Fotokinemetria

Warunki filmowania pomiarowego.

1. Do filmowania pomiarowego stosować należy kamery z napędem elektrycznym, wyposażone w obiektywy długoogniskowe (teleobiektywy) zmniejszające błędy perspektywy oraz lustrzankowe układy optyczne.

2. kamera powinna być ustawiona na masywnym statywie, eliminującym drgania, w dość znacznej odległości od filmowanego obiektu, na wysokości środka geometrycznego ruchu obiektu.

3. Oś optyczna obiektywu kamery powinna być skierowana prostopadle do głównej płaszczyzny ruchu filmowanego obiektu.

4. W celu określenia skali pomniejszenia zdjęcia i przyjęcia układu współrzędnych dla ruchu, niezbędne jest filmowanie układu odniesienia, kontrastującego z tłem, umieszczonego w pobliżu lub w płaszczyźnie ruchu obiektu.

5. Dla ułatwienia odczytu obrazu zarejestrowanego na materiale światłoczułym, wskazane jest wprowadzenie na taśmę filmową informacji identyfikujących (rodzaj obiektu, warunki filmowania; częstotliwość zdjęć, data badań, numer próbny itp.). Niezależnie od zapisu tych danych na poszczególnych kinogramach, niezbędne jest wprowadzenie ich do protokołu dokumentującego program badań.

6. Dla weryfikacji rzeczywistej ( w danych warunkach temperatury, rodzaju taśmy, zasilania itp.) i nastawionej częstotliwości zdjęć filmowych, wskazane jest filmowanie chronometru lub stosowanie markerów prędkości przesuwu taśmy, np. kaset ze znacznikami czasu, lub t.p.

7. Ze względu na bezwładność układów elektromechanicznych kamer filmowych, wskazane jest wcześniejsze włączenie kamery, wyprzedzające ruch filmowanego obiektu.

8. W celu zmniejszenia błędów odczytu współrzędnych analizowanych z filmu punktów wskazane jest, aby badany obiekt był filmowany w obcisłym stroju sportowym, z uprzednio zaznaczonymi na ciele charakterystycznymi punktami, jak np. położenie środków obrotu stawów lub środków mas segmentów ciała.

9. W celu zapewnienia wymaganej ostrości obrazu oraz dobrej rozdzielności faz i mikrofaz filmowanego ruchu, wskazany jest dobór odpowiedniej (wysokiej) częstotliwości zdjęć, zależnej również od jasności obiektu oraz czułości stosowanej taśmy filmowej.

10. W trakcie filmowania, podobnie jak i podczas projekcji obrazu punktów pomiarowych, nie należy regulować ostrości obrazu, powodującej zmianę skali zdjęć.

Fotokinematyka - jest to metoda rejestracji i analizy ruchu. Rejestracja dokonujemy przy pomocy tradycyjnej kinomatografii biomechanicznej szybkoobrotowej lub wideofilmowania oraz przy pomocy optoelektronicznych technik.

Fotokinematykę dzielimy na fotometrię (stroboskopia migawkowa, stroboskopia błyskowa) i kinemtrię.

Metody fotometryczne - polegają na rejestracji położenia obiektu na tym samym materiale świtłoczułym poprzez wielokrotne naświetlenie:

• kinematografia biomechaniczna - metoda filmowej rejestracji ruchu obiektów oraz metoda analizy ruchu,

• kinematografia szybkoobrotowa - metoda filmowej rejestracji ruchu obiektów z duża częstotliwością zdjęć,

• optoelektronika pomiarowa - metoda elektronicznego i optycznego przetwarzania, przekazywania pomiaru i analizy sygnałów świetlnych wykorzystując fizyczne procesy przetwarzania światła zachodzące w kamerach optoelektronicznych, umożliwia poprzez sprzężone z komputerem dokonywanie analiz i pomiarów ruchu w czasie rzeczywistym.

Kamera Video.

