Arduino ilə masa üstü CT və 3D Skaner: 12 addım (şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:47

Müəllif tərəfindən daha çox: JbumsteadJon BumsteadFollow

Haqqında: İşıq, musiqi və elektronikada layihələr. Hamısını saytımda tapın: www.jbumstead.com jbumstead haqqında daha çox »

Kompüterli tomoqrafiya (BT) və ya hesablanmış eksenel tomoqrafiya (CAT) ən çox bədənin görüntülənməsi ilə əlaqələndirilir, çünki bu, klinisyenlərə heç bir əməliyyat etmədən xəstənin içindəki anatomik quruluşu görməyə imkan verir. İnsan bədəninin içərisində şəkil çəkmək üçün bir CT skaneri rentgen tələb edir, çünki radiasiya bədənə nüfuz edə bilməlidir. Əgər obyekt yarı şəffafdırsa, görünən işıqdan istifadə edərək tomoqrafiya aparmaq mümkündür! Texnika, optik tutarlılıq tomoqrafiyası olaraq bilinən daha məşhur optik görüntüləmə texnikasından fərqli olan optik CT adlanır.

Yarı şəffaf obyektlərin 3D taramalarını əldə etmək üçün Arduino Nano və Nikon dSLR istifadə edərək optik CT skaneri qurdum. Layihənin yarısında başa düşdüm ki, başqa bir 3D tarama texnikası olan fotogrammetriya, optik CT skaneri ilə eyni aparata ehtiyac duyur. Bu təlimatda, kompüter tomoqrafiyası və fotogrammetriya qabiliyyətinə malik qurduğum sistemin üzərində dayanacağam. Şəkillər əldə etdikdən sonra, 3D yenidən qurulmaları hesablamaq üçün PhotoScan və ya Matlabdan istifadə etmə addımlarım var.

3D tarama üzrə tam bir dərs üçün buradakı təlimatlar sinifinə baxa bilərsiniz.

Bu yaxınlarda Ben Krasnowun Arduino ilə bir rentgen tomoqrafiyası aparatı qurduğunu öyrəndim. Etkileyici!

Göndərdikdən sonra, Michalis Orfanakis, evində tikilmiş optik CT skanerini paylaşdı və bunun üçün 2017 -ci ildə Avropa Elmində 1 -ci mükafat qazandı! Onun quruluşu haqqında tam sənədlər üçün aşağıdakı şərhləri oxuyun.

Optik CT üçün mənbələr:

S J Doran və N Krstaji tərəfindən 3-D radiasiya dozimetrlərinin taranması üçün optik kompüter tomoqrafiyasının tarixi və prinsipləri

Hannah Mary Thomas T, Tələbə Üzvü, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran tərəfindən CCDcamera əsaslı Optik Kompüterli Tomoqrafiya Skaneri üçün üçölçülü görüntü yenidən qurulması

Nikola Krstajič və Simon J Doran tərəfindən 3D şüalanma gel dozimetriyası üçün paralel şüa CCD optik tomoqrafiya aparatının fokus optikası

Addım 1: Kompüterli Tomoqrafiya və Fotoqrammetriya Fonları

Kompüter tomoqrafiyası bir obyektin bir tərəfində radiasiya mənbəyi (məsələn, rentgen və ya işıq), digər tərəfində isə detektorlar tələb edir. Dedektora aparan radiasiya miqdarı, obyektin müəyyən bir yerdə nə qədər uducu olduğuna bağlıdır. Yalnız bu qurğu ilə əldə edilən tək bir görüntü, bir rentgen istehsal edir. Bir rentgen bir kölgə kimidir və bütün 3D məlumatları tək bir 2D görüntüyə yansıdır. Bir 3D tarama etmək üçün bir CT tarayıcı, obyekti və ya mənbə-detektor silsiləsini döndərərək bir çox cəhətdən X-ray taramaları əldə edir.

CT skaneri tərəfindən toplanan şəkillər sinogram adlanır və bədənin bir bucağı ilə bucağı arasındakı rentgen şüalarının udulmasını göstərir. Bu məlumatlardan istifadə edərək, obyektin bir kəsişməsini tərs Radon çevrilməsi adlanan riyazi bir əməliyyat istifadə edərək əldə etmək olar. Bu əməliyyatın necə işlədiyinə dair tam məlumat üçün bu videoya baxın.

Eyni prinsip, detektor rolunu oynayan bir kamera və mənbə rolunu oynayan LED massivi olan optik CT skaneri üçün də tətbiq olunur. Dizaynın vacib hissələrindən biri, obyektin içərisində hərəkət edərkən lens tərəfindən toplanan işıq şüalarının paralel olmasıdır. Başqa sözlə, lens telesantrik olmalıdır.

