Սեղանի համակարգչային համակարգիչ և 3D սկաներ Arduino- ով. 12 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:49

Հետևեք հեղինակի ավելին ՝ jbumsteadJon Bumstead

Aboutրագրեր լույսի, երաժշտության և էլեկտրոնիկայի ոլորտներում: Գտեք դրանք բոլորը իմ կայքում ՝ www.jbumstead.com Ավելին jbumstead- ի մասին »

Համակարգչային տոմոգրաֆիան (CT) կամ համակարգչային առանցքային տոմոգրաֆիան (CAT) առավել հաճախ կապված են մարմնի պատկերման հետ, քանի որ այն հնարավորություն է տալիս բժիշկներին տեսնել հիվանդի ներսում անատոմիական կառուցվածքը ՝ առանց որևէ վիրահատության: Մարդու մարմնի ներսում պատկերելու համար տոմոգրաֆիայի սկանավորումը պահանջում է ռենտգենյան ճառագայթներ, քանի որ ճառագայթումը պետք է կարողանա ներթափանցել մարմնի միջով: Եթե օբյեկտը կիսաթափանցիկ է, իրականում հնարավոր է տեսանկարահանում իրականացնել տեսածրագրի միջոցով: Տեխնիկան կոչվում է օպտիկական CT, որը տարբերվում է առավել հայտնի օպտիկական պատկերման տեխնիկայից, որը հայտնի է որպես օպտիկական համահունչ տոմոգրաֆիա:

Կիսաթափանցիկ օբյեկտների 3D սքանավորում ձեռք բերելու համար ես ստեղծեցի օպտիկական CT սկաներ `օգտագործելով Arduino Nano և Nikon dSLR սարքերը: Նախագծի կեսից ես հասկացա, որ ֆոտոգրամետրիան, մեկ այլ 3D սկանավորման տեխնիկա, պահանջում է նույն սարքավորումից, ինչ օպտիկական CT սկաները: Այս ուսանելի հոդվածում ես կանցնեմ իմ կառուցած համակարգի վրա, որն ունակ է CT սկանավորման և ֆոտոգրամետրիայի: Պատկերներ ձեռք բերելուց հետո ես քայլեր եմ ձեռնարկում ՝ օգտագործելով PhotoScan կամ Matlab եռաչափ վերակառուցումները հաշվարկելու համար:

Եռաչափ սկանավորման ամբողջական դասի համար կարող եք ստուգել այստեղ տրվող ուսուցման դասը:

Վերջերս իմացա, որ Բեն Կրասնովն արդեն ստեղծել է ռենտգենյան ճառագայթային ապարատ Arduino- ով: Տպավորիչ!

Տեղադրվելուց հետո Միխալիս Օրֆանակիսը կիսվեց իր տնային օպտիկական համակարգչային տոմոգրաֆիայի սկանավորմամբ, որի համար նա արժանացավ 1 -ին մրցանակին Science on Stage Europe 2017 -ում: Կարդացեք ստորև բերված մեկնաբանությունները ՝ նրա կառուցվածքի վերաբերյալ ամբողջական փաստաթղթերի համար:

Օպտիկական CT- ի ռեսուրսներ.

S J Doran և N Krstaji եռաչափ ճառագայթման դոզիմետրերի սկանավորման օպտիկական համակարգչային տոմոգրաֆիայի պատմությունը և սկզբունքները

Եռաչափ պատկերի վերակառուցում CCD տեսախցիկի վրա հիմնված Օպտիկական համակարգչային տոմոգրաֆիայի սկաների համար ՝ Հաննա Մերի Թոմաս Թ., Ուսանող անդամ, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Radiationուգահեռ ճառագայթման CCD օպտիկական տոմոգրաֆիայի ապարատի օպտիկայի կենտրոնացում 3D ճառագայթման գել դոզիմետրիայի համար ՝ Նիկոլա Կրստաջիչի և Սիմոն J Դորանի կողմից

Քայլ 1. Համակարգչային տոմոգրաֆիա և ֆոտոգրամետրիա

CT սկանավորման համար անհրաժեշտ է ճառագայթման աղբյուր (օրինակ ՝ ռենտգեն կամ լույս) օբյեկտի մի կողմում, իսկ մյուս կողմից ՝ դետեկտորներ: Radiationառագայթման քանակը, որը հասնում է դետեկտորին, կախված է այն բանից, թե որքան կլանող է օբյեկտը որոշակի վայրում: Միայն այս կարգավորմամբ ձեռք բերված մեկ պատկերը այն է, ինչ արտադրում է ռենտգեն: Ռենտգենյան ճառագայթը նման է ստվերի և ունի բոլոր եռաչափ տեղեկատվությունը նախագծված մեկ երկիմաստ պատկերի մեջ: Եռաչափ վերակառուցումներ կատարելու համար ՀՏ սկաները ձեռք է բերում ռենտգեն հետազոտություն բազմաթիվ անկյուններից ՝ օբյեկտը կամ աղբյուրը հայտնաբերող զանգվածը պտտելով:

ՀՏ սկաների կողմից հավաքված պատկերները կոչվում են սինոգրամներ, և դրանք ցուցադրում են ռենտգենյան ճառագայթների կլանումը մարմնի մեկ հատվածի և անկյունի միջոցով: Օգտագործելով այս տվյալները, օբյեկտի խաչմերուկը կարելի է ձեռք բերել ՝ օգտագործելով մաթեմատիկական գործողություն, որը կոչվում է ռադոնի հակադարձ փոխակերպում: Այս գործողության վերաբերյալ ամբողջական մանրամասների համար տես այս տեսանյութը:

Նույն սկզբունքը կիրառվում է օպտիկական ՀՏ սկաների դեպքում, երբ դետեկտորը գործում է տեսախցիկ, իսկ աղբյուրը `LED զանգվածը: Դիզայնի կարևոր մասերից մեկն այն է, որ ոսպնյակի կողմից հավաքված լուսային ճառագայթները զուգահեռ են օբյեկտի միջով ճանապարհորդելիս: Այլ կերպ ասած, ոսպնյակը պետք է լինի հեռակենտրոն:

Ֆոտոգրամետրիայի համար օբյեկտը պետք է լուսավորված լինի առջևից: Լույսն արտացոլվում է առարկայից և հավաքվում է տեսախցիկի կողմից: Բազմաթիվ տեսարաններ կարող են օգտագործվել տարածության մեջ օբյեկտի մակերևույթի 3D քարտեզագրման համար:

Մինչ ֆոտոգրամետրիան հնարավորություն է տալիս օբյեկտի մակերեսային պրոֆիլավորմանը, CT սկանավորումը հնարավորություն է տալիս վերակառուցել օբյեկտների ներքին կառուցվածքը: Օպտիկական CT- ի հիմնական թերությունն այն է, որ դուք կարող եք օգտագործել միայն պատկերների համար կիսաթափանցիկ առարկաներ (օրինակ ՝ մրգեր, հյուսվածք թուղթ, գոմի արջեր և այլն), մինչդեռ ֆոտոգրամետրիան կարող է աշխատել շատ օբյեկտների համար: Ավելին, ֆոտոգրամետրիայի համար կան շատ ավելի առաջադեմ ծրագրեր, այնպես որ վերակառուցումները անհավանական տեսք ունեն:

Քայլ 2: Համակարգի ակնարկ

Սկաներով պատկերելու համար ես օգտագործել եմ Nikon D5000 ՝ 50 մմ կիզակետային f/1.4 ոսպնյակով: Հեռուստակենտրոն պատկերման հասնելու համար ես օգտագործեցի 180 մմ ակրոմատիկ երկտող, որը 50 մմ ոսպնյակից առանձնացված էր խողովակի երկարացուցիչով: Ոսպնյակը կանգնեցվեց մինչև f/11 կամ f/16 ՝ դաշտի խորությունը մեծացնելու համար:

Տեսախցիկը կառավարվում էր խցիկի հեռակառավարման վահանակի միջոցով, որը խցիկը միացնում է Արդուինո Նանոյին: Տեսախցիկը տեղադրված է PVC կառուցվածքի վրա, որը միանում է սև արկղին, որը պահում է սկանավորման առարկան և էլեկտրոնիկան:

CT սկանավորման համար օբյեկտը հետևից լուսավորվում է բարձր հզորության LED զանգվածով: Տեսախցիկի հավաքած լույսի քանակը կախված է այն բանից, թե որքան է կլանվում օբյեկտի կողմից: 3D սկանավորման համար օբյեկտը լուսավորվում է առջևից ՝ օգտագործելով հասցեավորվող LED զանգված, որը կառավարվում է Arduino- ով: Օբյեկտը պտտվում է stepper շարժիչի միջոցով, որը կառավարվում է H-bridge (L9110) և Arduino- ի միջոցով:

Սկանավորման պարամետրերը կարգավորելու համար ես նախագծեցի սկաները Lcd էկրանով, երկու պոտենցիոմետրով և երկու կոճակով: Պոտենցիոմետրերն օգտագործվում են սկանավորման ընթացքում լուսանկարների քանակը և լուսավորման ժամանակը վերահսկելու համար, իսկ սեղմման կոճակները գործում են որպես «մուտքագրման» և «վերակայման» կոճակ: Lcd էկրանը ցուցադրում է սկանավորման տարբերակները, այնուհետև սկանավորման ընթացիկ կարգավիճակը ձեռքբերումը սկսելուց հետո:

Նմուշը CT կամ 3D սկանավորման համար տեղադրելուց հետո սկաները ինքնաբերաբար վերահսկում է տեսախցիկը, LED- ները և շարժիչը `բոլոր պատկերները ստանալու համար: Պատկերներն այնուհետև օգտագործվում են օբյեկտի 3D մոդելի վերակառուցման համար `օգտագործելով Matlab կամ PhotoScan:

Քայլ 3: Մատակարարման ցուցակ

Էլեկտրոնիկա:

• Արդուինո Նանո
• Կտրուկ շարժիչ (3.5V, 1A)
• H- կամուրջ L9110
• 16x2 LCD էկրան
• 3X 10k պոտենցիոմետրեր
• 2X կոճակ
• 220 ohm դիմադրություն
• 1 կճմ ռեզիստոր
• 12V 3A էլեկտրամատակարարում
• Buck փոխարկիչ
• Power jack կին
• Էլեկտրական տակառի խրոց
• Միկրո USB երկարացման մալուխ
• Էլեկտրաէներգիայի անջատիչ
• Պոտենցիոմետրի բռնակներ
• PCB- ի խափանումները
• Նախատիպի տախտակ
• Մետաղական փաթաթման մետաղալար
• Էլեկտրական ժապավեն

Տեսախցիկ և լուսավորություն.

• Տեսախցիկ, ես օգտագործեցի Nikon D5000 dSLR
• Հիմնական ոսպնյակ (կիզակետային հեռավորություն = 50 մմ)
• Խողովակների ընդլայնիչ
• Ախրոմատիկ կրկնապատկում (կիզակետային հեռավորություն = 180 մմ)
• Փեղկի հեռակառավարիչ
• Հասցեավորվող LED ժապավեն
• Utilitech pro 1-lumen LED շարժական լույս
• Թուղթ `լույսը ցրելու համար

Լուսատուփ:

• 2x 26cmx26cm ¼ մատնաչափ հաստ նրբատախտակ
• 2x 30cmx26cm ¼ մատնաչափ հաստ նրբատախտակ
• 1x 30cmx25cm ½ մատնաչափ հաստ նրբատախտակ
• 2x ½ դյույմ տրամագծով պտուտակաձողեր
• 8x L- ձևավորված PVC հոդեր ½ դյույմ տրամագիծ
• 8x T- ձևավորված PVC հոդեր ½ դյույմ տրամագիծ
• 1x PVC թիկնոց ½ դյույմ տրամագիծ
• 4 ոտք 1x2 սոճին
• Ալյումինե բարակ թիթեղ
• Սև պաստառների տախտակ
• Ընկույզ և պտուտակներ
• Գարուն

Գործիքներ:

• Oldոդման երկաթ
• Էլեկտրական փորվածք
• Մետաղական փաթաթման գործիք
• Դրեմել
• Ոլորահատ սղոց
• Մետաղալար կտրիչներ
• Մկրատ
• Կասետային

Քայլ 4: Տուփի ձևավորում և 3D ամրացումներ

Գլխավոր մրցանակ Epilog Challenge 9 -ում