Darubini ya Gigapixel ya Desktop: Hatua 10 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:52

Katika darubini za macho, kuna biashara ya kimsingi kati ya uwanja wa maoni na azimio: maelezo mazuri zaidi, eneo ndogo linaonyeshwa na darubini. Njia moja ya kushinda kizuizi hiki ni kutafsiri sampuli na kupata picha juu ya uwanja mkubwa wa maoni. Wazo la msingi ni kushona pamoja picha nyingi za azimio kubwa kuunda FOV kubwa. Katika picha hizi, unaweza kuona sampuli kamili, na maelezo mazuri katika sehemu yoyote ya sampuli. Matokeo yake ni picha iliyo na saizi karibu bilioni, kubwa zaidi ikilinganishwa na picha zilizopigwa na dSLR au simu janja, ambayo kawaida ina saizi karibu milioni 10 hadi 50. Angalia mandhari hizi za gigapixel kwa onyesho la kushangaza la idadi kubwa ya habari kwenye picha hizi.

Katika hii inayoweza kufundishwa, nitaenda juu ya jinsi ya kujenga darubini inayoweza kufikiria uwanja wa maoni wa 90mm x 60mm na saizi zinazolingana na 2μm kwenye sampuli (ingawa, nadhani azimio hilo liko karibu na 15μm). Mfumo hutumia lensi za kamera, lakini dhana hiyo hiyo inaweza kutumika kwa kutumia malengo ya darubini kupata suluhisho bora zaidi.

Nilipakia picha za gigapixel nilizozipata na darubini kwenye EasyZoom:

Picha ya gazeti la National Geographic la 1970

Kitambaa cha meza cha Crochet ambacho mke wangu alifanya

Elektroniki anuwai

Rasilimali nyingine:

Mafunzo ya darubini ya macho:

Azimio la macho:

Mbali na kushona picha, maendeleo ya hivi majuzi katika picha ya hesabu hufanya microscopy ya gigapixel iwezekane bila hata kusogeza sampuli!

Hatua ya 1: Orodha ya Ugavi

Vifaa:

1. Nikon dSLR (nilitumia Nikon D5000 yangu)

2. Lens urefu wa urefu wa 28mm na uzi wa 52mm

3. Lens urefu wa urefu wa 80mm na uzi wa 58mm

4. 52mm hadi 58mm reverse coupler

5. Utatu

6. Karatasi saba za plywood nene ya 3mm

7. Arduino Nano

8. Daraja mbili H-L9110

9. Wachafu wawili wa IR

10. Vipokezi viwili vya IR

11. Bonyeza kitufe

12. Vipinzani viwili vya 2.2kOhm

13. Vipinzani viwili vya 150Ohm

14. Kinga moja ya 1kOhm

15. Kutolewa kwa mbali kwa kamera ya Nikon

16. Bodi nyeusi ya bango

17. Vifaa vya vifaa:

18. Motors mbili za stepper (Nilitumia Nema 17 Bipolar step motor 3.5V 1A)

19. screws mbili za risasi 2mm

20. Vitalu vinne vya mto

21. Karanga mbili za risasi

22. Vipande viwili vya kubeba visu na visanduku vyenye urefu wa 200mm:

Ugavi wa umeme wa 5V:

24. Waya wa kufunika waya

Zana:

1. Mkataji wa laser

2. Printa ya 3D

3. Allen wrenches

4. Wakata waya

5. Chombo cha kufunika waya

Hatua ya 2: Muhtasari wa Mfumo

Ili kutafsiri sampuli, motors mbili za stepper zikiwa zimepangwa katika mwelekeo wa orthogonal hoja hatua katika x na y mwelekeo. Magari hayo yanadhibitiwa kwa kutumia madaraja mawili ya H na Arduino. Sensorer ya IR iliyowekwa chini ya motor stepper hutumiwa kuweka hatua kwa hivyo isiingie mwisho wa vitalu. Darubini ya dijiti imewekwa juu ya hatua ya XY.

