoti.

Norėdami gauti visą 3D nuskaitymo klasę, instrukcijų klasę galite peržiūrėti čia.

Neseniai sužinojau, kad Benas Krasnowas sukūrė „Arduino“rentgeno tomografijos aparatą. Įspūdinga!

Paskelbęs Michalis Orfanakis pasidalino savo namuose pagamintu optiniu CT skaitytuvu, už kurį laimėjo I premiją „Science on Stage Europe 2017“! Perskaitykite toliau pateiktus komentarus, kad gautumėte visą dokumentaciją apie jo kūrimą.

Ištekliai apie optinį CT:

S J Doran ir N Krstaji optinės kompiuterinės tomografijos istorija ir principai skenuojant 3-D spinduliuotės dozimetrus

Trimatė vaizdo rekonstrukcija CCD kameromis pagrįstam optiniam kompiuteriniam tomografui, kurią pateikė Hannah Mary Thomas T, studentų narė, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Lygiagretaus spindulio CCD optinės tomografijos aparato fokusavimo optika, skirta Nikola Krstaji´c ir Simon J Doran 3D spinduliuotės gelio dozimetrijai

1 žingsnis: kompiuterinės tomografijos ir fotogrametrijos fonas

KT nuskaitymui reikalingas spinduliuotės šaltinis (pvz., Rentgeno spinduliai ar šviesa) vienoje objekto pusėje, o detektoriai-kitoje. Spinduliuotės kiekis, patenkantis į detektorių, priklauso nuo to, kaip objektas sugeria tam tikrą vietą. Vienas vaizdas, gautas atliekant šią sąranką, sukuria rentgeno nuotrauką. Rentgeno spinduliai yra tarsi šešėlis, o visa 3D informacija yra suprojektuota į vieną 2D vaizdą. Norėdami atlikti 3D rekonstrukcijas, kompiuterinis kompiuteris nuskaito rentgeno spindulius įvairiais kampais, sukdamas objektą arba šaltinio detektoriaus masyvą.

KT skaitytuvu surinkti vaizdai vadinami sinogramomis, ir jie rodo rentgeno spindulių absorbciją per vieną kūno dalį ir kampą. Naudojant šiuos duomenis, galima gauti objekto skerspjūvį naudojant matematinę operaciją, vadinamą atvirkštine radono transformacija. Norėdami gauti išsamesnės informacijos apie tai, kaip veikia ši operacija, žiūrėkite šį vaizdo įrašą.

Tas pats principas taikomas optiniam CT skaitytuvui, kurio fotoaparatas veikia kaip detektorius, o šviesos diodų matrica veikia kaip šaltinis. Viena iš svarbių dizaino dalių yra ta, kad keliaujant per objektą šviesos spinduliai, kuriuos renka objektyvas, yra lygiagrečiai. Kitaip tariant, objektyvas turi būti telecentrinis.

Fotogrametrija reikalauja, kad objektas būtų apšviestas iš priekio. Šviesa atsispindi nuo objekto ir yra surenkama fotoaparato. Norėdami sukurti 3D objekto paviršiaus žemėlapį erdvėje, galite naudoti kelis vaizdus.

Fotogrametrija leidžia profiliuoti paviršiaus paviršių, o kompiuterinė tomografija leidžia atkurti vidinę objektų struktūrą. Pagrindinis optinės kompiuterinės tomografijos trūkumas yra tas, kad vaizdavimui galite naudoti tik pusiau skaidrius objektus (pvz., Vaisius, popierinį popierių, guminius lokius ir kt.), Tuo tarpu daugumai objektų tinka fotogrametrija. Be to, yra daug pažangesnė fotogrametrijos programinė įranga, todėl rekonstrukcijos atrodo neįtikėtinai.

