Įvadas

Mūsų šalyje ir užsienyje vykdomi dideli darbai kuriant esamus ir kuriant naujus eksperimentinio įtempių ir deformacijų tyrimo metodus. Pastaraisiais metais plačiai paplito naujas eksperimentinio deformacijų ir įtempių tyrimo metodas, kuriame naudojamas muaro efektas, atsirandantis, kai viena ant kitos uždedamos pakankamai smulkios grotelės (Frenelio grotelės) ir susideda iš kintamo modelio formavimo. tamsios ir šviesios muaro juostelės, pernešančios informaciją apie objekto topologiją ir judesius. Dėl daugybės puikių savybių muaro efektas gali būti naudojamas kaip tikslaus ir vizualaus matavimo metodo pagrindas.

Ryšium su kompiuterių technologijų plėtra, elektronų projekcijos muaro metodas tapo plačiai paplitęs.

Tolesnis metodo tobulinimas reikalauja tyrimų. Muaro raštų apdorojimo metodų analizė ypač reikalinga norint gauti tikslesnę informaciją apie tiriamo paviršiaus topologiją. Norėdami tai padaryti, turite surinkti instaliaciją į minimalų rinkinį (projektorius, kamera, kompiuteris) ir atlikti eksperimentų seriją. Norint sumažinti diegimo ir eksperimentavimo išlaidas, verta sukurti programą, kuri pagal nurodytus parametrus imituotų muaro efektą.

Kurdami valdymo sistemas, kuriose naudojamas muaro efektas, galite patikrinti, koks muaro raštas bus gautas su tam tikrais darbinio paviršiaus, darbinio rastro, atskaitos rastro, kameros ir projektoriaus padėties parametrais.

Muaro efektas

Muaro efekto pobūdis

Muare yra raštas, susidedantis iš kintančių tamsių ir šviesių juostelių, atsirandančių dėl dviejų ar daugiau Frenelio grotelių, sudarytų iš linijų, taškų ar kitų geometrinių elementų, superpozicijos. Kasdieniame gyvenime tai galima pastebėti šilko audiniuose, kurie gavo panašų pavadinimą. Šis reiškinys atsiranda dėl ribotos stebėjimo įrenginio raiškos, nesvarbu, ar tai būtų žmogus, ar kamera. Kai dedamos dvi linijų sistemos, šviesos intensyvumas vaizdo paviršiuje pasikeičia ir dėl šio intensyvumo pokyčio atsiranda muaro raštas.

1 paveiksle pavaizduoti muaro briaunų modeliai, atsirandantys, kai du lygiagrečių to paties žingsnio linijų tinkleliai yra vienas kito atžvilgiu pasukti nedideliu kampu (1.a pav.) ir taip pat turi nedidelį žingsnio skirtumą. lygiagrečiai (1.b pav.).

Muaro efektas

Kai lygiagrečiai dedamos dvi tiesių lygiagrečių linijų sistemos, turinčios nedidelį žingsnio skirtumą, šviesios muaro juostos centras sutampa su tašku, kuriame yra sujungtos abiejų tinklelių šviesos linijos.

Tamsios muaro juostelės centras sutampa su tašku, kuriame vienos tinklelio tamsioji linija persidengia su kito šviesia linija. Vidutinis perduodamos arba atspindėtos šviesos intensyvumas nuolat kinta nuo pirmojo taško iki antrojo (priklausomai nuo tarpo dydžio). Atstumas tarp dviejų gretimų tamsių (arba šviesių) muaro kraštų centrų yra pakraščio žingsnis.

Kai dvi tiesių lygiagrečių to paties žingsnio linijų sistemos yra viena kitos atžvilgiu pasuktos nedideliu kampu, tamsios muare juostos vidurys sutampa su vieta, kur tamsios abiejų tinklelių linijos persidengia viena su kita. Tarp eilučių vidutinis intensyvumas kinta tiesiškai ir yra 0,5 balto muaro pakraščio ir 0,0 tamsaus muaro pakraščio, jei tamsios ir šviesios tinklelio linijos yra vienodo pločio.

