ПРОЕКТИ:

Безкоштовні точки доступу Wi-Fi в Україні

- Пошук людей через Інтернет

Тестуємо Wi-Fi доступ до Інтернету: моніторинг, безпека…__SEO - пошукова оптимізація – ключ до успіху

Безкоштовні телефонні дзвінки через Інтернет__Соціальні мережі, як спосіб знайти однодумців

Безпека при роботі в Інтернеті__Про Київ в Інтернеті

Arduino _

Raspberry Pi  Unix, Linux. Ubuntu, Fedora...- це не так вже й страшно

Знайти драйвер в Інтернеті  Пошук технічної документації

Сценарії для Інтернету   Пошук патентів в Інтернеті

Невидимий Інтернет    Пірингові мережі: видимі і невидимі

Посилання:

Сайт про все: isearch.in.ua

Персональний сайт Пальшина Єгора

Сайт мого учня

Ділова розвідка в Інтернеті

DOLPi – дешева поляризаційна камера на основі Raspberry Pi покаже невидиме
Рейтинг статті: / 11
НайгіршеНайкраще 
DOLPi_Polarimetric_CameraПоляриметричний тепловізор для виявлення невидимих забруднюючих речовин, знаходження мін, виявлення ракової тканини і, можливо, навіть для спостереження за невидимими НЛО!:)
DOLPi_Polarimetric_Camera_1
Поляризація світла несе цікаву інформацію про наше візуальне середовище, про яке ми, як правило, не знаємо. Деякі тварини еволюціонували і мають можливість побачити поляризацію як окрему характеристику світла, і критично покладаються на неї для навігації і виживання. Наприклад, багато риб, земноводних, членистоногих і восьминоги використовують поляризаційне бачення як компас для навігації, виявлення водної поверхні, для ефективного виявлення жертв і хижаків і, можливо, як засіб приватного спілкування один з одним.
У той час, як ми використовували технологію, щоб розширити наше бачення за межі наших звичайних довжин хвиль і збільшити чутливість, неінтуїтивна природа поляризації сповільнила розвиток практичних додатків для візуалізації поляризації. Поляризаційні камери існують, але коштують понад $50000 і це, в основному, науково-дослідні раритети, які знайшли дуже обмежене практичне застосування за межами лабораторії.
Проект DOLPi допомагає широко відкрити поле поляризаційних зображень шляхом побудови поляризаційної камери дуже низької вартості, яка може бути використана для дослідження і розробки додатків, що змінюють правила гри в широкому діапазоні областей - охоплюючи весь шлях від екологічного моніторингу та медичної діагностики, до додатків з безпеки та антитерористичних застосувань.
Поляризаційна камера DOLPi заснована на стандартному одноплатному комп'ютері Raspberry Pi 2 і його «штатній» 5MP камері. Що робить DOLPi унікальним, так це те, що камера знаходиться за програмно керованим електро-оптичних модулятором поляризації, який дозволяє захоплювати зображення за допомогою електронного аналізатора поляризації. Сам модулятор будується з двох недорогих авто-затемнених фільтрів зварювальної маски ($9 кожний). Незважаючи на свою простоту, DOLPi дозволяє отримати поляризаційні зображення дуже високої якості.
Це перший проект такого роду! Автор не знає ні поляризаційного томографа, коли-небудь представленого як DIY-проект рівня ентузіастів, тому, поки що, він отримав справді дивовижну руйнівну потужність для розвитку бренду нових наукових і комерційних додатків!
Повний опис даного проекту у форматі PDF знаходиться за посиланням DOLPi_Polarimetric_Camera_D_Prutchi_2015.
Поляризаційний модулятор
DOLPi_Polarimetric_Camera_2
У центрі камери DOLPi знаходиться електро-оптичний (ЕО) модулятор поляризації. Це збірка, що складається з рідкокристалічної панелі і лінійно поляризаційної плівки, яка вибірково пропускає світло під різними кутами поляризації під управлінням програмного забезпечення.
Рідкокристалічна панель, яка використовується для камери DOLPi, збирається з недорогого авто-затемненого фільтра зварювальної маски. Це схоже на конструкцію РК-дисплею, де весь фільтр є одним гігантським "пікселем". При використанні за призначенням, автоматично затемнений фільтр дозволяє користувачеві дивитися через фільтр при налаштуванні частин, які треба зварити, і як тільки датчики світла виявляють зварювальну дугу, фільтр стає темним, щоб захистити очі зварника.
Перед тим, як використовувати LCP в зборі зі світлофільтром, необхідно зняти задню сторону поляризаційної плівки. Вона легко відшаровується після підйому кута гострим лезом ножа. Решта поляризатора і LCP тепер складають аналізатор поляризації, керований напругою. Назвемо цю збірку для стислості "VCPA".
DOLPi_Polarimetric_Camera_3
Керування VCPA
