Convertir une caméra vidéo des années 1980 en imageur polarimétrique en temps réel : 14 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

L'imagerie polarimétrique offre une voie pour développer des applications révolutionnaires dans un large éventail de domaines, allant de la surveillance environnementale et des diagnostics médicaux aux applications de sécurité et antiterroristes. Cependant, le coût très élevé des caméras polarimétriques commerciales a entravé la recherche et le développement sur l'imagerie polarimétrique. Cet article présente des instructions détaillées pour convertir un surplus de caméra couleur à 3 tubes des années 1980 en un imageur polarimétrique en temps réel. L'appareil photo utilisé comme base pour cette conversion est largement disponible sur le marché des surplus pour environ 50 $. Ce Instructable de poubelle à trésor vous montrera comment convertir un appareil photo qui ne convient que comme accessoire en un instrument scientifique utile, dont les versions commerciales vaudraient plusieurs dizaines de milliers de dollars.

Vous aurez besoin des éléments suivants pour effectuer cette conversion:

• Caméra JVC KY-1900 en surplus de travail (les modèles KY-2000 et KY-2700 semblent similaires au KY-1900 et peuvent également convenir)
• Séparateur de faisceau large bande Ø25,4 mm 70T/30R (par exemple Thorlabs BSS10)
• Séparateur de faisceau large bande 50/50 Ø25,4 mm (par exemple Thorlabs BSW10)
• Anneaux adaptateurs de séparateur de faisceau imprimés en 3D
• Feuille de plastique polarisant (par exemple Edmund Optics 86-188)

Étape 1: Comprendre l'imagerie polarimétrique

Une onde lumineuse est caractérisée par sa longueur d'onde, que nous percevons comme une couleur de quartier; son amplitude, que nous percevons comme un niveau d'intensité; et l'angle auquel il oscille par rapport à un axe de référence. Ce dernier paramètre est appelé « angle de polarisation » de l'onde et est une caractéristique de la lumière que l'œil humain seul ne peut pas distinguer. Cependant, la polarisation de la lumière contient des informations intéressantes sur notre environnement visuel, et certains animaux sont capables de la percevoir et de s'appuyer de manière critique sur ce sens pour la navigation et la survie.

Une description détaillée et facile à comprendre de l'imagerie polarimétrique et de ses applications est disponible dans mon livre blanc sur les caméras polarimétriques DOLPi disponibles sur:

www.diyphysics.com/wp-content/uploads/2015/10/DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015_v5.pdf et sa présentation sur YouTube à:

Étape 2: achat et alignement de la caméra

Le KY-1900 a été présenté comme une caméra couleur de qualité professionnelle à la fin des années 70. C'était l'un des rares modèles à être produit avec un corps en plastique orange, ce qui le rend très distinctif, et une marque de professionnalisme haut de gamme pour les équipes de tournage. En 1982, cet appareil photo se vendait environ 9 000 $.

Aujourd'hui, vous devriez pouvoir en trouver un sur le marché des surplus pour environ 50 $. Le KY-1900 a été construit comme un tank, il y a donc de fortes chances qu'il soit entièrement fonctionnel s'il est esthétiquement beau. Connectez-le simplement à un moniteur couleur NTSC et alimentez-le en 12VDC (la caméra consomme environ 1,7A).

Avant de procéder à la modification, assurez-vous que la caméra est en état de marche et bien alignée. Utilisez les instructions indiquées dans l'annexe II du livre blanc du projet pour aligner votre caméra et vérifier qu'elle fonctionne correctement.

Étape 3: Accéder à l'assemblage optique

La première étape de la conversion consiste à accéder à l'ensemble optique de la caméra, ce qui implique les étapes suivantes:

• Démonter le capot gauche de l'appareil photo
• Retirer le circuit imprimé DF
• Décollez la feuille d'isolation en plastique qui est fixée avec du ruban adhésif double face à la plaque de couverture extérieure de l'ensemble optique

Étape 4: ouverture de l'assemblage optique

Retirez la plaque de protection de l'ensemble optique interne. Cette plaque est collée à l'assemblage. La plaque ne sera plus réutilisée, alors ne vous inquiétez pas de la déformer. Attention toutefois à ne pas endommager les éléments optiques à l'intérieur de l'ensemble.

