Desktop CT en 3D -skandeerder met Arduino: 12 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Deur jbumsteadJon BumsteadVolg meer deur die skrywer:

Oor: Projekte in lig, musiek en elektronika. Vind hulle almal op my webwerf: www.jbumstead.com Meer oor jbumstead »

Rekenaartomografie (CT) of rekenaarmatige aksiale tomografie (CAT) word meestal geassosieer met die beelding van die liggaam omdat dit dokters in staat stel om die anatomiese struktuur binne die pasiënt te sien sonder om 'n operasie te hoef te doen. Vir 'n beeld in die menslike liggaam benodig 'n CT-skandeerder X-strale omdat die straling deur die liggaam moet kan dring. As die voorwerp halfdeursigtig is, is dit eintlik moontlik om CT-skandering met behulp van sigbare lig uit te voer! Die tegniek word optiese CT genoem, wat anders is as die meer gewilde optiese beeldingstegniek wat bekend staan as optiese koherentietomografie.

Om 3D-skanderings van halfdeursigtige voorwerpe te verkry, het ek 'n optiese CT-skandeerder met 'n Arduino Nano en Nikon dSLR gebou. Halfpad deur die projek het ek besef dat fotogrammetrie, nog 'n 3D -skanderingstegniek, baie van dieselfde hardeware benodig as 'n optiese CT -skandeerder. In hierdie instruksies gaan ek oor die stelsel wat ek gebou het, wat in staat is om CT -skandering en fotogrammetrie te gebruik. Nadat ek beelde gekry het, het ek stappe gedoen om PhotoScan of Matlab te gebruik vir die berekening van 3D -rekonstruksies.

Vir 'n volledige klas oor 3D -skandering, kan u hier die instruksiesklas besoek.

Ek het onlangs uitgevind dat Ben Krasnow 'n röntgen-CT-masjien met 'n Arduino gebou het. Indrukwekkend!

Na die plasing het Michalis Orfanakis sy tuisgeboude optiese CT -skandeerder gedeel, waarvoor hy die eerste prys in Science on Stage Europe 2017 gewen het! Lees die kommentaar hieronder vir volledige dokumentasie oor sy konstruksie.

Hulpbronne oor optiese CT:

Die geskiedenis en beginsels van optiese rekenaartomografie vir die skandering van 3D-stralingsdosimeters deur SJ Doran en N Krstaji

Driedimensionele beeldrekonstruksie vir CCD-kamera gebaseerde optiese computertomografie skandeerder deur Hannah Mary Thomas T, studentelid, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Fokusoptika van 'n parallelle balk CCD optiese tomografie -apparaat vir 3D -bestralingsgel dosimetrie deur Nikola Krstaji'c en Simon J Doran

Stap 1: Computertomografie en fotogrammetrie -agtergrond

CT-skandering vereis 'n bron van bestraling (bv. X-strale of lig) aan die een kant van 'n voorwerp en detektore aan die ander kant. Die hoeveelheid straling wat na die detektor kom, hang af van hoe absorberend die voorwerp op 'n spesifieke plek is. 'N Enkele beeld wat slegs met hierdie opstelling verkry is, is 'n röntgenstraal. 'N X-straal is soos 'n skaduwee en al die 3D-inligting word in 'n enkele 2D-beeld geprojekteer. Om 3D-rekonstruksies te maak, verkry 'n CT-skandeerder X-straalskanderings oor baie hoeke deur die voorwerp of die brondetektor-skikking te draai.

Die beelde wat deur 'n CT-skandeerder versamel word, word sinogramme genoem, en dit toon absorpsie van röntgenstrale deur een deel van die liggaam teenoor hoek. Deur hierdie data te gebruik, kan 'n deursnit van die voorwerp verkry word deur 'n wiskundige bewerking te gebruik wat die inverse Radon -transform genoem word. Kyk na hierdie video vir meer inligting oor hoe hierdie operasie werk.

Dieselfde beginsel word toegepas vir die optiese CT -skandeerder met 'n kamera wat as die detektor optree en die LED -skikking wat as bron dien. Een van die belangrike dele van die ontwerp is dat die ligstrale wat deur die lens versamel word, parallel is wanneer dit deur die voorwerp beweeg. Met ander woorde, die lens moet telesentries wees.

Fotogrammetrie vereis dat die voorwerp van voor af verlig word. Lig word van die voorwerp gereflekteer en deur die kamera versamel. Meervoudige aansigte kan gebruik word om 'n 3D -kartering van die oppervlak van 'n voorwerp in die ruimte te skep.

