Սեղանի Gigapixel մանրադիտակ. 10 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

Օպտիկական մանրադիտակներում հիմնարար փոխզիջում կա տեսադաշտի և բանաձևի միջև. Որքան մանրուք լինի, այնքան փոքր կլինի մանրադիտակով պատկերված տարածքը: Այս սահմանափակումը հաղթահարելու եղանակներից մեկը նմուշը թարգմանելն է և պատկերներ ձեռք բերել ավելի մեծ տեսադաշտում: Հիմնական գաղափարն այն է, որ միացնենք բազմաթիվ բարձր լուծման պատկերներ ՝ մեծ FOV ձևավորելու համար: Այս պատկերներում դուք տեսնում եք ինչպես ամբողջական նմուշը, այնպես էլ նուրբ նմուշը նմուշի ցանկացած մասում: Արդյունքում ստացվում է մոտ մեկ միլիարդ պիքսելից բաղկացած պատկեր, որը շատ ավելի մեծ է համեմատած dSLR կամ սմարթ հեռախոսով արված նկարների հետ, որոնք սովորաբար ունենում են մոտ 10-50 միլիոն պիքսել: Ստուգեք այս գիգապիքսելային լանդշաֆտները `այս պատկերների զանգվածային տեղեկատվության տպավորիչ ցուցադրման համար:

Այս ուսանելի նյութում ես կանդրադառնամ, թե ինչպես կարելի է կառուցել մի մանրադիտակ, որը կարող է պատկերել 90 մմ x 60 մմ տեսադաշտ ՝ նմուշի 2μm- ին համապատասխան պիքսելներով (չնայած, կարծում եմ, որ բանաձևը հավանաբար ավելի մոտ է 15μm): Համակարգը օգտագործում է տեսախցիկի ոսպնյակներ, սակայն նույն հայեցակարգը կարող է կիրառվել մանրադիտակի նպատակների միջոցով `նույնիսկ ավելի լավ լուծում ստանալու համար:

Ես մանրադիտակով ձեռք բերած գիգապիքսելային պատկերները տեղադրեցի EasyZoom- ում ՝

1970 National Geographic ամսագրի պատկերը

Իմ կնոջ պատրաստած սփռոցը

Տարբեր էլեկտրոնիկա

Այլ ռեսուրսներ.

Օպտիկական մանրադիտակի ձեռնարկներ ՝

Օպտիկական լուծում ՝

Ի լրումն պատկերի կարի, հաշվողական պատկերների վերջին առաջընթացը հնարավոր է դարձնում գիգապիքսելային մանրադիտակը ՝ նույնիսկ նմուշը չշարժելով:

Քայլ 1: Մատակարարման ցուցակ

Նյութեր:

1. Nikon dSLR (ես օգտագործել եմ Nikon D5000- ը)

2. 28 մմ կիզակետային ոսպնյակ ՝ 52 մմ թելով

3. 80 մմ կիզակետային ոսպնյակ ՝ 58 մմ թելով

4. 52 մմ -ից 58 մմ հետադարձ կողակցիչ

5. Եռոտանի

6. 3 մմ հաստությամբ նրբատախտակի յոթ թերթ

7. Արդուինո Նանո

8. Երկու H կամուրջ L9110

9. Երկու IR արտանետիչներ

10. Երկու IR ընդունիչ

11. Կտտացրեք կոճակը

12. Երկու 2.2kOhm ռեզիստոր

13. Երկու 150 Օմ դիմադրություն

14. Մեկ 1 կՕմ դիմադրություն

15. Հեռակա թողարկում Nikon տեսախցիկի համար

16. Սեւ պաստառների տախտակ

17. Սարքավորման հավաքածու ՝

18. Երկու քայլող շարժիչ (ես օգտագործել եմ Nema 17 երկբևեռ քայլ շարժիչ 3.5V 1A)

19. Երկու 2 մմ կապար պտուտակ

20. Չորս բարձ բլոկ

21. Երկու կապար պտուտակով ընկույզ

22. Երկու կրող սահիկ թփ և 200 մմ գծային առանցքներ.

