Uvod

U zemlji i inozemstvu provode se opsežni radovi na razvoju postojećih i razvoju novih metoda eksperimentalnog istraživanja naprezanja i deformacija. U posljednjih nekoliko godina, nova metoda za eksperimentalno proučavanje deformacija i naprezanja postala je široko rasprostranjena, koja koristi moiré efekt, koji se javlja kada se dovoljno fine mreže (Fresnelove rešetke) superponiraju jedna na drugu i sastoji se od formiranja uzorka izmjeničnih tamne i svijetle moiré pruge koje nose informacije o topologiji predmeta i pokretima. Zbog niza izvanrednih svojstava, moire efekt se može koristiti kao osnova za preciznu i vizualnu metodu mjerenja.

U vezi s razvojem računalne tehnologije, moiré metoda elektronske projekcije postala je široko rasprostranjena.

Daljnji razvoj metode zahtijeva istraživanja. Posebno je potrebna analiza metoda obrade moiré uzoraka kako bi se dobili točniji podaci o topologiji površine koja se proučava. Da biste to učinili, potrebno je sastaviti instalaciju u minimalnom setu (projektor, kamera, računalo) i provesti niz eksperimenata. Kako bi se smanjili troškovi instalacije i eksperimentiranja, vrijedi razviti program koji će simulirati moire efekt pod zadanim parametrima.

Prilikom izrade upravljačkih sustava koji koriste moire efekt, možete provjeriti kakav će se moire uzorak dobiti s određenim parametrima radne površine, radnog rastera, referentnog rastera, položaja kamere i projektora.

Moire efekt

Priroda moire efekta

Moire je uzorak koji se sastoji od naizmjeničnih tamnih i svijetlih pruga, a rezultat je superpozicije dviju ili više Fresnelovih rešetki koje se sastoje od linija, točaka ili drugih geometrijskih elemenata. U svakodnevnom životu može se primijetiti u svilenim tkaninama, koje su dobile sličan naziv. Do ove pojave dolazi zbog ograničene razlučivosti nadzornog uređaja, bilo da se radi o osobi ili kameri. Kada se dva sustava linija preklapaju, mijenja se intenzitet svjetla na površini slike, a ta promjena intenziteta uzrokuje pojavu moiré uzorka.

Slika 1 prikazuje uzorke moiré rubova koji nastaju kada se dvije mreže ravnih paralelnih linija istog koraka preklapaju, zakreću pod malim kutom jedna u odnosu na drugu (Slika 1.a), a također imaju malu razliku u koraku, superponirane u paralelno (slika 1.b).

Moire efekt

Kada su dva sustava ravnih paralelnih linija postavljena paralelno, s malom razlikom u visini, središte svijetle moiré pruge podudara se s točkom u kojoj se kombiniraju svijetle linije obje mreže.

Središte tamne moiré trake poklapa se s točkom u kojoj tamna linija jedne rešetke preklapa svijetlu liniju druge. Prosječni intenzitet propuštene ili reflektirane svjetlosti kontinuirano se mijenja od prve do druge točke (ovisno o veličini razmaka). Udaljenost između središta dviju susjednih tamnih (ili svijetlih) moire resa je razmak resa.

Kada se dva sustava ravnih paralelnih linija istog koraka preklapaju, zakrenute pod malim kutom jedna u odnosu na drugu, sredina tamne moire pruge podudara se s mjestom gdje se tamne linije obiju mreža preklapaju. Između linija, prosječni intenzitet mijenja se linearno i iznosi 0,5 za bijelu moire resu i 0,0 za tamnu moire resu, pod uvjetom da su tamne i svijetle crte mreže iste širine.