Część zdjęciowa składa się z obiektywu zmiennoogniskowego i płytki usianej małymi sensorami CCD. Zadaniem sensorów CCD jest zamiana światła, pochodzącego od obiektu zdjęcia i docierającego do niego poprzez obiektyw, na sygnały elektryczne. Powierzchnia płytki składa się z setek tysięcy fotokomórek, każda z tych komórek wytwarza sygnał elektryczny o intensywności proporcjonalnej do intensywności padającego na nią światła. W ten sposób fotokomórki wytwarzają jakby elektroniczna mapę odpowiadającą zmianą światła i cieni- mapa ta to nic innego jak obraz obiektu znajdującego się przed obiektywem. Impulsy elektryczne wytwarzane przez CCD są doprowadzane do części rejestrującej kamery. Jej zasadniczym elementem jest cylinder, na którym znajduje się do 4 głowic rejestrujących - po powierzchni tego cylindra przesuwa się napięta taśma. Głowice zapisują na taśmie sygnały pochodzące od CCD, to jest ich funkcja rejestrująca. Głowice również odczytują z taśmy sygnały uprzednio na niej zarejestrowane - to stanowi ich funkcję przegrywającą. W tej części kamery następuje również rejestracja dźwięku - sygnał dzwiękowy pochodzi jednak od mikrofonu, nie od sensorów CCD.

Analizator filmu - sprzęt niezbędny do przeglądania uzyskiwanych materiałów, pozwala na szybkie określenie współrzędnych analizowanych punktów co w przypadku braku dostepu do komputera jest niemożliwe, stąd nazwa system półautomatyczny, gdy użyjemy komputera wówczas dane zarejestrowane na taśmie perforowej wprowadzamy do komputera, a tam po ich odczytaniu dokonuje wszystkich obliczeń związanych z kinematyczną i dynamiczną analizą ruchów człowieka.

Przy kamerach 16mm częstotliwość standardowa to 16 klatek na sekundę.

Kinogram - zbiór klatek filmowych z zarejestrowanym sekwencyjnie przebiegiem ruchu.

Kamery optoelektryczne

Kamera ta sczytuje współrzędne markerów (diody) umieszczonych na zawodniku. Sczytuje ich współrzędne i wczytuje je do komputera.

Zastosowanie - badania rehabilitacyjne, neurologiczne, sport, ergonomia.

Obliczanie podstawowych wielkości kinematycznych.

F - ile klatek na sek.

α - pomniejszenie np. 1 : 5 - pięć razy mniejsze

β - odstęp czasowy - np. 2 (obliczamy co drugą klatkę)

DANE

F = 200

α = 1 : 5

β = 2

kr = 0,5

WZORY

Nr klatki	x (mm)	d' (mm)	Vx (m*s^-1)
1	10
2	12	6	3
3	16	12	6
4	24	20	10
5	36	32	16
6	56	44	22
7	80

V = d' * kr (m * s^-1)

kr = (s^-1)

a = d'' * ka (m * s^-2)

ka = (s^-2)

OPTYKA

Soczewka - ciało przezroczyste ograniczone z 2 stron 2 powierzchniami kulistymi lub jedną kulista, jedna płaską.

Oś główna soczewki - prosta przechodząca przez środki powierzchnia kulistych .

Grubość S - oś zawarta między pow. kulistymi.

Typy soczewek:

• skupiająca - w środku grubsze niż na brzegach (dwu-, płasko-, wklęsło wypukłe).

• rozpraszające - w środku cieńsze niż na brzegach (dwu-, płasko-, wypukłowklęsłe).

Ogniskowa - odległość od ogniska do środka soczewki.

Ognisko - punkt w którym przecinają się promienie świetlne po przejściu przez soczewkę, padające na nią równolegle do osi głównej soczewki.

Obiektyw - obraz fotograficzny jest uzależniony od użytego obiektywu, jego wymiarów, zdolności odtwarzania perspektyw, pola widzenia, stopnia i zakresu ostrego rysunku, obraz optyczny tworzy odwrócony rzeczywisty obraz przedmiotu.

Budowa obiektywu - soczewki oprawione, unieruchomione obracają się w oprawie z lekkiego materiału o dużej wytrzymałości.

Podział obiektywów:

• obiektywy o układzie teleskopowym,

• obiektywy mikroskopów,

• obiektywy fotograficzne i projekcyjne,

Przesłona - stosunek średnicy otworu czynnego do ogniskowej obiektywu, zwiększenie otworu przesłony o 1 stopień powoduje dwukrotne zwiększenie natężenia światła padającego na taśmę filmową, przesłona określa ilość światła potrzebną do powstania obrazu (tęczówka oczu), Migawka - umożliwia dostęp światła.

d' -odejmujemy
co drugą klatkę,

Vx - d' * kr,

x - oddalanie się
w fazie poprzecznej.

F * α

Β * 1000

F² * α

Β² * 1000

---