Sampuli ikiwekwa vizuri na hatua iko katikati, bonyeza kitufe ili kuanza upatikanaji. Motors husogeza jukwaa hadi kona ya chini kushoto na kamera inasababishwa. Motors kisha hutafsiri sampuli kwa hatua ndogo, wakati kamera inachukua picha katika kila nafasi.

Baada ya picha zote kuchukuliwa, picha hizo huunganishwa ili kuunda picha ya gigapixel.

Hatua ya 3: Mkutano wa darubini

Nilitengeneza darubini ya kukuza chini na dSLR (Nikon 5000), Nikon 28mm f / 2.8 lensi, na lenzi ya zoom ya Nikon 28-80mm. Lens ya kuvuta iliwekwa kwa urefu wa kuzingatia sawa na 80mm. Seti ya lensi mbili hufanya kama lensi ya bomba la darubini na lensi ya lengo. Ukuzaji wa jumla ni uwiano wa urefu wa urefu, karibu 3X. Lenti hizi kwa kweli hazijatengenezwa kwa usanidi huu, kwa hivyo ili kuifanya taa ieneze kama darubini, lazima uweke nafasi ya kusimama kati ya lensi mbili.

Kwanza, weka lensi ya urefu wa urefu zaidi kwa kamera. Kata duara kutoka kwenye bodi nyeusi ya bango ambayo ina kipenyo takribani saizi ya uso wa mbele wa lensi. Kisha kata mduara mdogo katikati (nilichagua karibu kipenyo cha 3mm). Ukubwa wa mduara utaamua kiwango cha nuru inayoingia kwenye mfumo, pia huitwa aperture ya nambari (NA). NA huamua azimio la baadaye la mfumo kwa hadubini iliyoundwa vizuri. Kwa nini usitumie NA ya juu kwa usanidi huu? Kweli, kuna sababu mbili kuu. Kwanza, kadri NA inavyoongezeka, upotofu wa macho wa mfumo unakuwa maarufu zaidi na utazuia utatuzi wa mfumo. Katika usanidi usio wa kawaida kama hii, hii itakuwa kesi, kwa hivyo kuongeza NA mwishowe haitasaidia kuboresha azimio. Pili, kina cha uwanja pia kinategemea NA. Juu ya NA, kina cha kina cha shamba. Hii inafanya kuwa ngumu kupata vitu ambavyo haviko gorofa kwa kuzingatia. Ikiwa NA inakuwa juu sana, basi utakuwa na mipaka kwa picha za darubini za picha, ambazo zina sampuli nyembamba.

Uwekaji wa nafasi ya kufungua kati ya lensi mbili hufanya mfumo kuwa wa telecentric. Hiyo inamaanisha ukuzaji wa mfumo haujitegemea umbali wa kitu. Hii inakuwa muhimu kwa kushona picha pamoja. Ikiwa kitu kina kina tofauti, basi maoni kutoka kwa nafasi mbili tofauti yatakuwa yamebadilisha mtazamo (kama maono ya mwanadamu). Kushona picha pamoja ambazo hazitokani na mfumo wa picha ya telecentric ni changamoto, haswa na ukuzaji wa hali ya juu vile.

Tumia kontena ya nyuma ya lensi ya 58mm hadi 52mm kushikamana na lensi za 28mm kwenye lensi za 80mm na nafasi iko katikati.

Hatua ya 4: XY Stage Design

Niliunda jukwaa kwa kutumia Fusion 360. Kwa kila mwelekeo wa skana, kuna sehemu nne ambazo zinahitaji kuchapishwa 3D: mlima wa mounter, viongezaji viwili vya vitengo vya slaidi, na mlima wa risasi. Msingi na majukwaa ya hatua ya XY ni laser iliyokatwa kutoka kwa plywood nene ya 3mm. Msingi hushikilia X-direction motor na slider, X-platform inashikilia Y-direction motor na slider, na Y-platform ina sampuli. Msingi una shuka 3 na majukwaa mawili yana karatasi 2. Faili za kukata laser na uchapishaji wa 3D hutolewa katika hatua hii. Baada ya kukata na kuchapisha sehemu hizi uko tayari kwa hatua zifuatazo.