23. 5 Վ էլեկտրամատակարարում ՝

24. Լարերի փաթաթման մետաղալար

Գործիքներ:

1. Լազերային դանակ

2. 3D տպիչ

3. Ալենի բանալիներ

4. Մետաղալարեր

5. Լարերի փաթաթման գործիք

Քայլ 2: Համակարգի ակնարկ

Նմուշը թարգմանելու համար ուղղահայաց ուղղություններով հավասարեցված երկու սլաքային շարժիչներ մի փուլ են տեղափոխում x և y ուղղությամբ: Շարժիչները կառավարվում են երկու H կամուրջների և Arduino- ի միջոցով: Աստիճանաձև շարժիչի հիմքում տեղադրված IR սենսորը օգտագործվում է աստիճանները զրոյացնելու համար, որպեսզի դրանք չհայտնվեն բլոկների երկու ծայրերում: Թվային մանրադիտակը տեղադրված է XY փուլից վեր:

Երբ նմուշը տեղադրվում է, և փուլը կենտրոնանում է, դուք սեղմում եք կոճակը ՝ ձեռքբերումը սկսելու համար: Շարժիչները բեմը տեղափոխում են ներքևի ձախ անկյուն, իսկ տեսախցիկը գործարկվում է: Շարժիչներն այնուհետև փոքր քայլերով թարգմանում են նմուշը, քանի որ տեսախցիկը լուսանկարում է յուրաքանչյուր դիրքում:

Բոլոր պատկերները վերցնելուց հետո պատկերները կարվում են միասին ՝ գիգապիքսել պատկեր ստեղծելու համար:

Քայլ 3. Մանրադիտակի հավաքում

Ես պատրաստել եմ ցածր խոշորացման մանրադիտակ dSLR (Nikon 5000), Nikon 28 մմ f/2.8 ոսպնյակ և Nikon 28-80 մմ խոշորացման ոսպնյակ: Խոշորացման ոսպնյակը սահմանվել է 80 մմ կիզակետային երկարության համար: Երկու ոսպնյակների հավաքածուն գործում է որպես մանրադիտակի խողովակի ոսպնյակ և օբյեկտիվ ոսպնյակ: Ընդհանուր խոշորացումը կիզակետային հեռավորությունների հարաբերակցությունն է ՝ մոտ 3X: Այս ոսպնյակներն իսկապես նախատեսված չեն այս կոնֆիգուրացիայի համար, այնպես որ, որպեսզի լույսը տարածվի մանրադիտակի պես, պետք է երկու ոսպնյակների միջև բացվածքի կանգառ տեղադրեք:

Նախ, ավելի երկար կիզակետային ոսպնյակ ամրացրեք տեսախցիկին: Սև պաստառների տախտակից կտրեք շրջանակ, որը տրամագիծ ունի մոտավորապես ոսպնյակի առջևի մակերեսի չափով: Հետո մի փոքր շրջանակ կտրեք մեջտեղում (ես ընտրեցի մոտ 3 մմ տրամագիծ): Շրջանի չափը որոշելու է համակարգ մտնող լույսի քանակը, որը կոչվում է նաև թվային բացվածք (NA): Ա NA -ն որոշում է լավ մշակված մանրադիտակների համակարգի կողային լուծաչափը: Ուրեմն ինչու չօգտագործել բարձր NA այս կարգավորման համար: Դե, կա երկու հիմնական պատճառ. Նախ, երբ Ա NA -ն մեծանում է, համակարգի օպտիկական շեղումները դառնում են ավելի ցայտուն և կսահմանափակեն համակարգի լուծունակությունը: Նման ոչ սովորական ձևավորման դեպքում դա, ամենայն հավանականությամբ, կլինի, ուստի Ա NA -ի ավելացումն ի վերջո այլևս չի օգնի լուծել բանաձևը: Երկրորդ, դաշտի խորությունը նույնպես կախված է Ա -ից: Որքան բարձր է Ա NA -ն, այնքան մակերեսային է դաշտի խորությունը: Սա դժվարացնում է ոչ բոլոր հարթ օբյեկտների ուշադրության կենտրոնացումը: Եթե Ա NA -ն չափազանց բարձր է դառնում, ապա դուք կսահմանափակվեք մանրադիտակի սլայդներով, որոնք ունեն բարակ նմուշներ:

