Требования к съемочной оптике.

Глава 18

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ КИНОСЪЕМКА

Кинофильм содержит в себе информацию о движении снятых объ­ектов, которая может быть использована не только для качествен­ного, но и для количественного анализа этого движения. В ряде ситуаций киносъемка оказывается единственно возможным спосо­бом регистрации динамических характеристик изучаемых про­цессов.

Таким образом, киносъемочный аппарат становится измеритель­ным инструментом, а кинопленка — накопителем информации о движении или изменении снимаемых объектов.

Поскольку в отдельных кадрах кинофильма зафиксированы по­следующие положения движущегося объекта, то можно восстано­вить траекторию его движения и произвести измерения отрезков пути s, пройденного движущимся объектом за известный промежу­ток времени t. На основе этих данных можно определить скорость движения v объекта на любом участке траектории по формуле:

V=ds/dt м/с

а затем вычислить ускорение:

w=dv/dt м/с²

Зная массу объекта т и скорость его движения t, можно вычис­лить кинетическую энергию:

k=mv²/2 м∙кг.

Далее по известным формулам можно вычислить величину си­лы работы, мощности и другие данные.

Поучение количественных данных путем анализа кадров кино­фильма должно быть предусмотрено уже при съемке. Во-первых, одновременно со съемкой необходимо регистриро­вать отметки времени, если частота киносъемки не выдерживается достаточно точно.

Рис. 18-1. Способы регистрации времени на
кинофильме

Во-вторых, в охватываемом кинокадром пространстве нужно иметь неподвижную опорную точку, которая при дальнейшем ана­лизе кинокадров дала бы возможность исключить влияние неус­тойчивости кадра. Эта же точка может служить также началом отсчета координат движущегося предмета.

В-третьих, необходимо зафиксировать в кадре линейный мас­штаб снимаемого предмета. Для определения масштаба изображе­ния может быть использована рейка с делениями, помещенная по возможности в плоскости движения объекта. Масштабную рей­ку может заменить любой от­резок, отмеченный контрольны­ми метками, лишь бы расстоя­ние между ними было точно измерено.

Для выполнения измерений с высокой точностью большое значение имеет разрешающая способность съемочной оптики и кинопленки, а также инфор­мационная емкость кинокадра. В ряде случаев преимущество имеет крупный формат кино­кадра.

Регистрация времени на ки­нопленке является важнейшим элементом измерительной киносъемки, так как при отсутствии шка­лы времени невозможно определение скорости движения снимаемых объектов.

Особого устройства для регистрации времени на кинопленке не требуется, если киносъемочный аппарат с прерывистым движе­нием кинопленки имеет привод от электродвигателя, дающего точ­но определенное число оборотов, регулируемого с помощью элект­ронного устройства. Для синхронных электродвигателей, питаемых от сети переменного тока, нестабильность числа оборотов лежит в пределах ±2%. Киносъемочные аппараты с пружинным приводом и центробежным регулятором скорости вращения дают отклонения частоты съемки не более ±1,5—2%. При цейтраферных кино­съемках время отсчитывается интервалометром с вполне достаточ­ной точностью. Во всех других случаях, а в особенности при работе с высокоскоростными киноаппаратами, скорость которых всегда непостоянна, необходимы отметчики времени на кинопленке.

Регистрация времени на той же кинопленке, на которую произ­водится съемка изучаемого процесса, возможна разными способа­ми. Простейший способ — это включение в кадр циферблата хро­нометра (рис. 18-1, а). В некоторых киноаппаратах, как, например, АКС-2, РФК-5 и др., часы вмонтированы в корпус аппарата и ци­ферблат часов с помощью внутренней оптической системы фото­графируется на кинопленке, как показано на рис. 18-1,б. В высокоскоростных киноаппаратах с непрерывным движением кинопленки временные отметки наносятся по краю кинопленки в виде полосок (рис. 18-1, в). Эти отметки получаются от вспышек газосветной лампочки, получающей импульсы напряжения от сети переменного тока или специального генератора, вырабатывающего электриче­ские импульсы строго определенной частоты, например 1000 Гц. Измеренное расстояние от начала одной метки до начала следую­щей метки дает возможность определить скорость движения кино­пленки. Зная шаг кадра, вычисляют частоту киносъемки по фор­муле:

п =v/h кадр/с ,(18-4)

где п — частота киносъемки, кадр/с; v — скорость движения кино­пленки; h — шаг кадра.

Одновременная регистрация других параметров. Изучение неко­торых процессов с помощью киносъемки требует в ряде случаев од­новременной регистрации других физических параметров (давле­ния, температуры, электрического напряжения, свечения и др.), которые могут быть представлены в виде осциллограммы на экране электронно-лучевой трубки.

Рис. 18-2. Оптическая система устройства для регистрации осциллограммы на кинопленке:

Регистрация осциллограммы на той же кинопленке, на которую производится киносъемка изучаемого объекта, осуществляется с помощью второго объектива и призмы, встроенных в киноаппарат. На рис. 18-2 приведена схема такого устройства в высокоскорост­ном киноаппарате с непрерывным движением кинопленки. Здесь осциллограмма накладывается на изображение кадра. Аналогичная оптическая система может быть встроена и в киноаппарат с преры­вистым движением кинопленки, но в том месте, где кинопленка подается непрерывно, напри­мер, на транспортирующем зубчатом барабане.

Чтобы совместить в од­ном кинокадре два изобра­жения, одно рядом с другим, применяют двухобъективную систему, показанную на рис. 18-3. Деление кадра осуще­ствляется с помощью каше, устанавливаемых позади каждого из двух объективов. Оба объектива образуют свои изображения в одной общей плоскости. Эти изображения переносятся на кинопленку репродукционным объективом, расположенным в тубусе. Такая двухобъективная система пригодна для любых киноаппаратов, как с прерывистым, так и с непрерывным движением ки­нопленки.

Рис. 18-3. Двухобъектизиая опти-

ческая система для одновременной

киносъемки двух объектов

Требования к съемочной оптике, аппаратуре и пленке. Для получения высокой точности при последующем анализе кинофильма необходимо, чтобы изображения снятых объектов были максимально резкими и не имели искажений, зависящих от съемочной оптики, киноаппарата и кинопленки, а также возникающих в самом процессе съемки.

Требования к съемочной оптике.

Для измерительной киносъемки следует использовать только такие объективы, которые обладают высокой разрешающей силой и минимальной дисторсией. Недопустимо сильное диафрагмирова­ние объектива, которое сопровождается уменьшением разрешаю­щей силы.

Целесообразно испытать объективы, чтобы получить следующие характеристики: 1) точная величина фокусного расстояния при разных значениях диафрагмы; 2) разрешающая сила в центре и по полю кадра при разных значениях диафрагмы; 3) величина дисторсии; 4) распределение освещенности по полю кадра; 5) эффектив­ная светосила; 6) светорассеяние линзами объектива, влияющее на контраст изображения.