Apskritai, šviesos intensyvumo pasiskirstymas tarp šviesių ir tamsių linijų priklauso nuo šviesių ir tamsių tinklelio linijų pločių santykio. Didžiausio kontrasto juostelės, tai yra didžiausias šviesos intensyvumo skirtumas, einančios per šviesių ir tamsių juostų vidurius, gaunamos, kai šviesių ir tamsių linijų plotis yra vienodas. Esant bet kokiam šviesių ir tamsių linijų pločių santykiui, didžiausias intensyvumas gaunamas šviesios muaro juostos centre, o tai palengvina centrinių juostelių linijų konstravimą matavimų metu. Todėl muaro efektas yra optinis reiškinys, atsirandantis mechaniniu būdu taikant santykinai šiurkščias tinklelius, kurių dažnis yra daug mažesnis nei šviesos bangų dažnis. Fizinė šviesos prigimtis (bangos ilgis) nėra ypač svarbi šiame reiškinyje, todėl ji kartais vadinama „mechaniniais trukdžiais“.

Kompiuterių pasaulyje žodis „moire“ turi neigiamą reikšmę ir dažniausiai vartojamas norint nurodyti nepageidaujamus optinius efektus monitoriaus ekrane. Moterys ir monarchai, išgirdę žodį „moire“, pirmiausia prisimins ypatingą šilko audinį, kuris šviesoje mirga specialiu vidiniu optiniu raštu.

Muaro efektai mane patraukė jų ypatingas lengvas vaiduokliškas grožis ir ypatinga sisteminė netiesinė prigimtis. Moire yra kažkas, ko iš tikrųjų nėra. Tai atsiranda kaip optinis triukas, iliuzija, persidengimas arba vizualinis iškraipymas periodinių linijų ar taškų sąveikoje. Gyvenime muaro efektus galima pastebėti tiulio užuolaidų vingiuose, apsirengus ar nusivelkant ploną megztą megztinį prie lango arba, pavyzdžiui, susiliejant sudėtingos dviejų kintamųjų trigonometrinės funkcijos bangose ​​(kažkada gavau). daug juokingų vaizdų su sudėtingu muaro efektu, naudojant programą, aprašytą „KV“ Nr. „1999“).

Muaro efektai gali būti specialiai imituojami kompiuteryje. Vienas iš paprasčiausių metodų aprašytas nuostabioje Jurijaus Kotovo knygoje „Kaip piešia mašina“ 1. Pakanka kirsti, pavyzdžiui, du besiskiriančių segmentų ryšulius. Norėdami tai padaryti, galite naudoti labai paprastą BASIC procedūrą, kai dvi koordinačių reikšmės išilgai Y ašies gauna skirtingus žingsnius. Vienoje ir kitoje brėžinio pusėje ciklu nubrėžiama vertikali bendrų ir retų taškų eilė, o tada atitinkami taškai iš bendros eilės kairėje sujungiami tiesiomis atkarpomis su atitinkamais taškais iš retos eilės. dešinėje, ir atvirkščiai. Dėl to gauname du susikertančius segmentų pluoštus, besiskiriančius į kairę ir dešinę, ir dėl jų susikirtimo atsiranda netiesinis muaro efekto vaizdas, kurį matome. Neseniai panašų piešinį pastebėjau viename iš „Belarusbank“ biurų, iš šono žiūrint į dvi stačiu kampu išdėstytas stiklines pertvaras, uždengtas žaliuzėmis. Galiausiai, daugybę besiskiriančių segmentų galima kirsti lankų serija, pridedant lanko lankų konstravimo procedūrą prie kilpos korpuso. Jo darbo rezultatas bus sudėtingas muaro raštas toje vietoje, kur lankų serija susikerta su segmentų krūva.

H1 = 3 H2 = 4 Y1 = 50* (H2-H1) Y2 = 0, kai i = 1 iki 100 Y1 = Y1 + H1 Y2 = Y2 + H2 eilutė 0, Y1 500, Y2 eilutė 0, Y2 500, Y1 kitas i
H0=5 H1=2 H2=6 Y0=-350 Y1=50*(H2-H1) Y2=0, kai i=1 iki 100 Y0=Y0+H0 Y1=Y1+H1 Y2=Y2+H2 lankas 250,Y0 ,500,pi/3,2*pi/3 eilutė 0,Y1,500,Y2 kita i

Vaizduoklis, sudėtingas, netiesinis modelis atsiranda spontaniškai dėl paprastų, periodiškai pasikartojančių linijų ar lankų susikirtimo. Labai gera pagrindinės idėjos apie sistemos objektų prigimtį iliustracija. Iš kažko paprasto staiga atsiranda kažkas visiškai kitokio ir sudėtingesnio nei viskas, iš ko jis susideda. Kai besiskiriančių atkarpų pluoštai susikerta arba tokio pluošto susikirtimo vietoje su lankais, visa geometrinė kompozicija, kaip visuma, įgyja iš esmės naujas išorines savybes, kurių neturėjo nė vienas ją sudarantis elementas – tiesių linijų ar lankų atkarpos. Romantiškas revoliucionierius, mokslinės fantastikos rašytojas ir mokslininkas A. A. Bogdanovas, dar gerokai anksčiau nei Bertalanffy, oficialiai pripažintas bendrosios sistemų teorijos pradininkas, šį principą apibrėžė taip: „Visuma yra didesnė už jos dalių sumą“.