Երկու ոսպնյակների միջև բացվածքի կանգառի տեղադրումը համակարգը մոտավորապես դարձնում է հեռակենտրոն: Դա նշանակում է, որ համակարգի խոշորացումը անկախ է օբյեկտի հեռավորությունից: Սա կարևոր է դառնում պատկերները միասին ամրացնելու համար: Եթե օբյեկտը տարբեր խորություն ունի, ապա երկու տարբեր դիրքերից տեսարանը փոխված հեռանկար կունենա (ինչպես մարդու տեսողությունը): Պատկերների միահյուսումը, որոնք հեռակենտրոն պատկերման համակարգից չեն, դժվար է, հատկապես նման մեծ խոշորացման դեպքում:

Օգտագործեք 58 մմ -ից 52 մմ ոսպնյակի հետադարձ կողակցիչը `28 մմ ոսպնյակը 80 մմ ոսպնյակին ամրացնելու համար, որի բացվածքը մեջտեղում է տեղադրված:

Քայլ 4: XY բեմի ձևավորում

Ես նախագծեցի բեմը ՝ օգտագործելով Fusion 360 -ը: Յուրաքանչյուր սկանավորման ուղղության համար կա չորս մաս, որոնք պետք է տպվեն 3D- ով. XY փուլի հիմքն ու հարթակները լազերային կտրված են 3 մմ հաստությամբ նրբատախտակից: Հիմքը պահում է X- ուղղության շարժիչը և սահիչները, X- հարթակը պահում է Y- ուղղության շարժիչը և սահիչները, իսկ Y- հարթակը `նմուշը: Հիմքը բաղկացած է 3 թերթից, իսկ երկու հարթակները ՝ 2 թերթից: Այս քայլում ներկայացված են լազերային կտրման և 3D տպագրության ֆայլերը: Այս մասերը կտրելուց և տպելուց հետո դուք պատրաստ եք հաջորդ քայլերին:

Քայլ 5. Շարժիչի տեղադրում

Լարի փաթաթան գործիքի միջոցով մետաղալարերը փաթաթեք երկու IR ճառագայթիչների և երկու IR ընդունիչների հոսանքների շուրջ: Գունավորեք լարերը այնպես, որ դուք իմանաք, թե որն է վերջը: Այնուհետեւ կտրեք լարերը դիոդներից, այնպես որ դրանից հետո միայն մետաղալարերի լարերն են անցնում: Լարերը սահեցրեք շարժիչի ամրացման ուղեցույցների միջով և այնուհետև դիոդները մղեք տեղում: Հաղորդալարերն ուղղված են այնպես, որ դրանք տեսանելի չեն, քանի դեռ չեն դուրս եկել միավորի հետևի մասից: Այս լարերը կարող են միացվել շարժիչի լարերին: Այժմ տեղադրեք քայլող շարժիչը `օգտագործելով չորս M3 պտուտակներ: Կրկնեք այս քայլը երկրորդ շարժիչի համար:

Քայլ 6: Բեմի հավաքում

Սոսնձեցրեք Base 1 և Base 2 կտրվածքները, որոնցից մեկը M3 ընկույզների վեցանկյուն բացվածքներով: Երբ սոսինձը չորանա, M3 ընկույզները ամրացրեք տեղում: Տախտակի վրա սեղմվելիս ընկույզները չեն պտտվի, այնպես որ հետագայում կկարողանաք պտուտակներ պտուտակել: Այժմ կպցրեք երրորդ բազային թերթիկը (հիմք 3) `ընկույզները ծածկելու համար:

Այժմ ժամանակն է հավաքել կապար-ընկույզի լեռը: Հեռացրեք լեռից ցանկացած լրացուցիչ թել, այնուհետև չորս M3 ընկույզ դրեք տեղում: Նրանք ամուր տեղավորվում են, այնպես որ համոզվեք, որ մաքրեք պտուտակների և ընկույզների տարածքը փոքր պտուտակահանով: Երբ ընկույզները հավասարեցվեն, կապարի ընկույզը մղեք սարի մեջ և ամրացրեք այն 4 M3 պտուտակներով:

Հիմքի վրա ամրացրեք բարձի բլոկները, սահնակի ամրակները և շարժիչի հենարանը X ուղղության գծային թարգմանչի համար: Կապարի ընկույզը դրեք կապարի պտուտակի վրա և ապա սահեցրեք կապարի պտուտակը տեղում: Օգտագործեք կցորդիչը `շարժիչը կապիչ պտուտակին միացնելու համար: Տեղադրեք սահող սարքերը ձողերի մեջ, այնուհետև ձողերը մղեք սահնակների ամրակների մեջ: Ի վերջո, ամրացրեք սահնակի ամրացման երկարացուցիչները M3 պտուտակներով:

Նրբատախտակի X1 և X2 սալերը սոսնձված են միասին `հիմքի վրա: Նույն ընթացակարգը կրկնվում է Y- ուղղության գծային թարգմանչի և ընտրանքի փուլի համար:

Քայլ 7: Սկան էլեկտրոնիկա

Յուրաքանչյուր քայլափող ունի չորս մալուխ, որոնք միացված են H-bridge մոդուլին: IR ճառագայթիչից և ընդունիչից չորս մալուխները միացված են ռեզիստորներին ՝ ըստ վերևի դիագրամի: Ստացողների ելքերը միացված են անալոգային մուտքին A0 և A1: Երկու H-bridge մոդուլները միացված են Arduino Nano- ի 4-11 կապին: Սեղմման կոճակը միացված է 2 փինին ՝ 1kOhm ռեզիստորով ՝ օգտվողի պարզ մուտքի համար:

Ի վերջո, dSLR- ի ձգան կոճակը միացված է հեռակառավարման կափարիչին, ինչպես դա արեցի իմ CT սկաների համար (տես քայլ 7): Կտրեք հեռակառավարման փականի մալուխը: Հաղորդալարերը պիտակավորված են հետևյալ կերպ.

Դեղին - կենտրոնացում

Կարմիր - փեղկ

Սպիտակ - գետնին

Կրակոցը կենտրոնացնելու համար դեղին մետաղալարը պետք է միացված լինի գետնին: Լուսանկարելու համար դեղին և կարմիր մետաղալարերը պետք է միացված լինեն գետնին: Ես միացրի մի դիոդ և կարմիր մալուխը 12-րդ կապակցին, այնուհետև ես միացրի մեկ այլ դիոդ, իսկ դեղին մալուխը ՝ ամրացման 13-ին: Կարգավորումը, ինչպես նկարագրված է DIY Hacks and How-Tos- ում, հրահանգելի է:

Քայլ 8: Gigapixel պատկերների ձեռքբերում

Կից ներկայացված է գիգապիքսելային մանրադիտակի ծածկագիրը: Ես օգտագործել եմ Stepper գրադարանը `H-bridge- ով շարժիչները վերահսկելու համար: Կոդի սկզբում դուք պետք է նշեք մանրադիտակի տեսադաշտը և պատկերների քանակը, որոնք ցանկանում եք ձեռք բերել յուրաքանչյուր ուղղությամբ:

Օրինակ, իմ պատրաստած մանրադիտակն ուներ մոտ 8.2 մմ x 5.5 մմ տեսադաշտ: Հետևաբար, ես շարժիչներին ուղղեցի 8 մմ x- ուղղությամբ և 5 մմ y- ուղղությամբ: Յուրաքանչյուր ուղղությամբ ձեռք է բերվում 11 պատկեր ՝ 121 պատկեր ընդհանուր գիգապիքսել պատկերով (այս մասին ավելի մանրամասն ՝ 11 -րդ քայլում): Այնուհետև ծածկագիրը հաշվարկում է այն քայլերի քանակը, որոնք անհրաժեշտ են կատարել շարժիչները `փուլը այս չափով թարգմանելու համար:

Ինչպե՞ս են փուլերը իմանում, թե որտեղ են դրանք շարժիչի համեմատ: Ինչպե՞ս են փուլերը թարգմանվում ՝ առանց որևէ ծայրին հարվածելու: Կարգավորման կոդի մեջ ես գրել եմ մի գործառույթ, որը շարժում է փուլը յուրաքանչյուր ուղղությամբ, մինչև այն չի խախտում IR ճառագայթիչի և IR ընդունիչի միջև ընկած ճանապարհը: Երբ IR ընդունիչի ազդանշանը իջնում է որոշ շեմից ցածր, շարժիչը դադարում է: Այնուհետև ծածկագիրը հետևում է բեմի դիրքին ՝ այս տնային դիրքի համեմատ: Կոդը գրված է այնպես, որ շարժիչը շատ չթարգմանվի, ինչը կհանգեցնի բեմի անցնել կապարի պտուտակի մյուս ծայրին:

Երբ բեմը ճշգրտվում է յուրաքանչյուր ուղղությամբ, փուլը թարգմանվում է կենտրոն: Եռոտանի օգնությամբ ես տեղադրեցի իմ dSLR մանրադիտակը բեմի վրա: Կարևոր է տեսախցիկի դաշտը հավասարեցնել ընտրանքային բեմի խաչաձեւ գծերին: Երբ բեմը հավասարեցվեց տեսախցիկին, ես նկարիչը նկարեցի ժապավենով, այնուհետև նմուշը դրեցի բեմի վրա: Կիզակետը ճշգրտվեց եռոտանի z- ուղղությամբ: Այնուհետև օգտվողը սեղմում է կոճակը ՝ ձեռքբերումը սկսելու համար: Բեմը թարգմանվում է ներքևի ձախ անկյունում, և տեսախցիկը գործարկվում է: Այնուհետև փուլը սկանավորում է նմուշը, մինչդեռ տեսախցիկը լուսանկարում է յուրաքանչյուր դիրքում:

Կցված է նաև շարժիչների և IR տվիչների անսարքությունների վերացման որոշ ծածկագիր:

Քայլ 9: Պատկերների կարում

Ձեռք բերված բոլոր պատկերներով դուք այժմ բախվում եք դրանք միասին կարելու մարտահրավերի հետ: Պատկերի կարումը կարգավորելու եղանակներից մեկը գրաֆիկական ծրագրում բոլոր պատկերները ձեռքով հավասարեցնելն է (ես օգտագործել եմ Autodesk's Graphic): Սա անպայման կաշխատի, բայց դա կարող է լինել ցավոտ գործընթաց, և պատկերների եզրերը նկատելի են գիգապիքսելային պատկերներում:

Մեկ այլ տարբերակ է `օգտագործել պատկերի մշակման տեխնիկան` պատկերներն ինքնաբերաբար իրար կպցնելու համար: Գաղափարն է ՝ նմանատիպ հատկանիշներ գտնել հարակից պատկերների համընկնող հատվածում, այնուհետև կիրառել թարգմանության կերպարանափոխություն պատկերի վրա, որպեսզի պատկերները հավասարեցվեն միմյանց: Ի վերջո, եզրերը կարող են միաձուլվել ՝ բազմապատկող հատվածը բազմապատկելով գծային քաշի գործոնով և դրանք միասին ավելացնելով: Սա կարող է գրել վախեցնող ալգորիթմ, եթե դուք նորեկ եք պատկերի մշակման մեջ: Որոշ ժամանակ աշխատեցի խնդրի վրա, բայց չկարողացա լիովին հուսալի արդյունք ստանալ: Ալգորիթմը ամենից շատ պայքարեց նմուշների հետ, որոնք ամբողջովին նմանատիպ հատկություններ ունեին, օրինակ ՝ ամսագրի պատկերի կետերը: Կցված է Matlab- ում գրածս կոդը, սակայն այն որոշակի աշխատանքի կարիք ունի:

Վերջին տարբերակն այն է, որ օգտագործեք gigapixel լուսանկարչական կարերի ծրագրեր: Ես առաջարկելու բան չունեմ, բայց գիտեմ, որ նրանք այնտեղ են:

Քայլ 10. Մանրադիտակի կատարում

Եթե այն բաց եք թողել, ահա արդյունքները. Ամսագրի պատկեր, կարի սփռոց և տարբեր էլեկտրոնիկա:

Համակարգի բնութագրերը թվարկված են վերը նշված աղյուսակում: Փորձեցի պատկերել և՛ 28 մմ, և՛ 50 մմ կիզակետային ոսպնյակներով: Ես գնահատեցի համակարգի հնարավոր լավագույն լուծումը `դիֆրակցիոն սահմանի հիման վրա (մոտ 6μm): Իրականում դժվար է փորձարկել սա առանց բարձր լուծման թիրախի: Ես փորձեցի տպել վեկտորային ֆայլ, որը թվարկված է այս մեծ ֆորմատի լուսանկարչական ֆորումում, բայց ես սահմանափակվեցի իմ տպիչի բանաձևով: Այս տպագրությամբ ամենալավը, որ կարող էի որոշել, այն էր, որ համակարգը լուծույթ ունի <40μm: Ես նաև փոքր, մեկուսացված հատկություններ էի փնտրում նմուշների վրա: Ամսագրից տպագրված ամենափոքր հատկանիշը թանաքի բիծն է, որը, իմ գնահատմամբ, նույնպես մոտ 40μm էր, ուստի ես չէի կարող օգտագործել այն բանաձևի ավելի լավ գնահատական ստանալու համար: Էլեկտրոնիկայի մեջ կային փոքր բաժանումներ, որոնք բավականին լավ մեկուսացված էին: Քանի որ ես գիտեի տեսադաշտը, ես կարող էի հաշվել փոքր երկբևեռությամբ պիքսելների քանակը ՝ բանաձևի գնահատման համար ՝ մոտ 10-15μm:

Ընդհանուր առմամբ, ես գոհ էի համակարգի աշխատանքից, բայց ես ունեմ մի քանի նշում, եթե ցանկանում եք փորձել այս նախագիծը:

Բեմի կայունությունը. Նախ `ձեռք բերեք բարձրորակ գծային բեմի բաղադրիչներ: Իմ օգտագործած բաղադրիչներն ավելի շատ խաղ ունեին, քան կարծում էի: Ես յուրաքանչյուր հավաքածուի համար օգտագործել եմ հավաքածուի սահնակներից միայն մեկը, ուստի գուցե դա էր պատճառը, որ բեմը իրեն այնքան էլ կայուն չէր զգում: Բեմն ինձ համար բավական լավ աշխատեց, բայց դա ավելի մեծ խնդիր կդառնար ավելի մեծ խոշորացման համակարգերի համար:

Ավելի բարձր լուծման օպտիկա. Նույն գաղափարը կարող է օգտագործվել ավելի մեծ խոշորացման մանրադիտակների համար: Այնուամենայնիվ, ավելի փոքր չափի շարժիչներ կպահանջվեն: Օրինակ, այս dSLR- ով 20X խոշորացումը կհանգեցնի 1 մմ տեսադաշտի (եթե մանրադիտակը կարող է այդքան մեծ համակարգ պատկերել առանց վինետինգի): Electronupdate- ը օգտագործել է CD նվագարկիչից ստեպեր շարժիչներ `գեղեցիկ կառուցվածքով` ավելի մեծ խոշորացման մանրադիտակի համար: Մեկ այլ փոխանակում կլինի դաշտի մակերեսային խորությունը, ինչը նշանակում է, որ պատկերումը կսահմանափակվի բարակ նմուշներով, և ձեզ անհրաժեշտ կլինի ավելի ճշգրիտ թարգմանության մեխանիզմ z- ուղղությամբ:

Եռոտանի կայունություն. Այս համակարգը ավելի լավ կաշխատի տեսախցիկի ավելի կայուն ամրացման դեպքում: Ոսպնյակների համակարգը ծանր է, և եռոտանը թեքված է 90 աստիճանից այն դիրքից, որի համար նախատեսված է: Ստիպված էի ամրացնել եռոտանի ոտքերը, որպեսզի օգնեմ կայունությանը: Փեղկը կարող է նաև բավականաչափ ցնցել տեսախցիկը ՝ պատկերները պղտորելու համար: