Smolińska Kinga
Szymczak Dorota
Wojtakajtis Magdalena
grupa II żeńska
Pomiar parametrów kinematycznych ruchu człowieka metodą fotogrametryczną.
Wynalezienie i praktyczne wykorzystanie technik tworzenia trwałych obrazów za pomocą aparatu fotograficznego, przy wykorzystaniu materiałów światłoczułych i procesów fotochemicznych stworzyło nowe możliwości badawcze. Zdjęcie fotograficzne daje rejestrację przestrzennych parametrów fotografowanego obrazu, a seria zdjęć - film pozwala na określenie parametrów przestrzeni i czasu.
W 1901 roku jako pierwszy opracował ją E.J.Marey.
W biomechanice posiadanie informacji o zmianach położenia w czasie pozwala na określenie parametrów ruchu - prędkości i przyspieszenia, co z kolei pozwala na optymalizację techniki ruchu.
W czasie filmowania najważniejszym elementem decydującym o jakości zdjęć jest właściwe natężenie światła padającego na światłoczułą taśmę filmową. Parametrami umożliwiającymi sterowanie tą wielkością są:
przesłona
czas naświetlania
światłoczułość taśmy.
Gdy film ma zostać zastosowany jako metoda pomiaru drogi i czasu należy dokładnie przeanalizować niedoskonałości układu mechanicznego i optycznego kamery. Te niedoskonałości są powodem błędów w odwzorowaniu obrazów:aberracja sferyczna i chromatyczna, astygmatyzm, dystorsja, skrót perspektywiczny, błąd odwzorowania kątów oraz błędów w niestałej podstawie czasu, gdzie podstawą czasu jest częstotliwość przesuwu klatek filmowych i wymaga stałej kontroli ( np. filmowanie stopera przed i po filmowaniu właściwym lub ustawienie go w płaszczyźnie filmowania ).
Stosując metodę filmową do analizy ruchu używamy sztucznego układu odniesienia, którym mogą być kontrastowo pomalowane znaczniki lub prostokątne siatki. Układy odniesienia ustawia się w płaszczyźnie filmowania i możliwie blisko. Taki układ spełnia 2 zadania:1) jego określony punkt, zawsze ten sam, jest początkiem układu współrzędnych;2) układ odniesienia o stałych wymiarach pozwala określić skalę zdjęcia.
Istnieje również metoda fotograficzna, która jest użyteczna jako metoda pomiarowa, tzw. chronofotografię. Polega ona na wielokrotnym naświetlaniu tego samego materiału fotograficznego. Rozróżniamy jej trzy odmiany:1)naświetlanie błony filmowej przez promienie emitowane z miniaturowych źródeł światła umieszczonych jako punkty pomiarowe na poruszającym się obiekcie.2) bieg promieni świetlnych przerywa na określony czas wirująca przed obiektywem tarcza z wyciętymi w niej otworami. 3) obiekt fotografowany oświetlony jest błyskami emitowanymi przez lampę błyskową umieszczoną za aparatem
fotograficznym.
Istnieją wady i zalety chronofotografii w odniesieniu do metody filmowej. Jest dokładniejsza i szybciej otrzymujemy dane. Wynika to ze stałej podstawy czasu. Nie pozwala ona na uzyskanie dostatecznie małych przedziałów czasowych między punktami pomiarowymi. Nie dotyczy to metody filmowej, gdyż tam stosuje się kamery szybkoobrotowe. Chronografia stwarza mało naturalne warunki badania jego ruchu (laboratoryjne), inaczej niż w metodzie filmowej.
