Asztali CT és 3D szkenner Arduino -val: 12 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Jon BumsteadKövetés a szerzőtől:

Névjegy: Fény-, zene- és elektronikai projektek. Mindegyiket megtalálja a webhelyemen: www.jbumstead.com További információ a jbumstead -ről »

A számítógépes tomográfia (CT) vagy a számítógépes axiális tomográfia (CAT) leggyakrabban a test leképezéséhez kapcsolódik, mivel lehetővé teszi a klinikusok számára, hogy műtét nélkül lássák a beteg anatómiai szerkezetét. Az emberi test belsejében történő képalkotáshoz a CT-szkenner röntgensugarakat igényel, mivel a sugárzásnak át kell hatolnia a testen. Ha a tárgy félig átlátszó, akkor valójában lehetséges a CT-vizsgálat elvégzése látható fény segítségével! Ezt a technikát optikai CT -nek hívják, amely különbözik a népszerűbb optikai képalkotó technikától, az optikai koherencia tomográfiától.

A félig átlátszó tárgyak 3D szkennelésének megszerzéséhez optikai CT-szkennert készítettem Arduino Nano és Nikon dSLR segítségével. A projekt felénél rájöttem, hogy a fotogrammetria, egy másik 3D szkennelési technika, nagyjából ugyanazt a hardvert igényli, mint egy optikai CT -szkenner. Ebben az utasításban áttekintem az általam készített rendszert, amely képes CT -szkennelésre és fotogrammetriára. A képek megszerzése után lépéseket kell tennem a PhotoScan vagy a Matlab használatához a 3D rekonstrukciók kiszámításához.

A 3D szkennelés teljes osztályához itt tekintheti meg az oktatható anyagok osztályát.

Nemrég tudtam meg, hogy Ben Krasnow röntgen CT-gépet épített Arduino-val. Hatásos!

A közzététel után Michalis Orfanakis megosztotta saját készítésű optikai CT -szkennerét, amelyért elnyerte a Science on Stage Europe 2017 tudományos díját! Olvassa el az alábbi megjegyzéseket a teljes dokumentációval kapcsolatban.

Erőforrások az optikai CT -hez:

Az optikai számítógépes tomográfia története és elvei S J Doran és N Krstaji háromdimenziós sugárzási dozimétereinek beolvasásához

Háromdimenziós képrekonstrukció a CCD-alapú optikai számítógépes tomográf szkennerhez, Hannah Mary Thomas T, hallgatói tag, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Párhuzamos sugárú CCD optikai tomográfiai készülék fókuszáló optikája Nikola Krstaji´c és Simon J Doran 3D sugárzási gél dosimetriájához

1. lépés: Számítógépes tomográfia és fotogrammetria háttere

A CT-vizsgálathoz sugárforrás (pl. Röntgensugárzás vagy fény) szükséges az objektum egyik oldalán, és a detektorok a másik oldalon. Az érzékelőbe jutó sugárzás mennyisége attól függ, hogy az objektum mennyire elnyeli az adott helyet. Egyetlen, ezzel a beállítással készített kép az, ami röntgenfelvételt hoz létre. A röntgen olyan, mint az árnyék, és minden 3D-s információt egyetlen 2D képbe vetít. A 3D rekonstrukciók elvégzéséhez a CT-szkenner számos szögből röntgenfelvételt készít az objektum vagy a forrás-érzékelő tömb elforgatásával.

A CT-szkenner által összegyűjtött képeket szinogramoknak nevezik, és a röntgensugarak abszorpcióját jelenítik meg a test egy szeletén keresztül a szöghez képest. Ezen adatok felhasználásával az objektum keresztmetszete megszerezhető az inverz radon transzformációnak nevezett matematikai művelet segítségével. Ennek a műveletnek a teljes körű részleteiért nézze meg ezt a videót.

Ugyanez az elv vonatkozik az optikai CT -szkennerre is, amelynek kamerája detektorként működik, és a LED -tömb forrásként működik. A tervezés egyik fontos része, hogy a lencse által összegyűjtött fénysugarak párhuzamosak legyenek, amikor áthaladnak a tárgyon. Más szóval, az objektívnek telecentrikusnak kell lennie.

A fotogrammetria megköveteli, hogy a tárgyat elölről megvilágítsák. A fény visszaverődik a tárgyról, és a kamera összegyűjti. Több nézet is használható 3D térképezés létrehozására az űrben lévő objektum felületéről.