Fotoqrammetriya obyektin ön tərəfdən işıqlandırılmasını tələb edir. İşıq obyektdən əks olunur və kamera tərəfindən toplanır. Kosmosdakı bir obyektin səthinin 3D xəritəsini yaratmaq üçün birdən çox görünüşdən istifadə edilə bilər.

Fotoqrammetriya bir obyektin səthini profilləşdirməyə imkan verərkən, CT taraması obyektlərin daxili quruluşunu yenidən qurmağa imkan verir. Optik CT üçün ən böyük dezavantaj, yalnız görüntü üçün yarı şəffaf olan obyektlərdən (məsələn, meyvələr, kağız kağızı, saqqız ayıları və s.) Bundan əlavə, fotogrametriya üçün daha inkişaf etmiş bir proqram var, buna görə yenidən qurulmalar inanılmaz görünür.

Addım 2: Sistemə Baxış

Skanerlə görüntüləmək üçün 50 mm fokus uzunluğunda f/1.4 lensli Nikon D5000 istifadə etdim. Telesantrik görüntüləmə əldə etmək üçün boru genişləndiricisi olan 50 mm lensdən ayrılmış 180 mm akromatik dublet istifadə etdim. Sahənin dərinliyini artırmaq üçün lens f/11 və ya f/16 -a endirildi.

Kamera, kameranı Arduino Nano'ya bağlayan bir pərdə ilə idarə edildi. Kamera, taranacaq obyekti və elektronikanı saxlayan qara qutuya bağlanan bir PVC quruluşa quraşdırılmışdır.

Kompüter tomoqrafiyası üçün obyekt arxadan yüksək güclü LED dəsti ilə işıqlandırılır. Kamera tərəfindən toplanan işığın miqdarı cisim tərəfindən nə qədər udulacağına bağlıdır. 3D tarama üçün obyekt Arduino ilə idarə olunan ünvanlı bir LED dəsti istifadə edərək ön tərəfdən işıqlandırılır. Obyekt H-körpüsü (L9110) və Arduino ilə idarə olunan bir pilləli mühərriklə fırlanır.

Tarama parametrlərini tənzimləmək üçün skaneri Lcd ekranı, iki potensiometr və iki düymə ilə dizayn etdim. Potansiyometrlər, tarama zamanı çəkilən fotoşəkillərin sayını və ifşa müddətini idarə etmək üçün istifadə olunur və düymələr "giriş" və "sıfırlama" düymələri kimi fəaliyyət göstərir. Lcd ekranda tarama üçün seçimlər göstərilir və əldə etmə başladıqdan sonra taramanın cari vəziyyəti göstərilir.

Nümunəni CT və ya 3D tarama üçün yerləşdirdikdən sonra, skaner bütün şəkilləri əldə etmək üçün kameranı, LEDləri və Motoru avtomatik idarə edir. Şəkillər daha sonra Matlab və ya PhotoScan istifadə edərək obyektin 3D modelinin yenidən qurulması üçün istifadə olunur.

Addım 3: Təchizat siyahısı

Elektronika:

• Arduino Nano
• Step motor (3.5V, 1A)
• H körpüsü L9110
• 16x2 Lcd ekran
• 3X 10k potensiometrlər
• 2X düymələr
• 220 ohm müqavimət
• 1 kohm rezistor
• 12V 3A enerji təchizatı
• Buck çeviricisi
• Dişi cərəyan
• Güc barel fişi
• Mikro USB uzatma kabeli
• Güc açarı
• Potensiometr düymələri
• PCB dayanıqlılıqları
• Prototip lövhəsi
• Tel sarma teli
• Elektrik lenti

Kamera və işıqlandırma:

• Bir kamera, Nikon D5000 dSLR istifadə etdim
• Əsas lens (fokus uzunluğu = 50 mm)
• Boru genişləndiricisi
• Akromatik ikiqat (fokus uzunluğu = 180 mm)
• Kepenk pultu
• Ünvanlı LED şeridi
• Utilitech pro 1 lümenli LED portativ işıq
• İşıq yaymaq üçün kağız

Yüngül qutu:

• 2x26cmx26cm ¼ düym qalınlığında kontrplak
• 2x30cmx26cm ¼ düym qalınlığında kontrplak
• 1x30cmx25cm ½ düym qalınlığında kontrplak
• 2x ½ düym diametrli dübel çubuqları
• X düym diametrli 8x L formalı PVC birləşmələr
• X düym diametrli 8x T şəkilli PVC birləşmələr
• X düym diametrli 1x PVC başlıq
• 4 ayaq 1x2 şam
• İncə alüminium təbəqə
• Qara plakat lövhəsi
• Fındıq və boltlar
• Bahar

Alətlər:

• Lehimleme dəmir
• Güc qazma
• Tel sarma vasitəsi
• Dremel
• Yapboz
• Tel kəsicilər
• Qayçı
• Tape

Addım 4: Box Dizaynı və 3D Montajlar

Epilog Challenge 9 -da Böyük Mükafat