Zasady filmowania:
film musi być wykonywany kamerą, której oś obiektywu jest prostopadle umieszczona względem głównej płaszczyzny ruchu,
odległość filmowania powinna być stała,
w celu zmniejszenia zmian perspektywicznych filmowanego obrazu obiektyw kamery musi mieć mały kąt widzenia,
równocześnie musi być filmowany układ odniesienia, za pomocą którego określamy skalę i współrzędne poziome oraz pionowe,
częstotliwość zdjęć wynosi od 100 do 500 klatek na sekundę,
zdolność rozdzielcza w kierunku ruchu badanego powinna być większa niż 50 linii/ mm/ .
Można powiedzieć, że ruch układu jest zmianą jego położenia względem pewnego układu odniesienia opisaną za pomocą jednoznacznego i pełnego zespołu parametrów. Opis ruchu jest związany z określonym układem odniesienia. Ten sam ruch tego samego układu może wyglądać inaczej z różnych układów odniesienia.
Najprostszym ze sposobów określania położenia punktów w przestrzeni jest wektorowy zapis położenia. Obieramy punkt 0 będący punktem odniesienia. Położenie punktu obserwowanego w tym układzie odniesienia określamy za pomocą wektora r = OM, zwanego wektorem promieniem wodzącym. Opis ruchu wymaga określenia położenia punktu obserwowanego w każdej chwili czasu. Przy szczegółowym badaniu ruchu zastępujemy zapis wektorowy analitycznym. Wprowadzamy tu układ współrzędnych i określamy położenie punktu obserwowanego za pomocą współrzędnych w danym układzie/prostokątny/.
Analityczne równania ruchu są parametrycznymi równaniami toru punktu.Otrzymujemy tu tor w postaci dwóch równań wiążących współrzędne punktów linii stanowiącej tor punktu. Prędkość punktu jest pochodną wektora promienia wodzącego względem czasu. Zgodnie z tym, prędkość v punktu M nazywamy wektor, którego wartość bezwzględna jest równa wartości bezwzględnej pochodnej drogi punktu M względem czasu. Wektor v jest skierowany wzdłuż stycznej do toru rozpatrywanego punktu, w tę stronę, w którą w danej chwili punkt ten się porusza.
Przyśpieszenie jest pochodną wektora prędkości a tym samym drugą pochodną wektora wodzącego, względem czasu.
Analizę zmian położeń wybranych punktów określamy poprzez współrzędne x i y lub z. Wielkości t.j: prędkość, przyśpieszenie, siły itd. mają jednakowe kierunki wzdłuż osi x i y. Można bezpośrednio dodawać i odejmować ich moduły.
Aby przeprowadzić analizę zdjęć, musimy znać czas, jaki upłyną między kolejnymi klatkami filmu. Im większa częstotliwość zdjęć i im krótszy czas naświetlania, tym większa dokładność odczytu czasu. Przed przystąpieniem do filmowania i analizy powinniśmy znać charakter zmian drogi, prędkości i przyśpieszenia, by nie obciążyć kawałka wykresu rzeczywistego.
Wszystkie pomiary posiadają błędy związane z niedokładnością przyrządów pomiarowych, czyli wartości są tylko przybliżone. Powoduje to, że otrzymane wykresy są bardzo „postrzępione”. Charakter większości przebiegów jest gładki. Aby otrzymać taki wykres, stosujemy zaawansowane metody obróbki danych pomiarowych. Jedna z nich polega na powtórnym wyznaczaniu wartości położenia x w każdym punkcie czasowym.
Parametry kinematyczne ruchu możemy wykorzystać do obliczania:
-siły; znając masę poruszającego się obiektu i jego przyśpieszenie można wyliczyć wartość siły działającej na obiekt o masie m ze wzoru: F = m * a,
- pracy ; obliczamy z ogólnego wzoru: W = F * ds. , gdzie F - wypadkowa siła działająca na ciało przyłożona w jego środku masy. ds. - element drogi
mocy ; ze wzoru P = ----
jednostką mocy w układzie SI jest wat /W = J * s /
Z definicji mamy: P * dt = dW
Stąd P * dt = F * ds. = F * v * dt.
Zatem P = F * V.