Míg a fotogrammetria lehetővé teszi az objektum felületi profilozását, a CT -szkennelés lehetővé teszi az objektumok belső szerkezetének rekonstrukcióját. Az optikai CT legnagyobb hátránya, hogy csak félig átlátszó tárgyakat használhat a képalkotáshoz (pl. Gyümölcsöket, selyempapírt, gumicukrot stb.), Míg a fotogrammetria a legtöbb objektumra használható. Továbbá van sokkal fejlettebb szoftver a fotogrammetria számára, így a rekonstrukciók hihetetlennek tűnnek.

2. lépés: A rendszer áttekintése

A szkennerrel történő képalkotáshoz Nikon D5000 -et használtam, 50 mm -es gyújtótávolságú f/1,4 objektívvel. A telecentrikus képalkotás eléréséhez 180 mm -es akromatikus dublettet használtam, amelyet 50 mm -es lencsétől választottak el csőhosszabbítóval. Az objektívet f/11 -re vagy f/16 -ra állították le a mélységélesség növelése érdekében.

A kamerát egy redőny távirányítóval vezérelték, amely összeköti a kamerát egy Arduino Nano -val. A kamera egy PVC szerkezetre van szerelve, amely egy fekete dobozhoz csatlakozik, amely a beolvasandó tárgyat és az elektronikát tartja.

CT-szkenneléshez a tárgyat hátulról nagy teljesítményű LED-elrendezéssel világítják meg. A fényképezőgép által összegyűjtött fény mennyisége attól függ, hogy mennyit szív el a tárgy. A 3D szkenneléshez az objektumot elölről megvilágítják egy címezhető LED -tömb segítségével, amelyet az Arduino vezérel. Az objektumot léptetőmotor segítségével forgatják, amelyet H-híd (L9110) és az Arduino segítségével vezérelnek.

A szkennelés paramétereinek beállításához terveztem a szkennert Lcd képernyővel, két potenciométerrel és két nyomógombbal. A potenciométerekkel szabályozható a beolvasott fényképek száma és az expozíciós idő, a nyomógombok pedig „enter” és „reset” gombként működnek. Az LCD képernyő megjeleníti a szkennelés lehetőségeit, majd a szkennelés aktuális állapotát, amint a beszerzés megkezdődik.

Miután a mintát pozicionálta CT vagy 3D szkenneléshez, a szkenner automatikusan vezérli a kamerát, a LED -eket és a motort, hogy megkapja az összes képet. A képeket ezután az objektum 3D -s modelljének rekonstruálására használják Matlab vagy PhotoScan segítségével.

3. lépés: Ellátási lista

Elektronika:

• Arduino Nano
• Léptetőmotor (3,5V, 1A)
• H-híd L9110
• 16x2 LCD képernyő
• 3X 10k potenciométer
• 2X nyomógomb
• 220 ohmos ellenállás
• 1 khm -os ellenállás
• 12V 3A tápegység
• Buck konverter
• Tápcsatlakozó aljzat
• Tápcsatlakozó dugó
• Micro USB hosszabbító kábel
• Hálózati kapcsoló
• Potenciométer gombok
• NYÁK -eltérések
• Prototípus tábla
• Drótkötél huzal
• Elektromos szalag

Kamera és világítás:

• Fényképezőgép, Nikon D5000 dSLR -t használtam
• Prime objektív (gyújtótávolság = 50 mm)
• Csőhosszabbító
• Akromatikus dublett (gyújtótávolság = 180 mm)
• Zár távvezérlő
• Címzett LED szalag
• Utilitech pro 1 lumenes LED hordozható lámpa
• Papír a fény eloszlatásához

Világító doboz:

• 2x 26cmx26cm ¼ inch vastag rétegelt lemez
• 2x 30cmx26cm thick inch vastag rétegelt lemez
• 1x 30cmx25cm ½ hüvelyk vastag rétegelt lemez
• 2x ½ hüvelyk átmérőjű dübelrudak
• 8x L alakú PVC csukló, ½ hüvelyk átmérőjű
• 8x T-alakú PVC kötések ½ hüvelyk átmérőjű
• 1x PVC köpeny ½ hüvelyk átmérőjű
• 4 láb 1x2 fenyő
• Vékony alumínium lemez
• Fekete plakát tábla
• Csavarok és anyák
• Tavaszi

Eszközök:

• Forrasztópáka
• Villanyfúró
• Dróttekercselő eszköz
• Dremel
• Lombfűrész
• Drótvágók
• Olló
• Szalag

4. lépés: A doboz tervezése és a 3D rögzítések

Fődíj az Epilog Challenge -ben 9