Općenito, raspodjela intenziteta svjetlosti između svijetlih i tamnih linija ovisi o omjeru širina svijetlih i tamnih linija mreže. Pruge najvećeg kontrasta, odnosno najveća razlika u intenzitetu svjetlosti koja prolazi kroz sredine svijetlih i tamnih pruga dobivaju se kada je širina svijetlih i tamnih linija jednaka. Za bilo koji omjer širina svijetlih i tamnih linija, najveći intenzitet se postiže u središtu svijetle moiré pruge, što olakšava konstrukciju središnjih linija pruga tijekom mjerenja. Moiré efekt je, dakle, optički fenomen koji se javlja prilikom mehaničkog nanošenja relativno grubih rešetki, čija je frekvencija puno niža od frekvencije svjetlosnih valova. Fizička priroda svjetlosti (valna duljina) nije posebno važna u ovom fenomenu, zbog čega se ponekad naziva "mehanička interferencija".

U svijetu računala riječ "moire" prije ima negativnu konotaciju i najčešće se koristi za označavanje neželjenih optičkih efekata na ekranu monitora. Žene i monarsi, kada čuju riječ "moire", prije svega će se sjetiti posebne vrste svilene tkanine koja svjetluca na svjetlu s posebnim unutarnjim optičkim uzorkom.

Moiré efekti su me privukli svojom osebujnom svjetlom, sablasnom ljepotom i posebnom sistemskom nelinearnošću. Moire je nešto što zapravo ne postoji. Javlja se kao optički trik, iluzija, preklapanje ili vizualna distorzija u interakciji periodičnih linija ili točaka. U životu se moire efekti mogu uočiti u zavojima zavjesa od tila, pri oblačenju ili skidanju tankog pletenog džempera u blizini prozora ili, na primjer, u valovima spajanja sofisticirane trigonometrijske funkcije dviju varijabli (jednom sam dobio mnoge smiješne slike sa složenim moire efektom pomoću programa opisanog u "KV" br. "1999).

Moiré efekti mogu se posebno simulirati na računalu. Jedna od najjednostavnijih metoda opisana je u prekrasnoj knjizi Jurija Kotova "Kako stroj crta" 1. Dovoljno je križati, na primjer, dva snopa divergentnih segmenata. Da biste to učinili, možete upotrijebiti vrlo jednostavnu proceduru u BASIC-u, u kojoj dvije vrijednosti koordinata duž Y osi dobivaju različite inkremente. S jedne i s druge strane crteža kružno je nacrtan okomiti niz uobičajenih i rijetkih točaka, a zatim su odgovarajuće točke iz zajedničkog reda na lijevoj strani ravnim segmentima spojene s odgovarajućim točkama iz rijetkog reda na desno, i obrnuto. Kao rezultat toga dobivamo dva križajuća snopa segmenata koji se divergiraju lijevo i desno, a kao rezultat njihovog križanja pojavljuje se nelinearna slika moire efekta koju vidimo. Nedavno sam primijetio sličan crtež u jednom od ureda Belarusbanke, gledajući sa strane dvije staklene pregrade smještene pod pravim kutom i prekrivene roletama. Konačno, hrpa divergentnih segmenata može se prekrižiti nizom lukova dodavanjem procedure za konstruiranje lukova u tijelo petlje. Rezultat njegovog rada bit će zamršen moire uzorak na mjestu gdje se niz lukova presijeca s hrpom segmenata.

H1=3 H2=4 Y1=50*(H2-H1) Y2=0 za i=1 do 100 Y1=Y1+H1 Y2=Y2+H2 linija 0,Y1,500,Y2 linija 0,Y2,500,Y1 sljedeći i
H0=5 H1=2 H2=6 Y0=-350 Y1=50*(H2-H1) Y2=0 za i=1 do 100 Y0=Y0+H0 Y1=Y1+H1 Y2=Y2+H2 luk 250,Y0 ,500,pi/3,2*pi/3 linija 0,Y1,500,Y2 sljedeći i

Sablasni, složeni, nelinearni uzorak nastaje spontano kao rezultat križanja jednostavnih linija ili lukova koji se povremeno ponavljaju. Vrlo dobra ilustracija glavne ideje koja leži u pozadini ideja o prirodi objekata sustava. Iz nečeg jednostavnog odjednom nastaje nešto sasvim drugačije i složenije od svega od čega se sastoji. Kada se grede divergirajućih segmenata sijeku ili na sjecištu takve grede s lukovima, cijela geometrijska kompozicija kao cjelina dobiva fundamentalno nova vanjska svojstva koja nijedan od njegovih sastavnih elemenata - segmenata ravnih linija ili lukova - nije imao. Romantični revolucionar, pisac znanstvene fantastike i znanstvenik A. A. Bogdanov, davno prije Bertalanffyja, službeno priznatog utemeljitelja opće teorije sustava, definirao je ovo načelo na sljedeći način: "Cjelina je veća od zbroja svojih dijelova."