Hatua ya 5: Mkutano wa Mlima wa Magari

Kutumia zana ya kufunika waya, funga waya kuzunguka viunzi vya watoaji wawili wa IR na wapokeaji wawili wa IR. Rangi nambari za waya ili ujue ni mwisho gani. Kisha kata vipando kwenye diode, kwa hivyo waya tu za kufunika waya hutoka wakati huo. Slide waya kupitia miongozo kwenye mlima wa magari na kisha kushinikiza diode mahali. Waya zinaelekezwa kwa hivyo hazionekani mpaka zitoke nyuma ya kitengo. Waya hizi zinaweza kuunganishwa na waya za magari. Sasa weka gari la stepper ukitumia bolts nne za M3. Rudia hatua hii kwa motor ya pili.

Hatua ya 6: Mkutano wa Hatua

Gundi pamoja kupunguzwa kwa Base 1 na Base 2, moja yao ikiwa na fursa za hexagonal za karanga za M3. Mara gundi ikakauka, nyundo karanga za M3 ziwe kwenye nafasi. Karanga hazitazunguka wakati wa kushinikizwa ndani ya ubao, kwa hivyo utaweza kupigwa kwenye bolts baadaye. Sasa gundi karatasi ya msingi ya tatu (Msingi 3) kufunika karanga.

Sasa ni wakati wa kukusanya mlima wa kuongoza. Futa filamenti yoyote ya ziada kutoka kwenye mlima na kisha kushinikiza karanga nne za M3 kwenye msimamo. Ni sawa, kwa hivyo hakikisha unafuta nafasi ya bolt na nati na dereva mdogo wa screw. Mara tu karanga zikiwa zimepangiliwa, sukuma nati ya risasi kwenye mlima na uiambatanishe na bolts 4 M3.

Ambatisha vizuizi vya mto, milima ya kitelezi, na mlima wa magari kwa mtafsiri wa mstari wa X-mwelekeo kwenye msingi. Weka mkusanyiko wa nati ya kuongoza kwenye screw ya kuongoza kisha uteleze parafujo ya risasi mahali pake. Tumia coupler kuunganisha motor kwenye screw ya kuongoza. Weka vitengo vya kutelezesha ndani ya viboko kisha ubonyeze fimbo kwenye milima ya kitelezi. Mwishowe, ambatisha viendelezi vya mlima wa kutelezesha na vifungo vya M3.

Karatasi za plywood za X1 na X2 zimeunganishwa pamoja kwa njia sawa na msingi. Utaratibu huo unarudiwa kwa mtafsiri wa mwelekeo wa Y-mwelekeo na hatua ya sampuli.

Hatua ya 7: Skana za Elektroniki

Kila motor stepper ina nyaya nne ambazo zimeunganishwa na moduli ya H-daraja. Kamba nne kutoka kwa mtoaji wa IR na mpokeaji zimeunganishwa na vipinga kulingana na mchoro hapo juu. Matokeo ya wapokeaji yameunganishwa na pembejeo ya Analog A0 na A1. Moduli mbili za daraja la H zimeunganishwa kubandika 4-11 kwenye Arduino Nano. Kitufe cha kushinikiza kimeunganishwa kushinikiza 2 na kipinzani cha 1kOhm kwa uingizaji rahisi wa mtumiaji.

Mwishowe kitufe cha kuchochea cha dSLR kimeunganishwa na shutter ya mbali, kama nilivyofanya kwa skana yangu ya CT (angalia hatua ya 7). Kata kebo ya shutter ya mbali. Waya zimeandikwa kama ifuatavyo:

Njano - kuzingatia

Nyekundu - shutter

Nyeupe - ardhi

Ili kuzingatia risasi, waya wa manjano lazima uunganishwe na ardhi. Ili kupiga picha, waya wa manjano na nyekundu lazima uunganishwe ardhini. Niliunganisha diode na kebo nyekundu kubandika 12, halafu nikaunganisha diode nyingine na kebo ya manjano kubandika 13. Usanidi ni kama ilivyoelezewa katika DIY Hacks na How-Tos inayoweza kufundishwa.

Hatua ya 8: Kupata Picha za Gigapixel

Imeambatanishwa na nambari ya hadubini ya gigapixel. Nilitumia maktaba ya Stepper kudhibiti motors na daraja la H. Mwanzoni mwa nambari, lazima ueleze uwanja wa mtazamo wa darubini na idadi ya picha unayotaka kupata katika kila mwelekeo.

Kwa mfano, darubini niliyoifanya ilikuwa na uwanja wa mtazamo wa karibu 8.2mm x 5.5mm. Kwa hivyo, nilielekeza motors kuhamisha 8mm kwa mwelekeo wa x na 5mm kwa mwelekeo wa y. Picha 11 zinapatikana katika kila mwelekeo, jumla ya picha 121 kwa picha kamili ya gigapixel (maelezo zaidi juu ya hii katika hatua ya 11). Msimbo kisha huhesabu idadi ya hatua ambazo motors zinahitaji kufanya kutafsiri hatua kwa kiasi hiki.

Je! Hatua zinajuaje kuwa zinahusiana na motor? Je! Hatua hizo zinatafsiriwa bila kupiga mwisho wowote? Katika nambari ya usanidi, niliandika kazi ambayo inasonga hatua kwa kila mwelekeo hadi itakapovunja njia kati ya mtoaji wa IR na mpokeaji wa IR. Wakati ishara kwenye mpokeaji wa IR inashuka chini ya kizingiti fulani, motor huacha. Nambari hiyo hufuata msimamo wa hatua inayohusiana na nafasi hii ya nyumbani. Nambari imeandikwa kwa hivyo motor haitafsiri mbali sana ambayo ingefanya hatua iingie mwisho mwingine wa screw ya kuongoza.

Mara tu hatua inaposawaliwa katika kila mwelekeo, hatua hiyo hutafsiriwa katikati. Kutumia kitatu, niliweka darubini yangu ya dSLR juu ya hatua. Ni muhimu kupatanisha uwanja wa kamera na mistari iliyovuka kwenye hatua ya sampuli. Mara tu hatua hiyo ikiwa imesawazishwa na kamera, nilibadilisha jukwaa na mkanda wa mchoraji kisha nikaweka sampuli kwenye jukwaa. Lengo lilibadilishwa na mwelekeo wa z-tripod z. Mtumiaji kisha bonyeza kitufe cha kusukuma ili kuanza kupata. Jukwaa linatafsiriwa kwa kona ya chini kushoto na kamera inasababishwa. Jukwaa kisha raster hutafuta sampuli, wakati kamera inapiga picha katika kila nafasi.

Pia inaambatanishwa na nambari kadhaa ya utatuzi wa motors na sensorer za IR.

Hatua ya 9: Kushona Picha

Na picha zote zilizopatikana, sasa unakabiliwa na changamoto ya kuzishona zote pamoja. Njia moja ya kushughulikia kushona picha ni kwa kupanga picha zote kwa mpango wa picha (nilitumia Picha ya Autodesk). Kwa kweli hii itafanya kazi, lakini inaweza kuwa mchakato chungu na kingo za picha zinaonekana kwenye picha za gigapixel.

Chaguo jingine ni kutumia mbinu za usindikaji picha kushona picha pamoja kiatomati. Wazo ni kupata huduma kama hizo katika sehemu inayoingiliana ya picha zilizo karibu na kisha utumie mabadiliko ya kutafsiri kwenye picha ili picha zifanane. Mwishowe, kingo zinaweza kuchanganywa pamoja kwa kuzidisha sehemu inayoingiliana na sababu ya uzani na kuiongeza pamoja. Hii inaweza kuwa algorithm ya kutisha kuandika ikiwa wewe ni mpya kwenye usindikaji wa picha. Nilifanya kazi kwa muda juu ya shida, lakini sikuweza kupata matokeo ya kuaminika kabisa. Algorithm ilijitahidi sana na sampuli ambazo zilikuwa na vitu sawa sawa kote, kama vile nukta kwenye picha ya jarida. Imeambatanishwa na nambari niliyoandika huko Matlab, lakini inahitaji kazi.

Chaguo la mwisho ni kutumia programu za kushona picha za gigapixel. Sina la kupendekeza, lakini najua wako nje.

Hatua ya 10: Utendaji wa darubini

Ikiwa umeikosa, hapa kuna matokeo: picha ya jarida, kitambaa cha meza, na vifaa vya elektroniki anuwai.

Vipimo vya mfumo vimeorodheshwa kwenye jedwali hapo juu. Nilijaribu kupiga picha na lensi za urefu wa urefu wa 28mm na 50mm. Nilikadiria azimio bora la mfumo kulingana na kikomo cha utenganishaji (karibu 6μm). Kwa kweli ni ngumu kujaribu jaribio hili bila shabaha ya azimio kubwa. Nilijaribu kuchapisha faili ya vector iliyoorodheshwa kwenye jukwaa hili kubwa la upigaji picha, lakini nilizuiliwa na azimio langu la printa. Bora ninayoweza kuamua na kuchapisha hii ni kwamba mfumo ulikuwa na azimio <40μm. Nilitafuta pia vitu vidogo vilivyotengwa kwenye sampuli. Kipengele kidogo kabisa katika uchapishaji kutoka kwa jarida ni wino, ambayo nilikadiria pia kuwa karibu 40μm, kwa hivyo sikuweza kuitumia kupata makadirio bora ya azimio. Kulikuwa na sehemu ndogo kwenye umeme ambazo zilikuwa zimetengwa vizuri. Kwa sababu nilijua uwanja wa maoni, ningeweza kuhesabu idadi ya saizi zinazochukua divot ndogo kupata makadirio ya azimio, karibu 10-15μm.

Kwa ujumla, nilifurahiya utendaji wa mfumo, lakini nina maelezo machache ikiwa unataka kujaribu mradi huu.

Utulivu wa hatua: Kwanza, pata vifaa vya hali ya juu vya hali ya juu. Vipengele nilivyotumia vilikuwa na uchezaji zaidi ya vile nilifikiri wangefanya. Nilitumia moja tu ya milima ya kutelezesha kwenye kit kwa kila fimbo, kwa hivyo labda ndio sababu jukwaa halikuhisi utulivu sana. Jukwaa lilifanya kazi vizuri kwangu, lakini hii itakuwa suala zaidi kwa mifumo ya ukuzaji wa hali ya juu.

Optics kwa azimio la juu: Wazo hilo hilo linaweza kutumika kwa hadubini za ukuzaji wa hali ya juu. Walakini, motors ndogo zilizo na saizi nzuri ya hatua zitahitajika. Kwa mfano, ukuzaji wa 20X na dSLR hii itasababisha uwanja wa maoni wa 1mm (ikiwa darubini inaweza kuonyesha mfumo mkubwa bila vignetting). Electronupdate ilitumia motors za stepper kutoka kwa kicheza CD katika muundo mzuri wa darubini ya ukuzaji wa juu. Tradeoff nyingine itakuwa kina kirefu cha uwanja, ambayo inamaanisha upigaji picha utapunguzwa kwa sampuli nyembamba na utahitaji utaratibu mzuri wa kutafsiri katika mwelekeo wa z.

Utulivu wa safari ya miguu mitatu: Mfumo huu utafanya kazi vizuri na kamera thabiti zaidi ya kamera. Mfumo wa lensi ni mzito na utatu umeinama 90deg kutoka kwa nafasi ambayo imeundwa. Ilinibidi kuweka mkanda chini ya miguu ya safari ili kusaidia utulivu. Shutter pia inaweza kutikisa kamera ya kutosha kuficha picha.