CT e desktopit dhe skaneri 3D me Arduino: 12 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:24

Nga jbumsteadJon Bumstead Ndiqni më shumë nga autori:

Rreth: Projekte në dritë, muzikë dhe elektronikë. Gjeni të gjitha në faqen time: www.jbumstead.com Më shumë Rreth jbumstead »

Tomografia e kompjuterizuar (CT) ose tomografia aksiale e llogaritur (CAT) është më së shpeshti e lidhur me imazhin e trupit sepse u mundëson klinicistëve të shohin strukturën anatomike brenda pacientit pa pasur nevojë të bëjnë ndonjë operacion. Për të imazhuar brenda trupit të njeriut, një skaner CT kërkon rreze X sepse rrezatimi duhet të jetë në gjendje të depërtojë nëpër trup. Nëse objekti është gjysmë transparent, në të vërtetë është e mundur të kryhet skanim CT duke përdorur dritën e dukshme! Teknika quhet CT optike, e cila është e ndryshme nga teknika më e popullarizuar e imazhit optik e njohur si tomografi e koherencës optike.

Për të marrë skanime 3D të objekteve gjysmë transparente, unë ndërtova një skaner CT optik duke përdorur një Arduino Nano dhe Nikon dSLR. Në gjysmë të projektit, kuptova se fotogrametria, një teknikë tjetër e skanimit 3D, kërkon shumë të njëjtën pajisje si një skaner optik CT. Në këtë udhëzues, unë do të kaloj mbi sistemin që kam ndërtuar që është i aftë për skanim CT dhe fotogrametri. Pas marrjes së imazheve, kam hapa për të përdorur PhotoScan ose Matlab për llogaritjen e rindërtimeve 3D.

Për një klasë të plotë të skanimit 3D, mund të shikoni klasën udhëzuese këtu.

Kohët e fundit mësova se Ben Krasnow ndërtoi një makinë CT me rreze x me një Arduino. Mbresëlënëse!

Pas postimit, Michalis Orfanakis ndau skanerin e tij optik të ndërtuar në shtëpi, për të cilin fitoi çmimin e parë në Science on Stage Europe 2017! Lexoni komentet më poshtë për dokumentacionin e plotë mbi ndërtimin e tij.

Burimet në CT optike:

Historia dhe parimet e tomografisë kompjuterike optike për skanimin e dozimetrave të rrezatimit 3-D nga S J Doran dhe N Krstaji

Rindërtimi i imazhit tre-dimensional për Skanerin e Tomografisë së Kompjuterizuar Optike të bazuar në Kamera nga Hannah Mary Thomas T, Anëtare Studentore, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Fokusimi i optikës së aparatit të tomografisë optike me rreze paralele CCD për dozimetrinë e xhelit të rrezatimit 3D nga Nikola Krstaji´c dhe Simon J Doran

Hapi 1: Sfondi i Tomografisë së Kompjuterizuar dhe Fotogrametrisë

Skanimi CT kërkon një burim rrezatimi (p.sh. rreze X ose dritë) në njërën anë të një objekti dhe detektorë në anën tjetër. Sasia e rrezatimit që e bën atë në detektor varet nga sa absorbues është objekti në një vend të caktuar. Një imazh i vetëm i marrë vetëm me këtë konfigurim është ai që prodhon një rreze X. Një rreze X është si një hije dhe ka të gjithë informacionin 3D të projektuar në një imazh të vetëm 2D. Për të bërë rindërtime 3D, një skaner CT merr skanime me rreze X në shumë kënde duke rrotulluar objektin ose grupin e detektorit të burimit.

Imazhet e mbledhura nga një skaner CT quhen sinograma dhe ato shfaqin thithjen e rrezeve X përmes një pjese të trupit kundrejt këndit. Duke përdorur këto të dhëna, një seksion kryq i objektit mund të merret duke përdorur një operacion matematikor të quajtur transformimi i kundërt i Radonit. Për detaje të plota se si funksionon ky operacion, shikoni këtë video.

I njëjti parim zbatohet për skanerin CT optik me një aparat fotografik që vepron si detektor dhe grupin LED që vepron si burim. Një nga pjesët e rëndësishme të dizajnit është se rrezet e dritës që mblidhen nga lentet janë paralele kur udhëtojnë nëpër objekt. Me fjalë të tjera, lentet duhet të jenë telecentrike.

Fotogrametria kërkon që objekti të ndriçohet nga përpara. Drita reflektohet nga objekti dhe mblidhet nga kamera. Pamje të shumta mund të përdoren për të krijuar një hartë 3D të sipërfaqes së një objekti në hapësirë.