Yra kažkas, kas daro muaro efektą labai panašų į šiuolaikinę chaoso teoriją ir netiesinę dinamiką. Sudėtinga jo forma itin jautri mažiausiems ją sudarančių grafinių elementų santykinės padėties svyravimams. Tereikia ką nors šiek tiek pajudinti ir viskas – raštas pastebimai pasikeičia.

Kvapą gniaužiantis gražus vaizdas. Keistai lenktos permatomos bangos ir akcentai, patenkantys ir besisluoksniuojantys vienas ant kito. Be jokios abejonės, „grožio“ sąvoka ir būdvardis „gražus“ tinka ir matematiniams ar geometriniams objektams. Tikiu, kad dauguma skaitytojų man pritars, kad gražu ne tik moteris, vaza ar statula, bet ir abstrakti geometrinė struktūra. Iš esmės paties grožio fenomeno atsiradimo principai abiem atvejais išlieka nepakitę, panašūs ir nepajudinami. Gražu yra tai, kas sudėtinga, turtinga turinio, tvarkinga ir pagrįsta paprastais, elegantiškais ir mažais raštais. Visada nesąmoningai atpažįstame gražiame daikte, vazoje ar gyvame kūne, paprastų ir bendrų dėsnių buvimą, kuriems veikia visa jo struktūra ir su ja susijusi išorinė forma, kurią mes suvokiame kaip gražią. pastatytas. Grožio jausmas, susiformavęs mumyse evoliucijos procese, neabejotinai yra savotiškas unikalus vientisas pažinimo būdas, pagrįstas intuityviu jausmu objekte, kuris mums atrodo gražus, paslėpto rašto buvimu, teisingumu ir tvarka bendriausia šio žodžio prasme. Jis susijęs su tikslingumu, bet, matyt, tuo neapsiriboja, o fiksuoja kažką bendresnio ir platesnio, nei tik laikymasis atliekamos funkcijos. Taigi žavimės sudėtinga gėlės žiedlapių forma ir įmantriu spalvų raštu, nesąmoningai jausdami, kad viso šio akivaizdaus sudėtingumo pagrindas yra itin kompaktiškas ir bendras genetinis algoritmas, beveik matematinis dėsnis – iš esmės ląstelių automatas. Jaučiame tvirto loginio pagrindo buvimą gražiose sudėtingose ​​formose. Grožis apskritai ir ypač muare raštai, kaip taisyklė, yra labai trapūs. Tereikia šiek tiek pakeisti pasvirimo kampą ar atstumą tarp elementų, ir viskas – grožis dingo, dingo, sutrupėjo, ištirpo kaip iliuzinis muaro raštas...

Tokios mintys man kilo, kai pažvelgiau į atsitiktinai atverstą Kotovo knygos puslapį, nukritusį nuo lentynos. O tuo pačiu yra pagrindo pasitelkus paprastus pavyzdžius pademonstruoti jauniems (ir ne tokiems) skaitytojams, kurie yra pradedantys ar planuojantys pradėti įsisavinti programavimo pagrindus, kai kurias paprasčiausias BASIC grafines procedūras. Priminsiu, kad dabar vis dažniau vietoj „Visual Basic“, kuris vis labiau virsta sudėtinga profesionaliu programavimo aplinka, savo eksperimentams ir studijoms naudoju paprastą, modernų, nemokamą, kelių platformų „SmallBASIC“ interpretatorių atsisiųsti visiškai nemokamai.

1 Kotovas Yu.V. Kaip mašina piešia. - M.: Mokslas. Ch. red. Fiz.-matema. lit., 1988. - 224 p.

Sudėjus dvi kontrastingų juostų sistemas, susidaro raštas, susidarantis joms sustorėjus tose vietose, kur vienos sistemos juostelės patenka į tarpus tarp kitos sistemos juostelių. Tokių raštų atsiradimas vadinamas muaro efektu.

