Tomógrafo óptico con haz de luz divergente y policromático: Principio de funcionamiento e implementación práctica
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Data
2019-12-13
Autores
Vega Mernes, Cristhian Ariel
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Editor
Resumo
El diseño, construcción, prueba y caracterización de un tomógrafo óptico de haz de luz divergente y policromático se presentan en este documento. En la literatura, la mayoría de los tomógrafos ópticos se ensamblan con fuentes monocromáticas para determinar la distribución de dosis de radiación en materiales utilizados como dosímetros y detectores. La tomografía óptica es una forma de tomografía computarizada que crea un modelo volumétrico digital de un objeto mediante la reconstrucción de imágenes hechas de luz transmitida y atenuada a través de un objeto. Para el montaje del tomógrafo óptico fue necesaria la obtención de diversos elementos como: una fuente de radiación (LED blanco, fuente policromática), un motor que permite el giro de la muestra (Motor DC), un porta-muestra, una pantalla semi-transparente, una webcam para recolectar las imágenes de las diferentes proyecciones sobre la pantalla, un circuito electrónico encargado de la activación del motor y de la coordinación del mismo con la webcam. Cabe destacar que los elementos utilizados fueron, en su gran mayoría, reciclados. Para obtener los cortes tomográficos 2D, se escribió una macro en Matlab / Octave para realizar el proceso de retroproyección a partir de las proyecciones (85 en total). Para implementar la retroproyección filtrada también estudiamos el espectro del LED blanco utilizado. Para esto, configuramos un espectrofotómetro casero usando, como una rejilla de difracción, un CD con su película retirada y, como detector, también una cámara web sin lente. El dispositivo de bajo costo demostró ser funcional y puede usarse para realizar una tomografía óptica y también como una herramienta didáctica para explicar el funcionamiento de un tomógrafo de rayos X sin el uso de radiación ionizante.
The project, construction, tests and characterization of didatic optical tomography equipment is presented. Most optical tomographers presented in the literature are assembled with monochromatic sources. Almost allways used to determine the radiation doses in materials used for dosimeters and detectors. Optical tomography is a type of computed tomography, which creates a digital volumetric model of an object by reconstructing images of the transmitted and attenuated light when crossing an object (projections). For the optical tomography equipment assembly the following accessories were emploied: a radiation source (white LED, polychromatic source), a DC motor that allows the sample to rotate (DC motor), a sample stage, a semi-transparent screen, a webcam to collect the projections on the screen, an electronic circuit responsible for driving the DC motor synchronized with the webcam. Most of the accessories are recycled elements. With the aim to work with filtered back-projection algorithm, the white LED spectrum of the white was explored. For this, we mounted a homemade spectrophotometer using, as a diffraction grating, a CD (metalic film removed) and, also a webcam without a lens, as a detector. The low-cost white and divergence beam optical tomography equipment proved to be functional to be used as a didatic tool as well as acquire optical tomographies.
No presente trabalho, um estudo dos princípios de operação e montagem de um tomógrafo óptico com feixe de luz divergente e policromático foi realizado para mostrar a operação de um tomógrafo de raios X. Na literatura, a maioria dos tomógrafos ópticos é montada com fontes monocromáticas para determinar a distribuição de doses de radiação em materiais utilizados como dosímetros e detectores. A tomografia óptica é uma forma de tomografia computadorizada que cria um modelo volumétrico digital de um objeto, reconstruindo imagens feitas de luz transmitida e atenuada por um objeto. Para a montagem do tomógrafo óptico foi necessário obter vários elementos, tais como: fonte de radiação (LED branco, fonte policromática), motor que permite a rotação da amostra (Motor DC), porta-amostra , uma tela semitransparente, uma webcam para coletar as imagens das diferentes projeções na tela, um circuito eletrônico responsável pela ativação do motor e sua coordenação com a webcam. Os elementos utilizados foram, em grande parte, reciclados. Para obter as fatias tomográficas 2D uma macro foi escrita em Matlab/Octave para realização do processo de retroprojeção a partir das projeções (85 no total). Visando implementação da retroprojeção filtrada estudamos também o espectro do LED branco utilizado. Para isso, montamos um espectrofotômetro caseiro usando, como grade de difração, um CD com o filme removido e, como detector, também uma webcam sem lente. O dispositivo de baixo custo mostrou-se funcional e pode ser modificado para realizar uma tomografia óptica e também como uma ferramenta didática para explicar a operação de um tomógrafo de raios X sem o uso de radiação ionizante.