Le volet inférieur de la figure montre l'ensemble optique de la caméra JVC KY-1900 non modifiée. La lumière incidente à travers la première lentille relais est divisée en trois images colorées par les séparateurs de faisceaux dichroïques avant d'être envoyée à leurs tubes Saticon respectifs via les deuxièmes lentilles relais. La modification en un imageur polarimétrique en temps réel implique l'échange des séparateurs de faisceau dichroïques d'origine de l'assemblage de séparateur de faisceau dichroïque par des séparateurs de faisceau à large bande, en éliminant les filtres de coupe de couleur à l'intérieur des lentilles de deuxième relais et en ajoutant des analyseurs de polarisation.

Étape 5: Retrait de l'assemblage du séparateur de faisceau dichroïque

L'assemblage du séparateur de faisceau est maintenu par trois vis, une à l'avant et deux à l'arrière. En tant que tel, le capot latéral droit de la caméra, le PCB et le film plastique doivent être retirés pour les rendre accessibles.

Étape 6: Anneaux adaptateurs de séparateur de faisceau pour impression 3D

Les séparateurs de faisceau dichroïques utilisés à l'origine dans la caméra KY-1900 ont un diamètre non standard, j'ai donc décidé d'utiliser des séparateurs de faisceau à large bande de 1" de diamètre pour la modification. Mon ami et collègue Jason Meyers a conçu et imprimé en 3D un anneau de retenue pour maintenir les séparateurs de faisceau de 1" en place. Les fichiers de CAO et d'impression 3D sont disponibles dans cette DropBox.

Étape 7: Remplacement des diviseurs de faisceau dichroïques par des diviseurs de faisceau à large bande

L'étape suivante du processus de conversion consiste à remplacer les diviseurs de faisceau dichroïques par des diviseurs de faisceau à large bande. L'image doit être plus ou moins également divisée en trois images, de sorte que le premier diviseur de faisceau doit refléter environ 33,33 % de la lumière incidente, tout en permettant à 66,66 % de la lumière d'aller à un deuxième diviseur de faisceau qui devrait ensuite diviser cette partie uniformément. J'ai utilisé les séparateurs de faisceau suivants:

• Séparateur de faisceau large bande Ø25,4 mm 70T/30R (Thorlabs BSS10)
• Séparateur de faisceau large bande 50/50 Ø25,4 mm (Thorlabs BSW10)

Les séparateurs de faisceau à large bande à l'intérieur des anneaux de retenue doivent être installés dans l'assemblage, et l'assemblage de séparateur de faisceau modifié peut ensuite être remis en place. Reconnectez temporairement les circuits imprimés. En vous assurant que rien ne court-circuite contre les parties exposées de l'ensemble optique, mettez l'appareil photo sous tension. Seul un réglage mineur des potentiomètres horizontaux/verticaux devrait être nécessaire pour atteindre l'alignement si vous avez correctement placé les séparateurs de faisceau. Vous remarquerez que l'image est toujours en couleur, bien qu'un peu délavée par rapport à l'image originale. L'image apparaît toujours en couleur car il y a des filtres très puissants dans les lentilles de relais secondaires qui doivent être supprimés.

Étape 8: Accéder aux lentilles du deuxième relais

Le retrait des lentilles de deuxième relais (c'est le nom de JVC) de l'ensemble optique nécessite un démontage supplémentaire de la caméra. C'est parce que les tubes de capture d'image doivent être retirés avant que les lentilles de relais secondaires puissent être retirées.