Postoji nešto što moire efekt čini vrlo sličnim modernoj teoriji kaosa i nelinearnoj dinamici. Njegov složeni oblik izuzetno je osjetljiv na najmanje fluktuacije u relativnom položaju grafičkih elemenata koji ga tvore. Dovoljno je samo nešto malo pomaknuti i to je to – uzorak se osjetno mijenja.

Prekrasan prizor koji oduzima dah. Bizarno zakrivljeni prozirni valovi i odsjaji ulaze i slojevit se jedni na druge. Bez sumnje, pojam “ljepota” i pridjev “lijep” također se odnose na matematičke ili geometrijske objekte. Vjerujem da će se većina čitatelja složiti sa mnom da nije lijepa samo žena, vaza ili kip, nego i apstraktna geometrijska struktura. Suštinski, principi nastanka samog fenomena ljepote u oba slučaja ostaju nepromijenjeni, slični i nepokolebljivi. Lijepo je ono što je složeno, sadržajno bogato, uredno i izgrađeno na jednostavnim, elegantnim i malobrojnim uzorcima. U lijepoj stvari, vazi ili živom tijelu, uvijek nesvjesno prepoznajemo prisutnost jednostavnih i općih zakona kojima podliježe cjelokupna njezina struktura i s njom povezana vanjska forma koju doživljavamo kao lijepu i po kojima je izgrađena. Osjećaj ljepote koji se u nama razvio u procesu evolucije nedvojbeno je svojevrsni jedinstveni integralni način spoznaje, koji se temelji na intuitivnom osjećaju u predmetu koji nam se čini lijepim, prisutnosti skrivenog uzorka, ispravnosti i reda u njemu. najopćenitijem smislu riječi. Povezan je s ekspeditivnošću, ali, očito, nije ograničen na nju, već zahvaća nešto općenitije i šire od puke usklađenosti s funkcijom koju obavlja. Stoga se divimo složenom obliku i zamršenom uzorku boja na laticama cvijeta, podsvjesno osjećajući da u osnovi sve te prividne složenosti leži iznimno kompaktan i opći genetski algoritam, gotovo matematički zakon - u biti stanični automat. Osjećamo prisutnost snažne logičke osnove u prekrasnim složenim oblicima. Ljepota općenito, a posebno moire uzorci, u pravilu su izuzetno krhki. Dovoljno je samo malo promijeniti kut nagiba ili razmak između elemenata, i to je to - ljepota je nestala, nestala, smrvljena, rastopljena poput iluzornog moire uzorka...

To su misli koje su mi se javile kad sam pogledao nasumično otvorenu stranicu Kotovljeve knjige koja je ispala s police. A ujedno, postoji razlog da se na jednostavnim primjerima mladim (i ne tako mladim) čitateljima koji su početnici ili planiraju početi svladavati osnove programiranja demonstrira neke od najjednostavnijih grafičkih postupaka BASICA. Dopustite mi da vas podsjetim da sada sve češće umjesto Visual Basica, koji se sve više pretvara u složeno profesionalno programsko okruženje, koristim jednostavan, moderan, multiplatformski interpreter SmallBASIC za svoje eksperimente i studije Može preuzeti potpuno besplatno.

1 Kotov Yu.V. Kako stroj crta. - M.: Znanost. CH. izd. fiz.-matem. lit., 1988. - 224 str.

Kada se dva sustava kontrastnih pruga superponiraju, pojavljuje se uzorak formiran njihovim zadebljanjem na mjestima gdje pruge jednog sustava padaju u prostore između pruga drugog sustava. Pojava takvih uzoraka naziva se moire efekt.