При відсутності напруги зсуву між електродами, молекули рідких кристалів в LCP вирівняні паралельно до його вікон. При такій орієнтації рідкокристалічна панель зсуває поляризацію падаючого світла на 90⁰. Однак, коли прикладається напруга 5 В до панелі, то молекули рідких кристалів узгоджуються з електричним полем і стають перпендикулярно до вікон. У цьому стані, поляризація падаючого світла залишається практично незмінною.
Маски LCP для зварювання можуть повертати поляризацію між його двома крайнощами в 0⁰ і 90⁰. Хоча можна знайти напругу, яка задаватиме, щоб LCP повернув поляризацію світлового сигналу приблизно на 45⁰, зміни в рідкому кристалі мають місце з часом, тому стан поляризації буде зміщуватися комплексно, взаємодіючи з часовими постійними, які залежать від температури, віку та інших факторів. З цієї причини, амплітуду напруги для досягнення повороту поляризації в 45⁰ необхідно періодично калібрувати.
DOLPi_Polarimetric_Camera_4
VCPA в DOLPi керується хвилею змінного струму у вигляді меандру частотою 2 кГц. Сигнал генерується генератором прямокутної хвилі на основі 555-ї мікросхеми і подається до підсилювача змінному струмі через керований напругою резистор реалізований з простим JFET Р-типу. Підсилювач підсилює сигнал збудження до максимальної пікової амплітуди 10В. Raspberry Pi керує амплітудою сигналу збудження через перетворювач MCP4725 цифрового сигналу в аналоговий.
Автор побудував механізм само калібрування камери шляхом додавання світлодіоду, 45⁰ поляризатора і світлочутливого датчика (фоторезистор - або LDR) на окремому оптичному шляху через VCPA. Перед кожним використанням, Raspberry Pi вмикає світлодіод і вимірює амплітуду переданого через VCPA 45⁰-поляризованого світла, чи не збільшилась. Raspberry Pi використовує 12 бітний 4-канальний аналого-цифровий перетворювач ADS1015, щоб генерувати характеристику передачі, з якої налаштування D/A може бути знайдене максимальне пропускання. Максимальне значення відповідатиме налаштуванню передачі, яке буде використовуватися для отримання зображень під кутом аналізу в 45⁰.
DOLPi_Polarimetric_Camera_5
DOLPi_Polarimetric_Camera_6
DOLPi_Polarimetric_Camera_7
Програмне забезпечення DOLPi
Після завантаження необхідних бібліотек і ініціалізації портів Raspberry Pi, в пристрої запускається процедура автоматичного калібрування, яке охоплює амплітуду LCP передачі між 0 В і 10 В при вимірюванні інтенсивності 45⁰-поляризованого світла, що проходить через VCPA. Установка ЦАП на максимальній передачі зберігається для використання при зйомці кадрів в 45⁰.
Потім дають камері Raspberry Pi захопити сцену протягом декількох секунд, щоб вона встановити свою внутрішню авто експозицію, а потім блокують настройки експозиції, щоб зберегти узгодженість зображень. Цикл фотографування складається із отримання три чорно-білих зображень з VCPA, встановленим на 0⁰, 45⁰ і 90⁰, а потім об'єднанням цих знімків в одне кольорового зображення, що кодує інтенсивності сцени і поляризацію.
DOLPi_Polarimetric_Camera_8
Додатки
Неполяризоване світло стає поляризованим, коли воно відбивається від неметалевої поверхні. Ступінь поляризації залежить від кута, під яким світло потрапляє на поверхню, а також від типу світло відбиваючого матеріалу. Вода, поля снігу і асфальтові дороги відбивають світло Сонця з дуже сильною горизонтальною поляризацією (тобто паралельно поверхні, що відбиває).
Багато водних комах використовують свій чутливий до поляризації зір для знаходження ставків. Наприклад, комахи, які відкладають яйця у воді, знаходять і вибирають місця відкладання яєць, ґрунтуючись на інтенсивності поляризації від відбиваючої поверхні води. На жаль, багато антропогенних об'єктів можуть відбивати поляризоване горизонтально світло настільки сильно, що вони здаються водних комах водоймами. Деякі - типу сонячних панелей - відбивають світло з таким високим рівнем горизонтальної поляризації (близькою до 100%), що вони виглядають для водних комах набагато більш придатними для розмноження, ніж ставкова вода (яка відбиває світло зі ступенем поляризації близько від 30 до 70% ), ставши екологічними смертельними пастками для цих організмів. DOLPi є корисним інструментом для розуміння, як організми з поляризаційно чутливим зором бачать світ.
Інше природне джерело поляризованого світла є розсіювання сонячного світла в атмосфері. Сонячне світло, що розсіюється назад (або вперед) в атмосфері, залишається неполяризованим, а світло, розсіяне на 90⁰ градусів від положення Сонця, стає лінійно поляризованим. Світло, розсіяне на проміжних кутах, лише частково поляризоване.
