Desktop CT at 3D Scanner Sa Arduino: 12 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Sa pamamagitan ng jbumsteadJon BumsteadFollow Higit pa ng may-akda:

Tungkol sa: Mga proyekto sa ilaw, musika, at electronics. Hanapin ang lahat sa aking site: www.jbumstead.com Higit Pa Tungkol sa jbumstead »

Ang compute tomography (CT) o compute axial tomography (CAT) ay madalas na nauugnay sa imaging ng katawan dahil nagbibigay-daan ito sa mga klinika na makita ang anatomical na istraktura sa loob ng pasyente nang hindi kinakailangang gumawa ng anumang operasyon. Upang makapag-imahe sa loob ng katawan ng tao, ang isang CT scanner ay nangangailangan ng X-ray dahil ang radiation ay kailangang tumagos sa katawan. Kung ang bagay ay semi-transparent, posible na magsagawa ng pag-scan ng CT gamit ang nakikitang ilaw! Ang pamamaraan ay tinatawag na optical CT, na kung saan ay iba kaysa sa mas tanyag na diskarteng optikal na imaging na kilala bilang tomography ng optical coherence.

Upang makakuha ng mga pag-scan ng 3D ng mga semi-transparent na bagay, nagtayo ako ng isang optikong CT scanner gamit ang isang Arduino Nano at Nikon dSLR. Sa kalagitnaan ng proyekto, napagtanto ko na ang photogrammetry, isa pang pamamaraan sa pag-scan ng 3D, ay nangangailangan ng halos parehong hardware bilang isang optikong CT scanner. Sa itinuturo na ito, lalagyan ko ang sistemang itinayo ko na may kakayahang pag-scan ng CT at photogrammetry. Matapos makakuha ng mga imahe, mayroon akong mga hakbang sa paggamit ng PhotoScan o Matlab para sa pag-compute ng mga reconstruction ng 3D.

Para sa isang buong klase sa pag-scan sa 3D, maaari mong suriin ang mga nakagagawa na klase dito.

Kamakailan ko lang nalaman ang tungkol kay Ben Krasnow na nagtayo ng x-ray CT machine na may isang Arduino. Kahanga-hanga!

Matapos ang pag-post, ibinahagi ni Michalis Orfanakis ang kanyang homebuilt optical CT scanner, kung saan nanalo siya ng 1st premyo sa Science sa Stage Europe 2017! Basahin ang mga komento sa ibaba para sa buong dokumentasyon sa kanyang pagbuo.

Mga mapagkukunan sa optical CT:

Ang kasaysayan at mga prinsipyo ng optical compute tomography para sa pag-scan ng 3-D radiation dosimeter nina S J Doran at N Krstaji

Tatlong-dimensional na muling pagtatayo ng imahe para sa CCDcamera based Optical Compute Tomography Scanner ni Hannah Mary Thomas T, Miyembro ng Mag-aaral, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Nakatuon ang mga optika ng isang parallel beam CCD optika na kagamitan sa tomography para sa 3D radiation gel dosimetry nina Nikola Krstaji´c at Simon J Doran

Hakbang 1: Kinalkula ang Background ng Tomography at Photogrammetry

Ang pag-scan ng CT ay nangangailangan ng isang mapagkukunan ng radiation (hal. X-ray o ilaw) sa isang bahagi ng isang bagay at mga detector sa kabilang panig. Ang dami ng radiation na gumagawa nito sa detector ay nakasalalay sa kung paano sumisipsip ang bagay sa isang partikular na lokasyon. Ang isang solong imahe na nakuha sa pag-setup na ito lamang ang gumagawa ng isang X-ray. Ang isang X-ray ay tulad ng isang anino, at mayroong lahat ng impormasyong 3D na inaasahang sa isang solong 2D na imahe. Upang makagawa ng mga 3D reconstruction, ang isang CT scanner ay nakakakuha ng mga pag-scan ng X-ray sa maraming mga anggulo sa pamamagitan ng pag-ikot ng object o ng array ng source-detector.

Ang mga larawang nakolekta ng isang CT scanner ay tinatawag na sinograms, at ipinapakita ang pagsipsip ng X-ray sa pamamagitan ng isang hiwa ng katawan kumpara sa anggulo. Gamit ang data na ito, ang isang cross section ng bagay ay maaaring makuha sa pamamagitan ng paggamit ng isang operasyon sa matematika na tinatawag na inverse Radon transform. Para sa buong detalye kung paano gumagana ang operasyong ito, tingnan ang video na ito.

Ang parehong prinsipyo ay inilapat para sa optical CT scanner na may isang camera na kumikilos bilang detector at ang LED array na kumikilos bilang mapagkukunan. Ang isa sa mga mahahalagang bahagi ng disenyo ay ang mga ilaw na sinag na nakolekta ng lente ay kahanay kapag naglalakbay sa bagay. Sa madaling salita, ang tela ay dapat na telecentric.