Terwyl fotogrammetrie oppervlakprofielering van 'n voorwerp moontlik maak, maak CT -skandering die rekonstruksie van die interne struktuur van voorwerpe moontlik. Die grootste nadeel vir optiese CT is dat u slegs voorwerpe kan gebruik wat semi-deursigtig is vir die beelding (bv. Vrugte, weefselpapier, gummiebere, ens.), Terwyl fotogrammetrie vir die meeste voorwerpe kan werk. Verder is daar baie meer gevorderde sagteware vir fotogrammetrie, sodat die rekonstruksies ongelooflik lyk.

Stap 2: Stelseloorsig

Ek het 'n Nikon D5000 met 'n 50 mm -brandpuntlengte f/1.4 -lens gebruik om met die skandeerder te beeld. Om telesentriese beeldvorming te bewerkstellig, het ek 'n 180 mm achromatiese dublet gebruik wat geskei is van die 50 mm -lens met 'n buisverlenger. Die lens is tot stilstand gebring tot f/11 of f/16 om die velddiepte te vergroot.

Die kamera is bestuur met behulp van 'n sluiterknop wat die kamera met 'n Arduino Nano verbind. Die kamera is gemonteer op 'n PVC -struktuur wat verbind word met 'n swart boks wat die voorwerp wat geskandeer moet word en elektronika bevat.

Vir CT-skandering word die voorwerp van agter af verlig met 'n hoë-krag LED-skikking. Die hoeveelheid lig wat deur die kamera versamel word, hang af van die hoeveelheid wat deur die voorwerp geabsorbeer word. Vir 3D -skandering word die voorwerp van voor verlig met 'n adresseerbare LED -skikking wat met die Arduino beheer word. Die voorwerp word gedraai met behulp van 'n stepper motor, wat beheer word met 'n H-brug (L9110) en die Arduino.

Om die parameters van die skandering aan te pas, het ek die skandeerder ontwerp met 'n Lcd -skerm, twee potensiometers en twee drukknoppies. Die potensiometers word gebruik om die aantal foto's in die skandering en die blootstellingstyd te beheer, en die drukknoppies funksioneer as 'n "enter" -knoppie en 'n "reset" -knoppie. Die Lcd -skerm vertoon opsies vir die skandering, en dan die huidige status van die skandering sodra die verkryging begin.

Nadat die monster vir 'n CT- of 3D -skandering geplaas is, beheer die skandeerder outomaties die kamera, LED's en motor om al die beelde op te neem. Die beelde word dan gebruik vir die rekonstruksie van 'n 3D -model van die voorwerp met behulp van Matlab of PhotoScan.

Stap 3: Voorsieningslys

Elektronika:

• Arduino Nano
• Stappermotor (3.5V, 1A)
• H-brug L9110
• 16x2 Lcd skerm
• 3X 10k potensiometers
• 2X drukknoppies
• 220ohm weerstand
• 1 kohm weerstand
• 12V 3A kragtoevoer
• Bok -omskakelaar
• Power jack wyfie
• Kragvatprop
• Mikro -USB -verlengkabel
• Krag skakelaar
• Potensiometer knoppe
• PCB -afwykings
• Prototipe bord
• Draaddraad
• Elektriese band

Kamera en beligting:

• Ek het 'n kamera gebruik, 'n Nikon D5000 dSLR
• Eerste lens (brandpunt = 50 mm)
• Buisverlenger
• Achromatiese doublet (brandpunt = 180 mm)
• Sluiter afstandsbediening
• Adresbare LED -strook
• Utilitech pro 1-lumen LED draagbare lig
• Papier om lig te versprei

Lig boks:

• 2x 26 cm x 26 cm ¼ duim dik laaghout
• 2x30cmx26cm ¼ duim dik laaghout
• 1x 30cmx25cm ½ duim dik laaghout
• 2x stokkies met 'n deursnee van ½ duim
• 8x L-vormige PVC-verbindings ½ duim deursnee
• 8x T-vormige PVC-verbindings ½ duim deursnee
• 1x PVC -kaap ½ duim deursnee
• 4 voet 1x2 denne
• Dun aluminiumplaat
• Swart plakkaatbord
• Boute en moere
• Lente

Gereedskap:

• Soldeerbout
• Kragboor
• Gereedskap vir draadomhulsel
• Dremel
• Legkaart
• Draadknipper
• Skêr
• Band

Stap 4: Doosontwerp en 3D -houers

Groot prys in die Epilog -uitdaging 9