2.2. Фотографический процесс

Фотографический процесс – это совокупность операций, выполняемых с целью получения фотоснимка или кинофильма. Этот процесс состоит из следующих этапов:

1) подготовительного (подготовка съемочной аппаратуры, места съемки и объекта съемки);

2) фотосъемки или киносъемки;

3) негативного процесса и

4) позитивного процесса.

Для фотосъемки (киносъемки) фотоаппарат (киноаппарат) заряжается негативным светочувст тельным материалом – фотопленкой (кинопленкой). Светочувсти тельный слой ее обычно состоит из бромистого серебра. Свет, отраженный от фотографируемого объекта, воздействует на светочувсвительный слой и образует «скрытое изображение». При этом в светочувствительном слое возникают зерна металлического серебра, число которых возрастает при увеличении яркости объекта.

Фото- и киносъемка спортивных движений производятся в естественных условиях тренировок и соревнований или в специально организованных условиях. Например, одним из интересных применений киносъемки в спорте является подводная съемка, позволяющая зарегистрировать технику движений пловца. Для этого одна из стенок бассейна (ниже уровня воды) изготавливается из прозрачного материала, и через нее ведется съемка, или кинокамеру помещают в водонепроницаемый ящик (бокс) с прозрачным окном.

Для получения количественных данных спортсмена фотографируют

на фоне масштабной рейки или сетки. Съемочную камеру направляют так, чтобы оптическая ось объектива была перпендикулярна к плоскости изучаемого движения. Различают фронтальную, саггитальную (боковую) и зенитную съемку (съемочная камера располагается соответственно перед спортсменом, сбоку от него или над ним).

Точность съемки зависит от правильного выбора съемочного расстояния, т. е. расстояния от плоскости изучаемого движения до объектива съемочной камеры. Чем меньше это расстояние, тем меньше погрешность измерения координат неподвижного объекта, но зато тем больше нерезкость, смещенность изображения, возникающая при движении объекта. В каждом конкретном случае существует оптимальное съемочное расстояние. Например, при съемке киноаппаратом:

где (м) – оптимальное съемочное расстояние, V (м/с) – скорость движения объекта съемки, F (см) – фокусное расстояние объекта, к – отношение времени экспонирования к времени смены кадров, с (см) — допустимая величина нерезкости (разрешающей способности), – частота кадров.

При правильном выборе направления съемки и съемочного расстояния и при использовании лучших образцов фотоаппаратуры, не предназначенной специально для измерений, удается снизить относительную приведенную погрешность измерения координат до 1%. Погрешность измерения скорости и тем более ускорения в этом случае недопустимо велика.

Невысокая точность обычной фотографии и киносъемки стала причиной появления и развития фотограмметрии.

2.3. Фотограмметрия

Фотограмметрия (от греч. фотос – свет, грамма – запись, метрио – измеряю) – научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением размеров, формы и положения объектов по их изображениям на фотоснимках.

Фотограмметрия изучает и разрабатывает точные методы фотосъемки и, кроме того, методы автоматизированной обработки фотоснимков и кинограмм. В спорте фотограмметрические методы основаны на точной регистрации и полуавтоматической обработке циклограмм.

В фотограмметрии используют либо одиночные снимки, либо стереоскопические пары снимков (стереопары). Раздел фотограмметрии, изучающий объекты по стереопарам, называется стереофотограмметрией. При стереофотограмметрическом исследовании абсолютная погрешность измерения координат и перемещений может быть снижена до ±1 мм. В этом случае относительная приведенная погрешность при измерении перемещений не превысит 0,1%, а при измерении ускорений –10%.

Повышенная точность стереофотограмметрии объясняется свойствами стереоскопического (бинокуляряого) зрения, позволяющего ощущать взаимное расположение предметов в пространстве. Дело в том, что никакое

движение человека не протекает строп одной плоскости. Например, при беге перемещение стопы в направлении, перпендикулярном к основному движению, достигает 20 см. Стереоскопическое зрение, в отличие от плоскостного, позволяет зарегистрировать это перемещение.

Для стереофотограмметрического анализа движений необходима следующая аппаратура: стереофотограмметрическая мера, стробоскоп, стереокомпаратор и специальное электронно-вычислительное устройство.

Стереофотограмметрическая камера состоит из двух высокочастотных фотосъемочных аппаратов, укрепленных на жесткой подставке. Расстояние между их объективами называется базисом. Он устанавливается с точностью до ±0,05 мм.

Стереосъемку нужно вести так, чтобы фотографируемый объект находился в стереоскопическом пространстве, т. е. в поле зрения обоих объективов. Требуемое стереоскопическое пространство («перекрытие») определяется исходя из задачи исследования. Например, если необходимо отснять один цикл бега, то у бегущего спортсмена измеряют длину двойного шага и принимают ее за величину стереоскопического пространства.

Используются три основных варианта взаимного расположения съемочных стереокамер (рис. 43):

Рис.43 с.111

1) «нормальный случай» стереофотосъемки, когда оптические оси объективов перпендикулярны (нормальны) к базису; этот вид съемки наиболее удобен с организационной точки зрения;

2) «конвергентный случай» стереофотосъемки, когда угол между оптическими осями объективов может принимать любое значение; при этом можно получить большее стереоскопическое пространство, но значительно усложняются формулы при расчете действительных координат объекта;

3) двусторонняя (билатеральная) стереофотосъемка, когда используются две стереокамеры, устанавливаемые слева и справа от спортсмена; при этом оптические оси могут быть направлены под любым углом к линии движения спортсмена; этот вид съемки необходим, если надо зарегистрировать движение всех частей тела спортсмена.

Точность стереофотограмметрической регистрации движений зависит от погрешностей, вносимых стереокамерой, а также стробоскопом и стереокомпаратором. От стробоскопа требуется высокая синхронность съемки обеими камерами и высокая стабильность частоты съемки. Поэтому иногда отказываются от механического стробоскопа с вращающимися обтюраторами и пользуются электронным стробоскопом – генератором световых импульсов, периодически освещающих спортсмена со стороны съемки. Съемку в этом случае ведут в полузатемненном помещении.

Стереокомпаратор служит для измерения и регистрации координат объектов на стереоскопических парах снимков. Он состоит из измерительного стола, оснащенного бинокулярным микроскопом, пульта управления и печатающего автомата (например, ленточного перфоратора). Фотоснимки устанавливают на измерительном столе и, глядя в бинокулярный микроскоп, с помощью ручных штурвалов совмещают измерительную марку с маркером спортсмена. После этого печатающее устройство регистрирует координаты точки.

Найденные на стереокомпараторе координаты маркеров преобразуют в действительные координаты в специальном вычислительном устройстве. Кроме того, вычислив (по частоте съемки) временные интервалы между соседними позами, можно автоматически рассчитать скорости и ускорения.

Стереофотограмметрическая регистрация движений – сложный и трудоемкий процесс, требующий дорогостоящей аппаратуры. Затраты окупаются тем, что стереофотограмметрия позволяет дистанционно, бесконтактно и наиболее точно измерять кинематические характеристикй движений спортсмена.