вопросы и ответы – Рамблер/класс
8508 вопросов
8707 ответов
Задание 1. Контрольная работа 4. Вариант 1. Алгебра. 10 класс. Глизбург В. И. ГДЗ
Срочно-срочно! Нужен ответ на контрольную по алгебре (Подробнее…)
ГДЗАлгебраГлизбург В.И.10 класс
Задание 3. Progress Check 3. Spotlight. Английский язык. 10 класс. О.В. Афанасьева ГДЗ
Народ, ку-ку! Дайте списать правильный ответ
Fill in will/’ll, won’t or the correct form of be going to.
1 Look at the (Подробнее…)
ГДЗАнглийский языкSpotlightАфанасьева О. В.10 класс
Задание 2. 3a Reading Skills. Spotlight. Английский язык. 10 класс. О.В. Афанасьева ГДЗ
Какие заголовки подходят, а какой нет? Как указать правильно?
Read the text on pp. 46-47 and label the paragraphs (A-E) with the (Подробнее…)
ГДЗАнглийский языкSpotlightАфанасьева О.
В.10 класс
Задание 6. Progress Check 4. Spotlight. Английский язык. 10 класс. О.В. Афанасьева ГДЗ
Хай, народ, а как закончить диалоги?
Complete the exchanges.
1 A: They say that global warming will cause climate (Подробнее…)
ГДЗАнглийский языкSpotlightАфанасьева О. В.10 класс
Задача 41. Работа 5. Расчетные задачи. Химия. Дидактический материал. 10 класс. А.М. Радецкий ГДЗ
Как выполнить эту задачу по химии?
Термохимическое уравнение реакции горения ацетилена
2С2Н2 + 5O2 = 4СO2 + 2Н2O + 2610 кДж (Подробнее…)
ГДЗХимияРадецкий А.М.10 класс
§ 12. № 2. ГДЗ Информатика 10 класс Поляков. Помогите с числами!
Переведите числа 1238, 2348, 3458, 4568 и 5678 в десятичную и двоичную системы счисления.
(Подробнее…)
ГДЗИнформатика10 классПоляков К.Ю.
Задание 2. Контрольная работа 3.
Вариант 2. Алгебра. 10 класс. Глизбург В. И. ГДЗ
Как понять четная или нечетная функция? (Подробнее…)
ГДЗАлгебраГлизбург В.И.10 класс
Почему легче № 259 ГДЗ Рфизика 10 класс Рымкевич А.П.
Почему легче плыть, чем бежать по дну по пояс погруженным в воду?
ГДЗФизика10 классРымкевич А.П.
Помогите найти № 235 ГДЗ Рфизика 10 класс Рымкевич А.П.
На рисунке 58, сделанном со стробоскопической фото-
графии, показан полет шарика при выстреле из детского пру-
жинного (Подробнее…)
ГДЗФизика10 классРымкевич А.П.
§ 6. Двоичное кодирование. № 21. ГДЗ Информатика 10 класс Поляков. Сколько различных чисел можно закодировать таким образом?
На хранение целого числа отвели 12 битов. Сколько различных чисел можно закодировать таким образом?
ГДЗИнформатика10 классПоляков К.Ю.
Задание 1. Контрольная работа 3.
Вариант 1. Алгебра. 10 класс. Глизбург В. И. ГДЗ
Народ, поделитесь вашим ответом вот на такое задание контрольной: (Подробнее…)
ГДЗАлгебраГлизбург В.И.10 класс
Задание 5. 3с Grammar in Use. Spotlight. Английский язык. 10 класс. О.В. Афанасьева ГДЗ
Люди, кто знает где в статье прилагательные в сравнительной и певосходной степени?
Find the comparative and superlative forms in (Подробнее…)
ГДЗАнглийский языкSpotlightАфанасьева О. В.10 класс
Задача 3. Вариант 1. Итоговая работа по теме 2. Химия. Дидактический материал. 10 класс. А.М. Радецкий ГДЗ
Хай, как рассчитать массу сажи?
Рассчитайте массу сажи, которая образуется при разложении метана массой 24 г. (Ответ: 18 г.) (Подробнее…)
ГДЗХимияРадецкий А.М.10 класс
Задание 2. Контрольная работа 8. Вариант 2. Алгебра. 10 класс. Глизбург В. И. ГДЗ
Вдруг кто знает) Как решить?
В прямоугольном треугольнике с катетами 36 и 48 на гипотенузе взята точка.
Из нее проведены прямые, (Подробнее…)
ГДЗАлгебраГлизбург В.И.10 класс
2. Могут ли две различные плоскости иметь только две общие точки? Зив Б.Г. 10 класс Геометрия. Математический диктант 1. Вариант 2
2. Могут ли две различные плоскости иметь только две общие точки?
ГДЗГеометрияЗив Б. Г.10 класс
3. Точка М равноудалена от всех вершин прямоугольного треугольника, катеты… 10 класс Зив Б.Г. Геометрия. Математический диктант 2. Вариант 1
3.
Точка М равноудалена от всех вершин прямоугольного треугольника, катеты которого 6 и 3 см. Расстояние от точки М до плоскости (Подробнее…)
ГДЗГеометрияЗив Б. Г.10 класс
Найдите удлинение № 254 ГДЗ Рфизика 10 класс Рымкевич А.П.
Деревянный брусок массой 2 кг тянут по деревянной
доске, расположенной горизонтально, с помощью пружины
жесткостью 100 Н/м. (Подробнее…)
ГДЗФизика10 классРымкевич А.
П.
§ 26. № 2. ГДЗ Информатика 10 класс Поляков. Помогите вычислить максимальное целое положительное значение
Вычислите максимальное целое положительное значение для 16- и 32-разрядных двоичных чисел.
ГДЗИнформатика10 классПоляков К.Ю.
§ 6. Двоичное кодирование. № 22. ГДЗ Информатика 10 класс Поляков. Сколько ячеек в таблице у разведчика?
Разведчик кодирует секретные сообщения, расставляя крестики и
нолики в ячейки таблицы. Всего он может закодировать 512 сообщений. (Подробнее…)
ГДЗИнформатика10 классПоляков К.Ю.
Хело! Помогите определить число. § 34. № 4. ГДЗ Информатика 10 класс Поляков.
Какое максимальное десятичное целое число без знака можно поместить в 32-разрядный регистр?
ГДЗИнформатика10 классПоляков К.Ю.
похожие темы
Экскурсии
Мякишев Г.
Я.
Досуг
Кузнецова Л. В.
Привет! Поможете определить движение шарика. № 62. ГДЗ Физика 10 класс Рымкевич. – Рамблер/класс
Привет! Поможете определить движение шарика. № 62. ГДЗ Физика 10 класс Рымкевич. – Рамблер/классИнтересные вопросы
Школа
Подскажите, как бороться с грубым отношением одноклассников к моему ребенку?
Новости
Поделитесь, сколько вы потратили на подготовку ребенка к учебному году?
Школа
Объясните, это правда, что родители теперь будут информироваться о снижении успеваемости в школе?
Школа
Когда в 2018 году намечено проведение основного периода ЕГЭ?
Новости
Будет ли как-то улучшаться система проверки и организации итоговых сочинений?
Вузы
Подскажите, почему закрыли прием в Московский институт телевидения и радиовещания «Останкино»?
На рисунке 34 воспроизведено со стробоскопической
фотографии движение шарика по желобу из состояния покоя.
Известно, что промежутки времени между двумя последователь-
ными вспышками равны 0,2 с. На шкале указаны деления в де-
циметрах. Доказать, что движение шарика было равноускорен-
ным. Найти, с каким ускорением двигался шарик. Найти скорос-
ти шарика в положениях, зафиксированных на фотографии.
ответы
При равноускоренном движении из состояния покоя
s = at2/2.
Согласно рисунку 34 при t1 = 0,2 с путь равен s1 = 0,1 м,
откуда
Проверим гипотезу равноускоренности движения:
3 -я точка:
t2 = 2 ∙ 0,2 с = 0,4 с,
s2 = 0,4 м; (2)
4 -я точка:
t3 = 3 ∙ 0,2 с = 0,6 с,
s3 = 0,9 м; (3)
5 -я точка:
t4
s4 = 1,6 м. (4)
Отметим, что точки 3—5 совпадают с данными рисунка, что и доказывает исходное предположение.
ваш ответ
Можно ввести 4000 cимволов
отправить
дежурный
Нажимая кнопку «отправить», вы принимаете условия пользовательского соглашения
похожие темы
Экскурсии
Мякишев Г.Я.
Досуг
Химия
похожие вопросы 5
ГДЗ по Физике Громов 10 класс, вопросы. Гл.4§22№4. . На чем основа- на гравиметрическая разведка?
Помогите ответить на вопрос Гл.4§22№4.
На чем основана гравиметрическая разведка?
ГДЗ10 классГромов С.В.Физика
Решите пожалуйста:
На баллоне электрической лампы написано 220 В,
100 Вт. Для измерения сопротивления нити накала (Подробнее.
..)
ГДЗФизика11 классРымкевич А.П.
ГДЗ по Физике 10 класс Громов, вопросы. Гл.5§31№1. Чему равна полная механическая энергия?
Как ответить на вопрос Гл.5§31№1.
Чему равна полная механическая энергия?
ГДЗФизика10 классГромов С.В.
Выполните деление. ГДЗ Математика 6 класс Чесноков. Дидактические материалы по математике для 6 класса. Вар.1 Вопр.161
Кто сможет? Выполните деление:
(Подробнее…)
ГДЗМатематика6 классЧесноков А.С.
ГДЗ. Математика. Базовый уровень ЕГЭ — 2017. Вар.№45. Зад.№1.Под руководством Ященко. Помогите найти значение выражения.
Здравствуйте! Помогите найти значение выражения: (Подробнее…)
ГДЗЭкзаменыМатематикаЯщенко И.В.
Измерение скорости движущихся объектов с помощью стробоскопической фотографии
Научные проекты
19 отзывов
Аннотация
Стробоскоп может осветить всю комнату всего за десятки микросекунд.
Недорогие стробоскопы могут мигать до 10-20 раз в секунду. Этот проект покажет вам, как использовать стробоскопическую фотографию для анализа движения.
Резюме
Фотография, цифровая фотография и видео
В среднем (6-10 дней)
Для этого проекта требуется камера с регулируемой выдержкой и апертурой объектива, штатив и спусковой тросик.
Специализированные товары
Низкая стоимость (20–50 долларов США)
Без опасностей
Эндрю Олсон, доктор философии, Научные друзья
Источники
- Harris, R., (1991). Понимание разрешения: часть I: объектив, пленка и бумага. Фотолаборатория и творческие методы работы с камерой. Март/апрель 1991 г.
Цель
Цель этого эксперимента — откалибровать стробоскоп с переменной частотой, а затем использовать его для измерения скорости мячика для пинг-понга (или другого движущегося объекта).
Введение
Как «заморозить» движение с помощью камеры? Первый ответ, который, вероятно, приходит на ум: «Используйте короткую выдержку». Если датчик камеры (или пленка) подвергается воздействию света только в течение очень короткого времени, движущийся объект может казаться неподвижным. Это зависит от того, как быстро движется изображение, проецируемое объективом, и как долго открыт затвор. Какие типы движения можно заморозить только с помощью выдержки? Мы можем сделать некоторые расчеты, чтобы увидеть.
Давайте представим, что мы собираемся сфотографировать бумажный самолетик. Самолет будет лететь параллельно плоскости пленки камеры. Для этого мысленного эксперимента мы сделаем несколько предположений. Мы будем использовать числа, которые упростят создание «эмпирического правила» для размытия в движении. Предположим, что самолет движется со скоростью 1 м/с. Кроме того, предположим, что мы разместили камеру так, что поле зрения захватывает ровно 1 м траектории полета самолета.
Наконец, предположим, что мы используем 35-мм пленочную камеру с выдержкой 1/1000 с.
Какое расстояние пролетит самолет при открытом затворе?
1 м/с × 1/1000 с = 1/1000 м = 1 мм
Какое расстояние пролетит изображение самолета на пленке? Для этого расчета мы установили пропорцию между горизонтальной протяженностью поля зрения и изображением на пленке. Полный кадр типичного 35-мм негатива на самом деле чуть больше 35 мм в поперечнике, что-то вроде 37 мм. Итак, чтобы найти расстояние x, на которое перемещается изображение самолета на пленке, мы можем написать:
1 мм/1000 мм = x/37 мм = 0,037 мм
Изображение будет перемещаться на 1/1000 горизонтального размера кадра. Заметим ли мы это в печати? Трудно сказать с точностью (прочитайте информацию о Understanding Resolution и Understanding Sharpness (Reichmann, 2006). Невооруженный человеческий глаз может различать 4 строки на мм (л/мин) с довольно высококонтрастной целью (Harris, 1991).
Для отпечатка размером 4″×6″) 1/1000 кадра соответствует:
6 дюймов/1000 × 25,4 мм/дюйм = 0,15 мм
Принимая обратное значение, мы получаем 6,6 л/мин, что выше порогового значения. Однако резкость изображения зависит не только от разрешения, но и от того, как мы воспринимаем краевые переходы на изображении. Так что это будет пограничный случай. Если мы увеличим размер изображения до размера отпечатка 8 × 10 дюймов, мы окажемся на пороге 4 л/мин и определенно ожидаем, что сможем заметить небольшое размытие из-за движения самолета.
Из наших приблизительных расчетов мы заключаем, что только выдержка затвора может дать нам пограничные моментальные снимки объектов, движущихся со скоростями, соответствующими 1/1000 горизонтальной протяженности изображения. Для более крупных отпечатков скорость должна быть еще ниже. Можем ли мы что-нибудь сделать, чтобы объекты двигались быстрее?
Другой подход заключается в использовании короткой яркой вспышки света для захвата движения.
Поскольку скорость вращения типичного оконного вентилятора (обычно в диапазоне 300–900 об/мин или 5–15 Гц) аналогична скорости вращения недорогих стробоскопов (максимальная частота обычно находится в диапазоне 10–20 Гц), Вы можете откалибровать стробоскоп с помощью вентилятора, вращающегося с известной скоростью.
Что произойдет, если стробоскоп будет мигать медленнее скорости вращения вентилятора? Можно ли настроить стробоскоп так, чтобы он освещал лопасть вентилятора каждые полтора оборота? Используя такие шаблоны, вы можете выполнить несколько калибровок стробоскопа с одной скоростью вращения вентилятора.
Термины и понятия
Чтобы выполнить этот проект, вы должны провести исследование, которое позволит вам понять следующие термины и понятия:
- Ксеноновая импульсная лампа
- Частота
- Период
- Циклов в секунду (Гц)
- Число оборотов в минуту (об/мин)
Вопросы
- Если вентилятор вращается со скоростью 500 об/мин, сколько раз он вращается в секунду?
- Если вентилятор вращается со скоростью 300 об/мин, каков его период в секундах?
- Если регулируемый стробоскоп может мигать с частотой от 1 до 10 Гц, с каким диапазоном скоростей вентилятора (в об/мин) он может синхронизироваться?
- Если стробоскоп точно синхронизирован с вентилятором, лопасть будет каждый раз подсвечиваться в одной и той же точке цикла вращения и не будет казаться, что она движется.
Каково будет кажущееся движение лопасти вентилятора, если стробоскоп настроен на несколько более высокую частоту, чем частота вращения двигателя вентилятора? На чуть более низкую частоту? - Как нужно отрегулировать частоту стробоскопа, чтобы вентилятор освещал каждые пол-оборота? Каждые три четверти оборота? Каждые полтора оборота?
Каково будет кажущееся движение лопасти вентилятора, если стробоскоп настроен на несколько более высокую частоту, чем частота вращения двигателя вентилятора? На чуть более низкую частоту?Библиография
- Авторы Википедии, 2006 г. Ксеноновая лампа-вспышка, Википедия, Бесплатная энциклопедия. Проверено 6 февраля 2006 г. .
- Харрис, Р., 1991. Понимание разрешения: Часть I: Объектив, пленка и бумага. Фотолаборатория и творческие приемы камеры. Март/апрель 1991 г.
- Райхманн, М., (2018, 2 марта). Понимание разрешения. Светящийся пейзаж. Проверено 1 июля 2020 г.
- Райхманн, М., (2018, 27 июня). Понимание резкости. Светящийся пейзаж. Проверено 1 июля 2020 г.
- Райхманн, М., (2019, 13 января). Подробнее о понимании разрешения. Светящийся пейзаж. Проверено 1 июля 2020 г.
Материалы и оборудование
Для проведения эксперимента вам потребуются следующие материалы и оборудование:
- Проблесковый маячок с регулируемой частотой (обычно доступен с регулировкой 0–10 Гц или 0–20 Гц)
- Вентилятор с известной скоростью (скоростями) (в об/мин)
- Транспортир
- Линейка
- Лента
- Маркировочный карандаш
- Камера с регулируемой выдержкой и апертурой объектива
- Штатив для камеры
- Тросик или пульт дистанционного управления для камеры
- Стабильное положение для установки стробоскопа рядом с камерой
- Стол для пинг-понга, ракетки и мячик с местом для камеры на штативе
- Один или несколько помощников, чтобы бить по мячу, пока вы работаете с камерой и стробоскопом (или наоборот)
Экспериментальная процедура
Калибровка частоты стробоскопа
- Проведите предварительное исследование и убедитесь, что вы понимаете термины, концепции и вопросы, изложенные в разделе «Предпосылки».
- С разрешения родителей сделайте небольшую, но хорошо заметную отметку возле конца одной из лопастей вентилятора, чтобы вы могли отличить ее от других. Например, вы можете использовать маркер темного цвета на светлом лезвии или прикрепить небольшой лист бумаги с высококонтрастным рисунком на темном лезвии. (Обратите внимание, что лучше всего проводить наблюдения со стороны впуска вентилятора, чтобы сильный ветер не дул вам в лицо. Это также облегчит задачу, если вы настроите все так, чтобы фон хорошо контрастировал. с лопастями вентилятора.)
- Используя транспортир, линейку и ленту для маркировки, отметьте углы с шагом 30° по окружности вентилятора.
- Для каждой скорости вентилятора рассчитайте частоты стробоскопов, которые будут освещать отмеченную лопасть каждые четверть и каждые одну треть оборотов. Если ваш стробоскоп достаточно быстрый, вы также можете отрегулировать его, чтобы освещать лопасть вентилятора каждые три четверти оборота.
- Если у вашей регулировки частоты стробоскопа нет циферблатного индикатора, вырежьте круг соответствующего размера из бумаги, чтобы сделать его. Используйте следующую процедуру для калибровки циферблата.
- Включите вентилятор на самую низкую скорость. Включите стробоскоп и регулируйте частоту, пока свет не «заморозит» движение отмеченной лопасти вентилятора. Скорость двигателя вентилятора может незначительно колебаться с течением времени. Вы хотите отрегулировать стробоскоп так, чтобы отмеченное лезвие выглядело как можно более неподвижным.
- Отметьте положение на индикаторе. Эта частота (количество вспышек в минуту) соответствует скорости двигателя вентилятора (в об/мин). Поскольку будет более естественно рассчитывать скорость в метрах (или футах) в секунду, вы, вероятно, захотите преобразовать числа для вашего стробоскопа в количество вспышек в секунду (Гц), а не в fpm.
- Как будут двигаться отмеченные лопасти вентилятора, если немного увеличить частоту стробоскопа? Чуть ниже? Попробуйте и посмотрите.
- Если ваш вентилятор имеет несколько скоростей, повторите процедуру для каждой скорости. Отметьте новые точки синхронизации на циферблате.
- Всегда полезно перепроверить, поэтому вернитесь к скорости вентилятора еще раз и еще раз проверьте свои калибровочные метки на шкале стробоскопа.
Используйте следующую процедуру для калибровки циферблата.
Отметьте новые точки синхронизации на циферблате.Стробоскопическая фотосъемка и измерение скорости для пинг-понга
- Для достижения наилучших результатов сделайте темный фон рядом со столом для пинг-понга с развешанной тканью.
- Рекомендуется пометить ткань шкалой расстояний (например, с помощью клейкой ленты) для справки. Помните, что вам также понадобится шкала расстояний в плоскости мячика для пинг-понга (например, прямо по центру стола). Можно сделать отдельный снимок эталонной шкалы, находящейся в плоскости шара. Затем вы можете использовать пропорции для расчета коэффициента преобразования из масштаба фона в масштаб плоскости шара. Пока вы не двигаете камеру и держите мяч в центре стола, вы будете знать, как рассчитать расстояние, конвертируя его из шкалы на фоновой ткани.
- Установите камеру на штатив с противоположной от фона стороны стола на расстоянии, позволяющем захватить большую часть или всю длину стола. Сделайте все возможное, чтобы установить камеру параллельно длинной оси стола. (Подумайте, как проверить это в видоискателе.)
- Вы захотите поэкспериментировать со своей настройкой, чтобы определить наилучшую апертуру объектива для использования со стробоскопом. Вам нужно сделать серию снимков с разными значениями диафрагмы, используя только одну стробоскопическую вспышку на снимок. Установите стробоскоп на 1 Гц и скорость затвора на 1 с. Сфотографируй всего после стробоскопическая вспышка. Затвор должен оставаться открытым до следующей вспышки, а затем закрываться. Сделайте серию фотографий неподвижных мячиков для пинг-понга, используя последовательные отверстия. Отметьте в лабораторной тетради, какие настройки использовались для каждого изображения. Используйте эти изображения, чтобы выбрать наилучшую настройку диафрагмы для вашего эксперимента.
- Для фотографий движущегося мячика для пинг-понга вы будете использовать стробоскопический свет с более высокой частотой из ваших предыдущих калибровок (см. выше).
- Старайтесь, чтобы мяч двигался по плоскости вниз по центру стола.
- Поэкспериментируйте с длительностью экспозиции 1 с (обычно доступно на камере) или дольше (с настройкой B). Используйте спусковой тросик (или пульт дистанционного управления на более новых камерах), чтобы избежать сотрясения камеры.
- Обязательно записывайте настройки экспозиции, частоту стробоскопа и любые дополнительные примечания (например, «мячик для пинг-понга не в линии на этом снимке») в своем лабораторном журнале.
- Обработайте и распечатайте фотографии (или сделайте это сами).
- Используя шкалу расстояний (см. выше), измерьте расстояние, пройденное мячом между последовательными вспышками. Зная частоту стробоскопа, можно рассчитать среднюю скорость для каждого интервала.
- Предложение: под каждой фотографией покажите график, показывающий скорость мяча в каждой точке, где вспыхнул стробоскоп.
- С какой скоростью движется мяч? Какую максимальную скорость мяча вы можете измерить с помощью этой установки?
- Попробуйте придать мячу обратное вращение и проанализировать результирующее движение, когда мяч отскакивает.
Сделайте все возможное, чтобы установить камеру параллельно длинной оси стола. (Подумайте, как проверить это в видоискателе.)
выше).
Задать вопрос эксперту
У вас есть конкретные вопросы о вашем научном проекте? Наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают всю работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.
Задать вопрос
Варианты
- Используйте стробоскоп и камеру для анализа движения маятника, который ускоряется и замедляется при падении и подъеме соответственно.
- Можете ли вы придумать другие движущиеся объекты для фотографирования и анализа?
- Другим (и, возможно, более точным) способом калибровки стробоскопа является использование фотодиодной схемы, подключенной к осциллографу или аналого-цифровому преобразователю. Вы можете точно измерить частоту на экране осциллографа или проанализировав оцифрованные данные с помощью компьютера.
Вакансии
Если вам нравится этот проект, вы можете изучить следующие родственные профессии:
- Руководство по проекту научной ярмарки
- Другие подобные идеи
- Идеи проекта фотографии, цифровой фотографии и видео
- Мои любимые
Лента новостей по этой теме
,
,
Процитировать эту страницу
Общая информация о цитировании представлена здесь.
Обязательно проверьте форматирование, включая заглавные буквы, для используемого метода и при необходимости обновите цитату.
MLA Style
Олсон, Эндрю. «Измерение скорости движущихся объектов с помощью стробоскопической фотографии». Научные друзья , 3 июля 2020 г., https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Photo_p003/photography-video/measuring-the-speed-of-moving-objects-with-stroboscopic-photography. По состоянию на 1 февраля 2023 г.
APA Style
Olson, A. (2020, 3 июля). Измерение скорости движущихся объектов с помощью стробоскопической фотографии. Полученное из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Photo_p003/photography-video/measuring-the-speed-of-moving-objects-with-stroboscopic-photography
Дата последнего редактирования: 2020 -07-03
Ознакомьтесь с нашими научными видеороликами
Как работает электромагнит?
Соберите игрушку для разбрызгивания воды
Решите задачу «Отражение в зеркальном лабиринте»!
Панорамы из видео
w3.org/1999/xhtml» cellspacing=»0″> Кристофер Дж. Холл
Lee Yerkes
любой кадр в видео. Наша работа исследует способы использования обычных видео для синтеза новых изображений, таких как панорамы, синтез синопсиса деятельности (также иногда называемый хронофотографией, связанной со стробоскопией) и изображения с удаленной окклюзией.
Введение
Видео представляет собой серию связанных изображений, которыми можно манипулировать для синтеза новых интересных изображений, содержащих больше информации, чем любой отдельный кадр в видео. Наша работа исследует способы использования обычных видео для синтеза новых изображений, таких как панорамы, синтез синопсиса деятельности (также иногда называемый хронофотографией, связанной со стробоскопией) и изображения с удаленной окклюзией. Эта работа во многом была вдохновлена хронофотографией и изображениями, созданными с помощью стробоскопа.
Наша работа основывается непосредственно на идеях работы Глейхера и Лю по созданию панорам из видео, выбору оптимальных кадров с использованием мер качества кадров и использованию оптического потока для удаления динамических объектов, которые впоследствии могут быть добавлены для создания синтеза синопсиса действий (1). ). Этим хронопанорамам приданы новые повороты, вдохновленные хронофотографией и стробоскопическими изображениями, такие как вариативное смешивание и окрашивание объектов. Также исследуется новая идея удаления статических объектов путем перемещения камеры относительно сцены.
Литературный обзор
Хронофотография обычно считается предшественником кино, поэтому кажется естественным использовать кино в качестве источника изображений, используемых в хронофотографии. Первоначальная цель хронофотографии заключалась в том, чтобы помочь ученым изучать движущиеся объекты, прежде всего людей и животных. Чтобы осмысленно зафиксировать это движение, требовалось, чтобы дискретные изображения были захвачены быстро.
Еще в 1832 году Жозеф Плато из Бельгии изобрел стробоскоп, устройство, которое позволяло ему вращать колесо с изображениями на нем, позволяя пользователю видеть изображение через щель, создавая видимость движения. В 1917 марта французский инженер Этьен Эмихен построил камеру, способную снимать 1000 кадров в секунду, и запатентовал первый электрический стробоскоп. В 1931 году Гарольд Юджин Эдгертон, инженер-электрик из Массачусетского технологического института, использовал мигающую лампу для изучения движущихся частей машин. Это привело к нескольким изображениям, которые стали известными произведениями искусства, такими как корона капли молока, пуля, застывшая в воздухе, колибри в полете или танцоры в движении. С несколькими независимыми изображениями негативы можно наложить друг на друга в темной комнате, чтобы создать одно неподвижное изображение, фиксирующее движение (2; 3). Гарольд Эдгертон применял эту технику во многих ситуациях и популяризировал стробоскопию (4). Эти ранние изображения были черно-белыми, см.
рис. 1 и 2.
Рис. 2. Площадка крана (5)
Стробоскоп эффективно использовался для изучения движения объектов во многих системах. Изображения, созданные с помощью стробоскопов, часто используются в текстах по физике. Такие (3) изображения можно использовать для измерения скорости и расчета ускорения. Более современные цветные изображения, созданные с помощью стробоскопов, показаны на рисунках с 3 по 5. Сегодня цифровая фотография сделала такие методы еще проще. Хронофотография была достигнута людьми, использующими несколько снимков, сделанных с камеры, с последующей некоторой постобработкой в Photoshop для достижения некоторых интересных результатов. Хронофотографии нашли свою нишу для съемки коротких моментов в спорте, таких как вейкбординг и трюки на скейтборде (рис. 6). Кроме того, использовались специальные эффекты, такие как постепенное появление и исчезновение объекта на фотографии в разные моменты движения для придания художественного вкуса, см.
Рисунок 7 (6).
Рисунок 3. Путь прыгающего баскетбола захвачен Рисунок 4. Движение танцовщицы захвачено (4)
8393
8283
92828283
8293
8293
79
79
79
Рис. 5. Хронофотография показывает качели (4) Рисунок 6. Трюк со скейтбордингом (6)
Рис.
7. Прыжок с разбега с затуханием (6)
Совсем недавно Глейхер и Лю опубликовали методологию создания панорам из веб-видео, см. рис. 8 и 9. В своей работе они рассматривают видео в Интернете в поисках панорам, используя такие критерии, как качество видео (не размытое или блочное) и покрытие большое поле зрения (1). Во многих веб-видео есть движущиеся объекты, Глейхер и Лю использовали этот факт для создания хронофотографических панорам или того, что они называют синтезом синопсиса деятельности. При допущении большого статического фона с меньшими движущимися объектами переднего плана сначала можно было бы провести гомографию между парами изображений. Используя гомографии для выравнивания изображений, оптический поток можно затем использовать для обнаружения движущихся объектов, см. рис. 10. Динамические объекты были удалены для создания статической панорамы, см. рис. 11. Теперь динамические объекты можно выборочно вставлять в панораму для создания «синтез синопсиса деятельности», см.
рис. 12. Другие результаты показаны на рис. 13. (1)
Рисунок 8. Панорама, созданные из видео (1) Рисунок 9. Больше панорамы, созданных из видео (1)
(A) Оптичный поток Threshaled 3333938
(A) Optical Flip Threshalded 33339399389928928928928938938
(A).
(б) Обнаруженные динамические объекты
Рис. 10. Идентификация лыжника с помощью оптического потока Глейхера и Лю (1)
Рисунок 11. Панорама заднего плана лыжника (1)
Рисунок 12. Синопсис деятельности лыжника(1)
Рисунок 13. Примеры синтеза синопсиса деятельности (1)
Панорамы
Работа над этим проектом началась с кода создания панорам, разработанного в Matlab для Домашней работы 4, примененного к видео.
Кадры были взяты из видео, которые легко создавали панорамы, см. Рисунок 14. К сожалению, это не коммерческое программное обеспечение, и читатель заметит, что изображения по краям часто не выглядят хорошо выровненными со своими соседями. На самом деле они выровнены так же, как и другие, но накопленная ошибка в омографиях вызывает дрейф, который приводит к этой ошибке. Поэтому большие панорамы смотрятся не так хорошо. На рис. 15 показан пример высококачественных изображений с высоким разрешением. Обратите внимание, что крайнее левое изображение не выглядит хорошо выровненным. При более низком разрешении кадров с видеокамеры такие ошибки накапливаются быстрее, см. рис. 16. На рис. 17 показаны исходные изображения, использованные для создания рис. 16. Некоторые точки для создания гомографий приходилось вводить вручную, так как в сцене много неба и области океана, в которой SIFT не смог найти хорошие ключевые точки. Передав эти изображения Autostitch, мы получили Рисунок 18, который представляет собой красивую панораму, но все же в ней упущены многие ключевые точки, и это уменьшенная панорама (7).
Уменьшение изображений, используемых при создании панорамы, сделанной с помощью нашего программного обеспечения, также дает лучшие результаты, см. рис. 18. Панорама моста Золотые Ворота была сделана с использованием видео, снятого пару лет назад, без намерения использовать его для создания панорамы, это отражает Идея Глейхера и Лю о создании панорам из веб-видео (1). Успешное создание панорамы из такого источника показывает, что наш метод хорошо обобщает.
Рисунок 14. Панорама картины в арт-центре Chazen
Рис. 15. Панорама с использованием неподвижных изображений
Рис. 16. Сцена моста Золотые Ворота, видео не сделано для этого проекта
Рис.
Рисунок 18. Autostitch San Francisco Рисунок 19. Мост Золотые Ворота, видео не сделано для этого проекта
Измерение качества
Глейхер и Лю обнаружили, что их программное обеспечение для создания панорам требует видео высокого качества, используя YouTube, они могут выполнять поиск по множеству видео, а из видео высокого качества использовать только кадры самого высокого качества для создания панорамы (1). Они использовали работу Вана и Тонга, чтобы определить, были ли изображения сильно размытыми или были очень блочными, и игнорировали такие кадры (8; 9). Видео, с которыми мы работали, были более низкого качества и страдали в основном от размытия в движении, поэтому мы использовали работу Narvekar, чтобы выбрать из наших низкокачественных видео кадры самого высокого качества (10). Чтобы привести пример того, как это работает, рассмотрим видео «traffic.
avi» инструментов обработки изображений Matlab (11). Рисунок 20 представляет собой график зависимости качества кадра от количества кадров, минимум соответствует кадру наихудшего качества (см. Рисунок 21(a)), а максимум соответствует кадру самого высокого качества (см. Рисунок 21(b)). Работа с показателями качества позволила нам выбрать лучший кадр из набора для использования в панораме.
Figure 20. Quality of frames, higher values correspond to higher quality
(a) Lowest quality frame (b) Highest quality frame
Figure 21. Quality of кадры для видео «трафик»
Optical Flow
Далее мы хотели найти на видео движущиеся объекты. Для этой задачи мы пошли по пути Глейхера и Лю, используя оптический поток (1). Был использован код Фримена для расчета оптического потока между двумя изображениями (12).
Оптический поток создавал значения с плавающей запятой для компонентов x и y оптического потока в каждом пикселе. Была найдена норма L1 или L2 для каждого пикселя, и значения были сравнены с установленным пользователем порогом. Пиксели с компонентами высокой скорости (выше порога) соответствуют движущемуся объекту, а компоненты низкой скорости соответствуют статическим объектам. На рисунках 22 и 23 представлены репрезентативные изображения из видео «дорожного движения», которые показывают шаги нашего алгоритма для обнаружения движущихся объектов. В случаях, когда камера движется, все пиксели имеют компонент скорости, но те пиксели, которые движутся быстрее, будут иметь компонент скорости выше. Мы обнаружили, что этот трюк можно использовать для удаления статических объектов переднего плана, когда видеокамера находится в движении. Хотя пиксели фона также перемещаются, пиксели переднего плана перемещаются быстрее относительно видеокамеры.
Оптический поток | Статические объекты | Динамические объекты |
(a) Оригинальная видеокадра (b) Оптический поток
(c) Обнаруженные динамические объекты (D) обнаруженные статические объекты
Рисунок 22.
Репрезентативные изображения из трафика видео
(a) Оригинальный видео кадр (B) Оптический поток
(C) обнаруженные динамические объекты (D) обнаруженные статические объекты
Рисунок. Рисунок 23. Больше репрезентативных изображений из видеозаписи дорожного движения
Приложения
Помимо создания панорам из видео неподвижных изображений были исследованы несколько приложений, таких как извлечение статического фона, синтез синопсиса деятельности или хронопанорамы, а также удаление статических объектов. Было показано, что все они работают хорошо.
A. Извлечение статического фона
После обнаружения движущихся объектов статический фон теперь можно отделить от динамических изображений переднего плана. Использование медианы (во избежание выбросов) всех статических объектов в заданном месте на серии кадров дает одно статическое изображение, см.
рис. 24. Если движущийся объект обнаружен на части изображения, он будет выглядеть как черная дыра. на изображении. Это также можно использовать для создания неподвижных панорам в случае обнаружения движущихся объектов на переднем плане, как показано в результатах.
B. Activity Synopsis Synthesis
Теперь со статическим изображением алгоритм может находить неперекрывающиеся динамические объекты и использовать метод вырезания и вставки, чтобы поместить их обратно в видео. В качестве альтернативы для получения более предсказуемых результатов пользователь может выбрать динамические кадры, которые он хотел бы добавить обратно, см. рис. 25. Когда в кадре находятся два или более динамических объекта, оба будут добавлены. хотели бы выбрать один набор динамических объектов для удаления из статического фона и другой набор динамических объектов для добавления в изображение, см. рис. 26.
Рисунок 24. Статический фон видео «дорожный»
Рис.
25. Видео «пробки» с добавленным ранее маршрутом автомобиля
Рисунок 26. Видео «дорожный трафик» с добавленным в
пути автомобиля и выборочным удалением другого автомобиля из одного кадра
Альтернативой использованию оптического потока для поиска и выбора динамических объектов является выбор пользователем объектов с помощью мыши. Оба метода были реализованы и использованы для этого проекта. Как только динамические объекты найдены, к изображениям можно применить множество идей. Динамические объекты могут появляться и исчезать со статическим фоном, создавая интересные иллюзии. Динамические объекты можно даже смешивать друг с другом для создания изображений, подобных тем, которые создает стробоскоп (на практике это не работает для нас, потому что оптический поток не находит узких границ для нашего динамического объекта). Цвета различных объектов могут быть принципиально изменены (например, с помощью RGB или L*a*b*) в разных точках их движения (на практике это не очень хорошо работает для нас, потому что оптический поток не находит плотный поток).
границы для нашего динамического объекта). Можно использовать фон в качестве фона для игры, а движущиеся объекты рассматривать как спрайты.
C. Эффект стробоскопа
Можно создать особый вид синтеза синопсиса деятельности, который хорошо имитирует эффект стробоскопа Гарольда Эдгертона. Обратите внимание, что эти изображения имеют темный фон с динамическим изображением переднего плана, движение которого может перекрываться. Тогда для этого потребуется хороший алгоритм для удаления фона с переднего плана, можно даже использовать «синий экран» для простого вычитания фона. синий экран», мы выбрали динамические объекты переднего плана вручную. Результаты для теннисного мяча показаны на изображении ниже с тремя разными частотами видеокадров. Поскольку наша методология отличалась от типичного стробоскопа, мы можем преобразовать эти результаты в более знакомый вид синтеза синопсиса деятельности, см. ниже. Наиболее важным аспектом, который отличается между этими результатами и
наши предыдущие результаты просто заключаются в том, что более жесткая граница объекта
границы необходимы для того, чтобы перекрытие между объектами не включало
статичный фон.
D. Удаление статических объектов
Много раз создаются видеоролики, в которых часть сцены скрыта. Ни одна фотография сама по себе не может запечатлеть реальную сцену, но серия фотографий может запечатлеть сцену, как будто окклюзии не было. Конкретно мы рассматриваем случай, когда фотографируемый объект плоский, окклюзия не позволяет беспрепятственному обзору, а видеокамера перемещается относительно сцены. Рисунки 27 и 28 иллюстрируют простой случай сценария с двумя изображениями карты, ни на одном из изображений не может быть видна вся карта. В таких случаях программное обеспечение для сшивки панорам может объединять изображения для создания панорамы, но препятствия остаются фантомными в сцене, см. рис. 29.. Используя оптический поток для поиска и удаления статических объектов, которые движутся относительно камеры быстрее, чем сцена на заднем плане, можно создать панораму с удаленным статическим объектом переднего плана, см.
Рисунок 30.
окклюзия
Рис. 29. Результат автоматической сшивки панорамы
Рисунок 30. Результат удаления окклюзии
ИСТОЧНИКА:
Окклюзированная карта
E. Удаление больших стек -оксфлений — «Peeking» E. Устранение больших стек -оксфлений — «Peeking» E. Устранение больших статических оксфлений -«.
можно захотеть запечатлеть сцену через щель в двери или штакетнике
изгородь. Предполагая, что снимаемая сцена в основном плоская или очень далекая
вдали, это может быть достигнуто во многом так же, как статические сцены
перестроены и статические окклюзии удалены. Объекты переднего плана (дверь
или забор) можно найти с помощью оптического потока, но мы находим, что в этом случае
в основном выявляются только края окклюзии (рис.
31).
Рисунок 31. Оптический поток туалетной кабинки
Чтобы найти перекрывающиеся области, мы создаем простой
бинарная маска всех пикселей ниже определенной интенсивности, указанной пользователем. Этот
имеет удовлетворительные результаты в том случае, если большинство пикселей
в фоновой области ярче. Видеть
Рисунки 32 и 33.
Это изображение было снято через (довольно большую) щель в ванной.
ларек. См. рисунки 33 и 34 для примера того, что происходит, когда сцена
слишком темно. Обратите внимание на выпавшие пиксели по краям синего цвета.
мусорные баки. Это изображение коридора было сделано через трещину
примерно 2-3 мм в ширину между двумя дверями. В попытке
убрать артефакты, при нахождении областей учитывался оптический поток
представляют интерес на рисунках 35 и 36.
Этот метод уменьшил «полосатость» продукта, но, к сожалению,
также удалено много пикселей из фоновой области.
Figure 32.
Selected pixels from chosen frames of the source video Figure 33. Resulting image
Figure 33. Selected pixels from chosen frames of the source video Figure 34. Resulting image
Рисунок 33. Выбранные пиксели из выбранных кадров исходного видео Рисунок 34. Результирующее изображение
Исходные видео:
Экспериментальные результаты
Несколько примеров результатов были получены с использованием разработанных методов. Некоторые из них следуют:
Рядом с лагерем Рэндалл
Сообщения, такие как YMCA, могут быть написаны человеком
Динамические объекты можно перекрашивать, что было бы визуально более впечатляющим, если бы оптический поток давал более узкие границы нашим объектам переднего плана
Крис делает колесо
Кафе возле стадиона
Движение колеса зафиксировано
Улавливается больше движения колеса тележки
Использование камеры с более высоким разрешением дает более качественные результаты
Корзина 1 | Корзина 2 |
Предметы убраны из спортзала
Удар сделан, в некоторых моментах мяч немного размыт
Выстрел сделан, пользователь может выбрать, какие точки оставить
Сделан еще один снимок, однако многие кадры, фиксирующие движение, были плохого качества
Для художественной ценности мяч выборочно появляется и исчезает, мяч наиболее острый при выходе
из рук стрелка и при входе в сетку, привлекая внимание зрителя к этим точкам
Каталожные номера
[1] F Лю, Ю.
Ху и М. Л. Глейхер, «Обнаружение панорам в веб-видео», в материалах 16-й международной конференции ACM по мультимедиа, с. 329–338, 2008.
[2] «Хронофотография – википедия, бесплатная энциклопедия». http://en.wikipedia.org/wiki/Хронофотография.
[3] «Стробоскоп — википедия, бесплатная энциклопедия». http://en.wikipedia.org/wiki/Стробоскоп.
[4] «Введение в цифровую стробоскопическую фотосъемку». http://people.rit.edu/andpph/text-digitalstroboscopy.html.
[5] «Стоп-кадр: движущаяся история хронофотографии | гаджеты, наука и технологии». http://gajitz.com/freeze-framesthe-moving-history-of-chronophotography/.
[6] «Руководство для начинающих по съемке движения в фотографии». http://www.digital-photographyschool.com/a-beginners-to-capturing-motion-inyour-photography.
[7] М. Браун и Д. Лоу, «Автоматическое сшивание панорамных изображений с использованием инвариантных функций», Международный журнал компьютерного зрения, том. 74, нет. 1, с. 59–73, 2007.
[8] Х.