Kinakailangan ng Photogrammetry ang bagay na maiilawan mula sa harap. Ang ilaw ay makikita sa bagay at nakolekta ng camera. Maaaring gamitin ang maramihang mga view upang lumikha ng isang 3D na pagmamapa sa ibabaw ng isang bagay sa kalawakan.

Habang ang photogrammetry ay nagbibigay-daan sa pag-profiling sa ibabaw ng isang bagay, pinapayagan ng pag-scan ng CT ang muling pagtatayo ng panloob na istraktura ng mga bagay. Ang pangunahing kawalan para sa optical CT ay maaari mo lamang gamitin ang mga bagay na semi-transparent para sa imaging (hal. Mga prutas, tissue paper, gummie bear, atbp.), Samantalang ang photogrammetry ay maaaring gumana para sa karamihan ng mga bagay. Bukod dito, mayroong mas advanced na software para sa photogrammetry kaya't ang mga reconstruction ay mukhang hindi kapani-paniwala.

Hakbang 2: Pangkalahatang-ideya ng System

Gumamit ako ng isang Nikon D5000 na may 50mm focal haba na f / 1.4 lens para sa imaging gamit ang scanner. Upang makamit ang telecentric imaging, gumamit ako ng 180mm achromatic doble na pinaghiwalay mula sa 50mm lens na may isang extender ng tubo. Ang lens ay pinahinto sa f / 11 o f / 16 upang madagdagan ang lalim ng patlang.

Kinontrol ang camera gamit ang isang shutter remote na kumokonekta sa camera sa isang Arduino Nano. Ang camera ay naka-mount sa isang istrakturang PVC na kumokonekta sa isang itim na kahon na humahawak sa bagay na mai-scan at electronics.

Para sa pag-scan ng CT, ang bagay ay naiilawan mula sa likuran gamit ang isang mataas na lakas na LED array. Ang dami ng ilaw na nakolekta ng camera ay nakasalalay sa kung magkano ang hinihigop ng bagay. Para sa pag-scan ng 3D, ang bagay ay naiilawan mula sa harap gamit ang isang address na LED array na kinokontrol ng Arduino. Ang bagay ay pinaikot gamit ang isang stepper motor, na kinokontrol gamit ang isang H-bridge (L9110) at ang Arduino.

Upang ayusin ang mga parameter ng pag-scan, dinisenyo ko ang scanner gamit ang isang Lcd screen, dalawang potentiometers, at dalawang push button. Ginagamit ang mga potentiometers upang makontrol ang bilang ng mga larawan sa pag-scan at oras ng pagkakalantad, at ang mga pindutan ng itulak ay gumagana bilang isang "ipasok" na pindutan at isang pindutang "i-reset". Nagpapakita ang Lcd screen ng mga pagpipilian para sa pag-scan, at pagkatapos ang kasalukuyang katayuan ng pag-scan sa sandaling magsimula ang acquisition.

Matapos iposisyon ang sample para sa isang CT o 3D scan, awtomatikong kinokontrol ng scanner ang camera, LEDs, at Motor upang makuha ang lahat ng mga imahe. Ginagamit ang mga imahe para sa muling pagtatayo ng isang 3D na modelo ng bagay gamit ang Matlab o PhotoScan.

Hakbang 3: Listahan ng Supply

Elektronikong:

• Arduino Nano
• Stepper motor (3.5V, 1A)
• H-tulay L9110
• 16x2 Lcd screen
• 3X 10k potentiometers
• 2X pushbuttons
• 220ohm risistor
• 1kohm risistor
• 12V 3A supply ng kuryente
• Buck converter
• Power jack babae
• Plug ng bariles ng kuryente
• Micro USB extension cable
• Lumipat ng kuryente
• Potentiometer knobs
• Mga standoff ng PCB
• Prototype board
• Wire wrap wire
• Electrical tape

Camera at ilaw:

• Isang kamera, ginamit ko ang isang Nikon D5000 dSLR
• Punong lente (haba ng focal = 50mm)
• Tube extender
• Achromatic doble (focal haba = 180mm)
• Remote ng shutter
• Maaaring puntahan ang LED strip
• Utilitech pro 1-lumen LED portable light
• Papel para sa pagsabog ng ilaw

Light box:

• 2x 26cmx26cm ¼ pulgada makapal na playwud
• 2x 30cmx26cm ¼ pulgada na makapal na playwud
• 1x 30cmx25cm ½ pulgada na makapal na playwud
• 2x ½ pulgada na diameter rod ng dowel
• 8x hugis L na magkasanib na PVC ½ pulgada ang lapad
• 8x hugis T na magkasanib na PVC ½ pulgada ang lapad
• 1x PVC cape ½ pulgada ang lapad
• 4feet 1x2 pine
• Manipis na sheet ng aluminyo
• Black board board
• Nuts at bolts
• Spring

Mga tool:

• Panghinang
• Power drill
• Kasangkapan sa balot ng wire
• Dremel
• Itinaas ng Jigsaw
• Mga pamutol ng wire
• Gunting
• Tape

Hakbang 4: Disenyo ng Kahon at 3D na Mga Pag-mount

Grand Prize sa Epilog Hamon 9