Вектори поляризації в небі всі орієнтовані вздовж паралельних кіл з центром в положенні Сонця. Здатність побачити розподіл кутів поляризації може бути використана для орієнтації. Справді, моделі поляризації неба використовуються багатьма комахами для навігації. Наприклад, бджоли використовують небесну поляризації для переміщення між вуликами і кормовими місцями. Лосось, як вважають, має схожі можливості орієнтуватися на основі поляризації нічного неба, яку видно під водою.
Техногенні об'єкти часто відбивають світло з певною мірою поляризації, коли вони включають неметалічні поверхні, такі як скло, пластик, фарби і каучук. Так як більшість природних фонів не поляризують світло, то штучні матеріали виділяються кольором на зображеннях DOLPi. Ні камуфляж, ні помірне листя не уникне DOLPi, що робить можливим розробку нових методів виявлення людей та розмінування місцевості.
DOLPi_Polarimetric_Camera_9
Так ... А що про НЛО?
Автор ніколи не бачив НЛО, і не знає нікого, хто стверджує, що бачив хоч одного. Крім того, автор не знає ні переконливих доказів, що нас відвідали позаземні істоти, тому він, як і раніше, скептик. Тим не менш, цікаво уявити собі, як масивні іноземні (військові) судна можуть бути зроблені, щоб літати в нашому небі, не будучи поміченим. Можливо, корабель може виглядати прозорим? Може він здатний згинати або відбивати світло навколо себе так, що він прикривається міхуром невидимості? Може бути, що він міг би використовувати активний екран невидимості, який копіює зображення фону на поверхні?
Ми не повинні заглиблюватися, щоб знайти позаземні приклади цих методів маскування. Просто зайдіть в океан, і ви знайдете десятки видів, які маскують себе за рахунок прозорості та дзеркального відображення. Тим не менше, ці стратегії приховування можуть бути розбиті тваринами, які еволюціонували чутливе до поляризації бачення, і те ж саме могло б працювати проти пристроїв штучного маскування. Справді, поляризаційні сигнали настільки важливі під водою, що еволюція дала деяким тваринам, наприклад, каракатиці, чутливе до поляризації, а не до кольору, бачення.
Збереження світу
DOLPi буде там, щоб врятувати день, якщо Wonder Woman навіть увімкне супер лиходіїв для знищення світу своїм прозорим струменем. Відкидаючи цей сценарій, DOLPi, ймовірно, більше служить як основа для розробки недорогим додатків, заснованих на чутливих до поляризації зображень і машинного зору. Тим не менш, руйнівна сила цієї технології є дійсно дивною!
Як вже говорилося раніше, біологічні тканини відображають і розсіюють світло з різними поляризаційними характеристиками, тому поляриметричні зображення через DOLPi можуть бути використані для розробки недорогих, дуже точних методів для виявлення раку шкіри.
Поляриметричні зображення почали використовуватися для супутникових характеристик частинок атмосферного аерозолю. Насправді, розмір часток, хімічний склад і форма може бути виміряна тільки шляхом включення інформації з параметрів поляризації супутникового зображення. На жаль, супутникові спостереження показують тільки те, що видно зверху, а не те, що приховане під шарами хмар і забруднення.
DOLPi відкриває поле поляриметричного бачення для цивільного вченого, дозволяє розробку методів дистанційного зондування великих ділянок атмосфери, щоб виявити і охарактеризувати забруднення і вулканічний попіл, надаючи громадськості нефільтрований доступ до інформації про характер і джерела забруднюючих повітря небезпечних речовин.
DOLPi також дозволяє розробляти недорогі інструменти для моніторингу в режимі реального часу вулканічних викидів, забезпечуючи передові дані з небезпеки для груп населення, а також для місцевих аеропортів і повітряного руху, тому, що відповідні попередження можуть бути видані тим, хто в небезпеці.
Нарешті, з більш стратегічного погляду, DOLPi дає дослідникам і вченим-ентузіастам можливість розробки мереж недорогих датчиків для виміряти аерозольного розсіювання та властивостей поглинання в атмосфері, що в даний час є основним джерелом невизначеності в моделюванні клімату.
Безліч застосувань обмежується тільки уявою! Автор надіється, що DOLPi представить колегам хакерів і інженерів страшну силу поляриметричного бачення і стимулює розвиток проривних додатків, починаючи від моніторингу довкілля та медичної діагностики, до систем безпеки та антитерористичних застосувань.
(Джерело: diyphysics.com)
 
>
КнигаНовиниПрактика пошукуПартнериПро нас
Підтримка та дизайн: Могильний С.С. Шаблон: Joomla Templates by BuyHTTP Joomla Hosting
Google Analytics Alternative