2 veiksmas: sistemos apžvalga

Vaizdavimui su skaitytuvu naudojau „Nikon D5000“su 50 mm židinio nuotolio f/1,4 objektyvu. Norėdami pasiekti telecentrinį vaizdą, aš naudoju 180 mm achromatinį dubletą, atskirtą nuo 50 mm objektyvo su vamzdžio ilgintuvu. Siekiant padidinti lauko gylį, objektyvas buvo sustabdytas iki f/11 arba f/16.

Fotoaparatas buvo valdomas naudojant užrakto nuotolinio valdymo pultą, jungiantį kamerą su „Arduino Nano“. Fotoaparatas pritvirtintas prie PVC konstrukcijos, jungiančios prie juodos dėžės, kurioje yra nuskaitytas objektas ir elektronika.

KT nuskaitymui objektas iš galo apšviečiamas didelės galios šviesos diodų bloku. Fotoaparato surinktos šviesos kiekis priklauso nuo to, kiek objektas sugeria. 3D nuskaitymui objektas apšviečiamas iš priekio, naudojant adresuojamą šviesos diodų masyvą, valdomą naudojant „Arduino“. Objektas sukamas naudojant žingsninį variklį, kuris valdomas naudojant H tiltą (L9110) ir „Arduino“.

Norėdami pakoreguoti nuskaitymo parametrus, suprojektavau skaitytuvą su LCD ekranu, dviem potenciometrais ir dviem mygtukais. Potenciometrai naudojami skenuojamų nuotraukų skaičiui ir ekspozicijos laikui valdyti, o mygtukai veikia kaip „įvesties“ir „atstatymo“mygtukai. LCD ekrane rodomos nuskaitymo parinktys ir pradinė nuskaitymo būsena.

Padėjęs mėginį CT arba 3D nuskaitymui, skaitytuvas automatiškai valdo fotoaparatą, šviesos diodus ir variklį, kad gautų visus vaizdus. Tada vaizdai naudojami 3D objekto modeliui atkurti naudojant „Matlab“arba „PhotoScan“.

3 žingsnis: tiekimo sąrašas

Elektronika:

• Arduino Nano
• Žingsninis variklis (3,5 V, 1 A)
• H-tiltas L9110
• 16x2 LCD ekranas
• 3x 10k potenciometrai
• 2X mygtukai
• 220 omų rezistorius
• 1 khm rezistorius
• 12V 3A maitinimo šaltinis
• Buck konverteris
• Moteriškas maitinimo lizdas
• Maitinimo cilindro kištukas
• „Micro USB“prailginimo kabelis
• Maitinimo jungiklis
• Potenciometro rankenėlės
• PCB skirtumai
• Lentos prototipas
• Vielos apvyniojimo viela
• Izoliacinė juosta

Fotoaparatas ir apšvietimas:

• Fotoaparatas, aš naudoju „Nikon D5000 dSLR“
• Pagrindinis objektyvas (židinio nuotolis = 50 mm)
• Vamzdžio ilgintuvas
• Achromatinis dubletas (židinio nuotolis = 180 mm)
• Užrakto nuotolinio valdymo pultas
• Adresuojama LED juostelė
• „Utilitech pro“1 liumenų nešiojama LED lemputė
• Popierius skleidžia šviesai

Lengva dėžė:

• 2x 26 cmx26 cm colio storio fanera
• 2x 30 cmx26 cm colio storio fanera
• 1x 30cmx25cm ½ colio storio fanera
• 2x ½ colio skersmens kaiščių strypų
• 8x L formos PVC jungtys ½ colio skersmens
• 8x T formos PVC jungtys ½ colio skersmens
• 1x PVC dangtelis ½ colio skersmens
• 4 pėdos 1x2 pušies
• Plonas aliuminio lakštas
• Juoda plakatų lenta
• Veržlės ir varžtai
• Pavasaris

Įrankiai:

• Lituoklis
• Elektrinis grąžtas
• Vielos apvyniojimo įrankis
• „Dremel“
• Jigsaw
• Vielos pjaustytuvai
• Žirklės
• Juosta

4 žingsnis: dėžutės projektavimas ir 3D laikikliai

Didysis prizas „Epilog Challenge“9