Najjednostavniji moiré uzorak nastaje kada se dva sustava jednako udaljenih paralelnih pruga (linija) sijeku pod blagim kutom. Mala promjena u kutu rotacije jednog od sustava dovodi do značajnih promjena u udaljenosti između elemenata moire uzorka.

Moire uzorak također nastaje kada se dva sustava ekvidistantnih paralelnih linija koji se ne sijeku međusobno preklapaju, kada se veličina koraka jednog od sustava malo razlikuje od drugog. Štoviše, što je manja razlika u visini, to je veća udaljenost između moire rubova. Time je moguće postići kolosalno povećanje (milijune puta) razlike u širini razmaka između redaka. Drugim riječima, moire efekt omogućuje vizualno otkrivanje, bez upotrebe optičkih sustava, sićušnih odstupanja u gotovo identičnim periodičkim strukturama. Trenutno se moiré metoda naširoko koristi za kontrolu točnosti razdjelnih uređaja za izradu difrakcijskih rešetki.

Moiré se pojavljuje na elektronskoj mikrografiji dvaju kristala postavljenih tako da su njihove atomske rešetke gotovo identične. Svaki nedostatak koji narušava pravilnost kristalne strukture jasno je vidljiv u moiré uzorku. Povećanje je takvo da omogućuje vidjeti pomake atoma čija je veličina manja od promjera samog atoma.

Ako se dvije rešetke ekvidistantnih paralelnih ravnih linija, malo različitih u veličini koraka, pomiču jedna u odnosu na drugu u smjeru okomitom na linije, tada će se pruge moiré uzorka kretati brzinom mnogo većom od relativne brzine kretanja. samih rešetki. U ovom slučaju, smjer njihovog kretanja podudara se sa smjerom relativnog pomaka rešetke s manjim korakom. Dakle, mali pomak jedne od rešetki rezultira velikim pomakom moiré rubova, što je lako otkriti i izmjeriti.

1. Metoda za određivanje deformacija iz uzorka moire resa, naznačena time što je, u cilju povećanja točnosti mjerenja deformacija, omjer brzina međusobnog kretanja deformirane i referentne mreže i brzine kretanja moire resa određuje se, a veličina deformacija prosuđuje se prema vrijednosti ovog omjera.

Opisana manifestacija moire efekta odavno se koristi u svim mjernim instrumentima s nondusom, poput mikrometra ili kalibra.

Moiré efekt može se koristiti za vizualizaciju sićušnih promjena u indeksu loma prozirnih medija postavljanjem između rešetki. Na primjer, možete vizualno proučavati dinamiku otapanja dviju tvari.

Isti princip omogućuje ekspresnu analizu kvalitete optičkih dijelova. Leće su smještene između rešetki; prisutnost konveksne leće povećava elemente moire uzorka, dok ih konkavna leća smanjuje. U tom slučaju obje leće okreću uzorak u suprotnim smjerovima pod kutom proporcionalnim žarišnoj duljini. Na mjestima gdje je struktura ili oblik leća nehomogen, linije uzorka su iskrivljene.

Još jedan primjer optičke kontrole

Interferencijska metoda za mjerenje klinastog oblika optičkih prozirnih ploča, koja se sastoji u fokusiranju zrake svjetlosti iz lasera pomoću leće u ravninu rupe na ekranu, iza koje je ugrađena kontrolirana ploča, koja se razlikuje po tome što kako bi se povećala točnost i produktivnost mjerenja, od kontrolirane ploče sa svojim U fiksnom položaju dobiva se prozirna kopija interferencijskih prstenova, ploča se rotira u svojoj ravnini za 180, interferencijski uzorak se superponira na kopiju, a klinasti oblik platine mjeri se pomoću širine moiré rubova nastalih preklapanjem.