Paprasčiausias muaro raštas atsiranda, kai dvi vienodo atstumo lygiagrečių juostų (linijų) sistemos susikerta nedideliu kampu. Nedidelis vienos iš sistemų sukimosi kampo pokytis lemia reikšmingus atstumo tarp muaro modelio elementų pokyčius.

Muare raštas susidaro ir tada, kai dedamos dvi vienodo atstumo lygiagrečių linijų nesikertančios sistemos, kai vienos sistemos žingsnio dydis šiek tiek skiriasi nuo kitos. Be to, kuo mažesnis žingsnio skirtumas, tuo didesnis atstumas tarp muaro kraštų. Tai leidžia pasiekti milžinišką (milijonus kartų) tarpų tarp eilučių pločio skirtumo padidėjimą. Kitaip tariant, muaro efektas leidžia vizualiai, nenaudojant optinių sistemų, aptikti nedidelius nukrypimus beveik identiškose periodinėse struktūrose. Šiuo metu muaro metodas plačiai naudojamas difrakcinių gardelių gamybos dalijimo įtaisų tikslumui kontroliuoti.

Moiré matomas dviejų kristalų elektroninėje mikrografijoje, išdėstytų taip, kad jų atominės gardelės yra beveik identiškos. Bet koks defektas, sutrikdantis kristalų struktūros taisyklingumą, aiškiai matomas muaro rašte. Padidinimas yra toks, kad leidžia matyti atomų poslinkius, kurių dydis yra mažesnis už paties atomo skersmenį.

Jei dvi vienodo atstumo lygiagrečių tiesių, šiek tiek skirtingo žingsnio dydžio, gardelės perkeliamos viena kitos atžvilgiu statmena linijoms kryptimi, tai muaro rašto juostelės judės greičiu, daug didesniu nei santykinis judėjimo greitis. pačių grotelių. Šiuo atveju jų judėjimo kryptis sutampa su santykinio gardelės poslinkio mažesniu žingsniu kryptimi. Taigi, nedidelis vienos iš grotelių judėjimas sukelia didelį muaro kraštelių judėjimą, kurį lengva aptikti ir išmatuoti.

1. Deformacijų nustatymo pagal muaro kraštų raštą metodas, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad, siekiant padidinti deformacijų matavimo tikslumą, deformuotų ir atskaitos akių tarpusavio judėjimo greičių ir muaro kraštelio judėjimo greičio santykis yra apskaičiuojamas. nustatomas, o deformacijų dydis sprendžiamas pagal šio santykio reikšmę.

Aprašytas muaro efekto pasireiškimas jau seniai naudojamas visuose matavimo prietaisuose su nodus, pavyzdžiui, mikrometru ar suportu.

Muaro efektas gali būti naudojamas norint vizualizuoti nedidelius skaidrios terpės lūžio rodiklio pokyčius, dedant jas tarp grotelių. Pavyzdžiui, galite vizualiai ištirti dviejų medžiagų tirpimo dinamiką.

Tuo pačiu principu galima aiškiai analizuoti optinių dalių kokybę. Lęšiai dedami tarp grotelių, kai yra išgaubtas lęšis, padidina muaro rašto elementus, o įgaubtas – sumažina juos. Šiuo atveju abu lęšiai sukasi raštą priešingomis kryptimis kampu, proporcingu židinio nuotoliui. Vietose, kur lęšių struktūra ar forma yra nevienalytė, rašto linijos iškreipiamos.

Kitas optinio valdymo pavyzdys

Interferencinis optinių skaidrių plokščių pleišto formos matavimo metodas, kurį sudaro lazerio šviesos pluošto fokusavimas naudojant lęšį į ekrano skylės plokštumą, už kurios įtaisyta valdoma plokštė, besiskirianti tuo, kad siekiant padidinti matavimų tikslumą ir produktyvumą, iš valdomos plokštės su jos Fiksuotoje padėtyje gaunama skaidri trukdžių žiedų kopija, plokštelė savo plokštumoje pasukama 180, ant kopijos uždedamas trukdžių raštas, o platinos pleišto forma matuojama naudojant iš persidengimo susidariusių muaro kraštelių plotį.

Įvairūs muaro raštai gali būti sukurti derinant groteles, sudarytas iš įvairiausių linijų, tokių kaip koncentriniai apskritimai, spiralės banguotos arba radialiai spinduliuojančios linijos iš taško ir net vienodai išdėstytų taškų šeimų. Tokiu būdu galima imituoti daugybę sudėtingų fizikinių reiškinių, tokių kaip elektrostatinių laukų sąveika, bangų trukdžiai ir kt. Kai kurios architektūrinės akustikos problemos sprendžiamos panašiais metodais.