The project, construction, tests and characterization of didatic optical tomography equipment is presented. Most optical tomographers presented in the literature are assembled with monochromatic sources. Almost allways used to determine the radiation doses in materials used for dosimeters and detectors. Optical tomography is a type of computed tomography, which creates a digital volumetric model of an object by reconstructing images of the transmitted and attenuated light when crossing an object (projections). For the optical tomography equipment assembly the following accessories were emploied: a radiation source (white LED, polychromatic source), a DC motor that allows the sample to rotate (DC motor), a sample stage, a semi-transparent screen, a webcam to collect the projections on the screen, an electronic circuit responsible for driving the DC motor synchronized with the webcam. Most of the accessories are recycled elements. With the aim to work with filtered back-projection algorithm, the white LED spectrum of the white was explored. For this, we mounted a homemade spectrophotometer using, as a diffraction grating, a CD (metalic film removed) and, also a webcam without a lens, as a detector. The low-cost white and divergence beam optical tomography equipment proved to be functional to be used as a didatic tool as well as acquire optical tomographies.
No presente trabalho, um estudo dos princípios de operação e montagem de um tomógrafo óptico com feixe de luz divergente e policromático foi realizado para mostrar a operação de um tomógrafo de raios X. Na literatura, a maioria dos tomógrafos ópticos é montada com fontes monocromáticas para determinar a distribuição de doses de radiação em materiais utilizados como dosímetros e detectores. A tomografia óptica é uma forma de tomografia computadorizada que cria um modelo volumétrico digital de um objeto, reconstruindo imagens feitas de luz transmitida e atenuada por um objeto. Para a montagem do tomógrafo óptico foi necessário obter vários elementos, tais como: fonte de radiação (LED branco, fonte policromática), motor que permite a rotação da amostra (Motor DC), porta-amostra , uma tela semitransparente, uma webcam para coletar as imagens das diferentes projeções na tela, um circuito eletrônico responsável pela ativação do motor e sua coordenação com a webcam. Os elementos utilizados foram, em grande parte, reciclados. Para obter as fatias tomográficas 2D uma macro foi escrita em Matlab/Octave para realização do processo de retroprojeção a partir das projeções (85 no total). Visando implementação da retroprojeção filtrada estudamos também o espectro do LED branco utilizado. Para isso, montamos um espectrofotômetro caseiro usando, como grade de difração, um CD com o filme removido e, como detector, também uma webcam sem lente. O dispositivo de baixo custo mostrou-se funcional e pode ser modificado para realizar uma tomografia óptica e também como uma ferramenta didática para explicar a operação de um tomógrafo de raios X sem o uso de radiação ionizante.
Descrição
Trabajo de Conclusión de Curso presentado al Instituto Latino-Americano de Ciencias da Vida e da Natureza, Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial para la obtención del título de Bacharel em Engenharia Física. Orientación: Prof. Dr. Marcelo Gonçalves Hönnicke
Palavras-chave
Tomografía, Óptica, Electrónica
Citação
VEGA MERNES, Cristhian Ariel. Tomógrafo óptico con haz de luz divergente y policromático: Principio de funcionamiento e implementación práctica. 2019. 42 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Física) – Universidade Federal da Integração Latino-Americana, Foz do Iguaçu, 2019.