Commencez par retirer et déconnecter les cartes imprimées des assemblages de câbles. Retirez ensuite l'arrière de la caméra. Les ensembles de tubes peuvent ensuite être retirés des boîtiers de tubes de l'ensemble optique, donnant accès aux deuxièmes lentilles relais.

Étape 9: Retrait et démontage des lentilles du deuxième relais (une à la fois !)

Les lentilles du deuxième relais sont maintenues en place par de petites vis de réglage bien cachées accessibles depuis le côté droit de l'ensemble optique. Une fois la vis de réglage ouverte, retirez la Lentille Second Relais sur laquelle vous allez travailler. Enroulez quelques couches de ruban électrique épais sur les deux côtés du tube optique et ouvrez-le à l'aide d'une pince.

Étape 10: Retrait des filtres de couleur et remontage de la lentille du deuxième relais

Le filtre de couleur doit être retiré en dévissant la bague de retenue à l'aide d'une clé plate ou d'une pince à épiler très pointue. Après avoir retiré le filtre, il suffit de remonter la lentille et de serrer à la main.

L'élimination du filtre de couleur déplace le point focal de la lentille de relais secondaire, elle ne doit donc pas être réinsérée complètement dans l'ensemble optique. Au lieu de cela, les lentilles de relais secondaires modifiées ne devraient dépasser que d'environ 2,5 mm.

La caméra peut être réassemblée après avoir installé et fixé avec des vis de fixation toutes les lentilles de relais secondaires modifiées. Laissez le bloc optique accessible, et ne reconnectez que temporairement la carte DF, en vous assurant qu'elle ne court-circuite pas avec le bloc optique.

Étape 11: réalignement de la caméra

Il est maintenant temps d'aligner très soigneusement l'appareil photo afin qu'il produise une image parfaitement en noir et blanc. Un certain niveau de franges de couleur sera toujours visible car les lentilles de relais secondaires ont été conçues pour une bande étroite de longueurs d'onde et sont maintenant utilisées sur toute la bande passante de la lumière visible. Les franges sont particulièrement visibles sur les bords de l'image lorsque le zoom est complètement reculé, mais un enregistrement décent peut être obtenu en suivant patiemment la procédure décrite dans l'annexe II du livre blanc du projet.

Étape 12: fabrication de filtres d'analyseur de polarisation

Découpez trois carrés de 1,42" × 1,42" dans une feuille de polarisation. J'ai utilisé un Edmund Optics 86-188 150 x 150 mm, 0,75 mm d'épaisseur, film laminé polarisant. J'ai choisi ce film plutôt que des offres moins chères car il présente un taux d'extinction très élevé, ainsi qu'une transmission élevée, ce qui permet de meilleures images polarimétriques. Remarquez sur la figure que l'un des carrés est coupé à 45° par rapport aux deux autres.

Étape 13: Ajout des analyseurs de polarisation

Fixez les analyseurs de polarisation avec du ruban adhésif transparent à l'intérieur de l'ensemble optique de manière à ce qu'ils soient placés dans les chemins optiques vers les tubes, comme indiqué sur la figure.

C'est ça! La conversion est terminée. Vous pouvez tester la caméra à ce stade avant de remonter le couvercle de l'ensemble optique (j'ai jeté le couvercle intérieur), de refixer la feuille de plastique, de reconnecter la carte DF et de fermer le boîtier de la caméra.

Étape 14: Utilisation de l'appareil photo

La figure montre les résultats avec un échantillon de cible fabriqué avec des morceaux de plastique polarisant à des angles compris entre 0° et 180° avec une barre de couleur. La cible capturée à partir de la caméra JVC KY-1900 modifiée montre la barre de couleur et d'autres éléments non polarisés de l'image en niveaux de gris, tandis que les morceaux de film polarisant sont de couleurs vives, codant leur angle de polarisation dans l'espace RVB de NTSC.

Pour plus d'informations sur ce projet, veuillez télécharger le livre blanc du projet sur www.diyPhysics.com.

Premier prix de la poubelle au trésor