Ndërsa fotogrametria mundëson profilizimin sipërfaqësor të një objekti, skanimi CT mundëson rindërtimin e strukturës së brendshme të objekteve. Disavantazhi kryesor për CT optike është se ju mund të përdorni vetëm objekte që janë gjysmë transparente për imazhin (p.sh. fruta, letër të trashë, arinj gomie, etj.), Ndërsa fotogrametria mund të funksionojë për shumicën e objekteve. Për më tepër, ka softuer shumë më të avancuar për fotogrametrinë, kështu që rindërtimet duken të pabesueshme.

Hapi 2: Vështrim i përgjithshëm i sistemit

Kam përdorur një Nikon D5000 me një lente me gjatësi fokale 50 mm f/1.4 për imazhe me skanerin. Për të arritur imazhe telecentrike, kam përdorur një dyshe akromatike 180 mm të ndarë nga lentet 50 mm me një zgjatues tubi. Lentja u ndal në f/11 ose f/16 për të rritur thellësinë e fushës.

Kamera kontrollohej duke përdorur një telekomandë qepëse që lidh kamerën me një Arduino Nano. Kamera është montuar në një strukturë PVC që lidhet me një kuti të zezë që mban objektin që do të skanohet dhe pajisje elektronike.

Për skanimin CT, objekti ndriçohet nga pjesa e pasme me një grup LED me fuqi të lartë. Sasia e dritës së mbledhur nga kamera varet nga sa absorbohet nga objekti. Për skanimin 3D, objekti ndriçohet nga përpara duke përdorur një grup LED të adresueshëm që kontrollohet me Arduino. Objekti rrotullohet duke përdorur një motor stepper, i cili kontrollohet duke përdorur një urë H (L9110) dhe Arduino.

Për të rregulluar parametrat e skanimit, unë projektova skanerin me një ekran LCD, dy potenciometra dhe dy butona shtytës. Potenciometrat përdoren për të kontrolluar numrin e fotografive në skanim dhe kohën e ekspozimit, dhe butonat e shtypjes funksionojnë si një buton "enter" dhe një buton "reset". Ekrani LCD shfaq opsionet për skanimin dhe më pas statusin aktual të skanimit sapo të fillojë blerja.

Pas pozicionimit të mostrës për një skanim CT ose 3D, skaneri kontrollon automatikisht kamerën, LED -të dhe motorin për të marrë të gjitha imazhet. Imazhet më pas përdoren për rindërtimin e një modeli 3D të objektit duke përdorur Matlab ose PhotoScan.

Hapi 3: Lista e Furnizimit

Elektronikë:

• Arduino Nano
• Motor stepper (3.5V, 1A)
• H-urë L9110
• Ekran LCD 16x2
• Potenciometra 3X 10k
• 2X butona shtytës
• Rezistencë 220ohm
• Rezistencë 1kohm
• Furnizimi me energji 12V 3A
• Konvertuesi i dollarit
• Fuqia e gjinisë femërore
• Spina e fuçisë së energjisë
• Kabllo zgjerimi mikro USB
• Ndërprerës i energjisë
• Çelësat e potenciometrit
• Ngecjet e PCB
• Prototip bordi
• Teli i mbështjelljes me tela
• Shirit elektrik

Kamera dhe ndriçimi:

• Një aparat fotografik, kam përdorur një Nikon D5000 dSLR
• Lente kryesore (gjatësia fokale = 50 mm)
• Zgjatës tubash
• Doublet akromatik (gjatësia fokale = 180mm)
• Telekomandë qepen
• Shirit LED i adresueshëm
• Dritë portative Utilitech pro 1-lumen LED
• Letër për shpërndarjen e dritës

Kuti e lehtë:

• Kompensatë 2x 26cmx26cm ¼ inç e trashë
• Kompensatë e trashë 2x 30cmx26cm ¼ inç
• Kompensatë e trashë 1x 30cmx25cm ½ inç
• Shufra kunjësh me diametër 2x ½ inç
• 8x nyje PVC në formë L me diametër ½ inç
• 8x nyje PVC në formë T me diametër ½ inç
• 1x kep PVC me diametër inç
• 4 këmbë 1x2 pishë
• Fletë alumini e hollë
• Pllakë posteri e zezë
• Arra dhe bulona
• Pranverë

Mjetet:

• Makine per ngjitjen e metalit
• Stërvitje me energji elektrike
• Mjet i mbështjelljes së telit
• Dremel
• Jigsaw
• Preres telash
• Gërshërë
• Kasetë

Hapi 4: Dizajni i Kutisë dhe Montimet 3D

Çmimi i Madh në Sfidën Epilog 9