Raznolikost moiré uzoraka može se stvoriti kombiniranjem rešetki formiranih od širokog spektra linija, kao što su koncentrični krugovi, spiralno valovite ili radijalno zrakaste linije iz točke, pa čak i skupine ravnomjerno raspoređenih točaka. Na taj način moguće je simulirati mnoge složene fizikalne pojave, kao što su međudjelovanje elektrostatskih polja, interferencija valova i drugo. Neki problemi arhitektonske akustike rješavaju se sličnim metodama.

U Japanu se moire efekt koristi za sastavljanje topografskih karata objekata. Predmet se fotografira kroz mrežu tankih niti koje na njega bacaju jasnu sjenu. Sjena se deformira u skladu s reljefom objekta, a kada je u interakciji sa stvarnom rešetkom, pojavljuje se moiré uzorak, superponiran na sliku objekta. Na fotografiji razmak između moire linija odgovara dubini reljefa. Ova metoda je vrlo učinkovita, na primjer, u proučavanju deformacije brzo rotirajućih dijelova, u analizi protoka površinskog sloja tekućine oko tijela u medicinskim anatomskim studijama.

Svestranost moire metode, jednostavnost pretvaranja različitih veličina uz njegovu pomoć, bliska IFR-u, visoka razlučivost - sve to sugerira da će se izumitelji okrenuti moire efektu više puta u svojoj praksi.

Vjerojatno ste na nekim fotografijama, posebno kada ih gledate na zaslonu računala, primijetili zanimljive značajke u obliku tzv. „lažnih detalja“. Obično do pojave lažnih detalja dolazi zbog grešaka u grafičkom programu, no glavni razlog leži u kvaliteti same slike. U isto vrijeme, čak i dobro obučen korisnik Photoshopa ponekad se ne može riješiti takvih nedostataka.

Dakle, o čemu točno govorimo?

Taj se fenomen naziva "moiré". To je uzrokovano trećim uzorkom, koji se opet pojavljuje kao preklapanje dviju neznatno različitih slika. Na primjer, prvi pripada određenom objektu (crijep i sl.), dok je drugi uzorak na senzoru ili zaslonu računala.

Što se može učiniti u takvoj situaciji? Ovo je jedan od najvećih tehničkih izazova u digitalnoj fotografiji. Istina, moire zaslona ne deformira konačnu sliku. A moire scene općenito je prilično rijedak fenomen; njegov učinak na digitalnu sliku je zanemariv i uvijek se može neutralizirati grafičkim softverom.

Zaslon moire

Ova vrsta "traka" (označena indikatorom) pojavljuje se kada je slika na ekranu malo smanjena, ali ne morate brinuti: moire zaslona ne utječe na kvalitetu ispisa i kopiranja slika.

Moire scena

Još jedna manifestacija moirea su lažne slike koje se pojavljuju zbog interakcije krovnih ploča i senzora kamere. Takav se nedostatak ne može eliminirati, ali na sreću, vrlo je rijedak i jasno je vidljiv samo uz značajno povećanje slike.

Izvorna fotografija pokazuje da je na malim fotografijama moire gotovo nevidljiv.

"Opaljeni" i laki ulomci

Na nekim fotografijama svijetla područja izgledaju bijela ili gotovo bijela, značajno smanjujući detalje i performanse boja subjekta. Ova fotografija prikazuje hram Angkor Wat, vrijeme je sparno tropsko poslijepodne, užareno sunce obasjava glatko kamenje, što u kombinaciji s kontrastnim dubokim sjenama hrama otežava fotografu dobivanje fotografije visoke kvalitete. Međutim, ako zamišljeno pristupite izgradnji kompozicije, situacija se može spasiti.

Činjenica je da je u nekim slučajevima raspon svjetline prevelik za film ili senzor, što dovodi do značajnog zatamnjivanja sjenovitih područja scene i "izgaranja" osvijetljenih područja.

Kako biste izbjegli gore opisane nedostatke, nemojte fotografirati u svijetlim, kontrastnim uvjetima, relativno rečeno - u podne. Ako se ovo doba dana ne može izbjeći, pokušajte uključiti što manje svjetlosnih mrlja u kadar. Također naporno radite na stvaranju kompozicije koja neće ovisiti o suptilnim nijansama boja i oblicima predmeta.