Japonijoje muaro efektas naudojamas objektų topografiniams žemėlapiams sudaryti. Objektas nufotografuotas per plonų siūlų tinklelį, ant jo metant aiškų šešėlį. Šešėlis deformuojamas pagal objekto reljefą ir jam sąveikaujant su tikra gardele atsiranda muaro raštas, uždėtas ant objekto vaizdo. Nuotraukoje atstumas tarp muaro linijų atitinka reljefo gylį. Šis metodas yra labai efektyvus, pavyzdžiui, tiriant greitai besisukančių dalių deformaciją, analizuojant paviršinio skysčio sluoksnio tekėjimą aplink kūnus atliekant medicininius anatominius tyrimus.

Muaro metodo universalumas, įvairių dydžių konvertavimo paprastumas jo pagalba, artimas IFR, didelė skiriamoji geba – visa tai rodo, kad išradėjai savo praktikoje ne kartą kreipsis į muaro efektą.

Tikriausiai kai kuriose nuotraukose, ypač žiūrint kompiuterio ekrane, pastebėjote įdomių savybių vadinamųjų „klaidingų detalių“ pavidalu. Paprastai klaidingos detalės atsiranda dėl grafikos programos klaidų, tačiau pagrindinė priežastis yra paties vaizdo kokybė. Tuo pačiu metu net gerai apmokytas Photoshop vartotojas kartais negali atsikratyti tokių defektų.

Taigi, apie ką tiksliai mes kalbame?

Šis reiškinys vadinamas „muare“. Jį sukelia trečiasis raštas, kuris savo ruožtu atrodo kaip dviejų šiek tiek skirtingų vaizdų perdanga. Pavyzdžiui, pirmasis priklauso konkrečiam objektui (stogo čerpėms ir pan.), o antrasis yra raštas jutiklio arba kompiuterio ekrane.

Ką galima padaryti tokioje situacijoje? Tai vienas didžiausių techninių iššūkių skaitmeninėje fotografijoje. Tiesa, ekrano muare galutinio vaizdo nedeformuoja. O scenos muare paprastai yra gana retas reiškinys, jo poveikis skaitmeniniam vaizdui yra nereikšmingas, ir jį visada galima neutralizuoti grafine programine įranga.

Ekrano muare

Tokios „juostelės“ (pažymėtos indikatoriumi) atsiranda, kai vaizdas ekrane yra šiek tiek pakeistas, tačiau jūs neturite jaudintis: ekrano muarė neturi įtakos nuotraukų spausdinimo ir kopijavimo kokybei.

Muaro scena

Kita muaro apraiška – klaidingi vaizdai, atsirandantys dėl stogo čerpių ir kameros jutiklio sąveikos. Tokio defekto pašalinti nepavyks, bet, laimei, jis yra labai retas ir aiškiai matomas tik žymiai padidinus vaizdą.

Originalioje nuotraukoje matyti, kad mažose nuotraukose muare beveik nesimato.

„Apdegę“ ir lengvi fragmentai

Kai kuriose nuotraukose šviesios sritys atrodo baltos arba beveik baltos, todėl labai sumažėja objekto detalumas ir spalvų efektyvumas. Šioje nuotraukoje užfiksuota Angkor Wat šventykla, laikas – tvanki atogrąžų popietė, kaitri saulė apšviečia lygius akmenis, o tai kartu su kontrastingais giliais šventyklos šešėliais fotografui apsunkina kokybišką nuotrauką. Tačiau jei į kompozicijos konstravimą žiūrėsite apgalvotai, situaciją galima išgelbėti.

Faktas yra tas, kad kai kuriais atvejais ryškumo diapazonas yra per didelis plėvelei ar jutikliui, todėl scenos šešėlinės sritys labai patamsėja ir apšviestos vietos „išdega“.

Kad išvengtumėte aukščiau išvardintų trūkumų, nefotografuokite ryškiomis, kontrastingomis sąlygomis, santykinai kalbant – vidurdienį. Jei šio paros meto nepavyks išvengti, pasistenkite į kadrą įtraukti kuo mažiau šviesių dėmių. Taip pat sunkiai dirbkite, kad sukurtumėte kompoziciją, kuri nepriklausytų nuo subtilių spalvų atspalvių ir objektų formų.