摘要：本文介紹了利用數(shù)碼相機(jī)和電腦軟件Photoshop拍攝頻閃相片的一種方法。解決了中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中過去難以解決的問題。

關(guān)鍵詞：數(shù)碼相機(jī)；頻閃照相；Photoshop；圖層

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2008)3(S)-0053-3

在中學(xué)物理對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)和自由落體的研究中，我們可以利用頻閃照相技術(shù)，以更好的研究這些運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。由于頻閃照相儀價(jià)格昂貴，中學(xué)的實(shí)驗(yàn)室中往往沒有配備這種儀器設(shè)備，因此我們?cè)诮虒W(xué)中只能拿一些現(xiàn)成的頻閃相片進(jìn)行研究。筆者研究了一種利用數(shù)碼相機(jī)和圖像處理軟件Photoshop進(jìn)行頻閃相片拍攝的方法，它不同于一般的模擬，我們所得到的照片是建立在真實(shí)的圖像數(shù)據(jù)之上的，能很好的反映它的真實(shí)性，誤差也符合中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的要求，其效果與專業(yè)的頻閃照相儀非常接近。下面我們以平拋運(yùn)動(dòng)的小球?yàn)槔?，說明利用數(shù)碼相機(jī)和Photoshop軟件進(jìn)行頻閃照相的方法。

1 實(shí)驗(yàn)原理

專業(yè)的頻閃照相儀是在同一張底片上間隔相等的時(shí)間多次曝光獲得的，也就是在同一相片上顯示一個(gè)物體在不同時(shí)刻的位置，其效果就好象在不同時(shí)刻所拍的透明相片重疊在一起，得到一幅在同一個(gè)畫面內(nèi)有不同時(shí)刻物體影像的頻閃相片。我們可以利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能，獲得在平拋運(yùn)動(dòng)過程中間隔相等的時(shí)間間隔連續(xù)拍得的幾張相片，然后利用軟件把這幾張相片真實(shí)的重疊在一起，就獲得了頻閃相片的效果。

2 實(shí)驗(yàn)器材

（1）平拋運(yùn)動(dòng)演示設(shè)備：1.5m見方幕板（白底黑網(wǎng)格）一塊，小鐵球1個(gè)，帶電磁鐵的斜槽。

（2）照相設(shè)備：

三星GX-1S數(shù)碼相機(jī)，三角架。

（3）處理設(shè)備：

帶Photoshop軟件的電腦一臺(tái)。

說明 數(shù)碼相機(jī)必須要采用有連拍功能的相機(jī)，連拍的速度是由相機(jī)的性能所決定的，連拍的速度最好要能要達(dá)到8~10張/秒，現(xiàn)在有些中檔的數(shù)碼相機(jī)就可以達(dá)到我們做實(shí)驗(yàn)所需的要求。我們采用的三星GX-1S數(shù)碼相機(jī)在JPEG格式下可以達(dá)到8張/s。即每0.125s拍一張相片，頻閃的周期就是0.125s。比如我們?nèi)绻陬l閃相片上要求有5次曝光的效果，平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為5×0.125s那么我們就可以估算出所需要的網(wǎng)格幕板的高度：

H=gt2/2=1.25m。

因此我們選擇的幕板的高度為1.5m就足夠，而寬度是可以通過初速度控制的。如果選擇的相機(jī)速度達(dá)不到這個(gè)要求，那么要得到5次曝光效果的頻閃相片就必須要選擇更寬大的網(wǎng)格幕板。

3 相片的獲得

（1）安裝好平拋運(yùn)動(dòng)的演示儀。

（2）架好三角架，裝上數(shù)碼相機(jī)，并保證拍攝過程中不移動(dòng)位置。拍攝模式設(shè)置為8張/s連拍，圖片格式設(shè)置為JPEG，設(shè)好取景框，最好使拍得的相片剛好包括整個(gè)網(wǎng)格幕板。（可以先試拍幾張）

（3）利用電磁鐵的電源控制小鐵球的運(yùn)動(dòng)，

在小鐵球到達(dá)斜槽水平端口開始拍攝，小球落地結(jié)束拍攝。我們可以獲得每隔0.125s拍得的多張相片，選擇最前面的5張，如圖1所示。

4 利用Photoshop軟件對(duì)相片的處理

（1）用數(shù)據(jù)線將數(shù)碼相機(jī)與電腦連接，從數(shù)碼相機(jī)上將獲得的5張相片分別依次命名為圖像1、圖像2、圖像3、圖像4、圖像5，保存到一個(gè)指定文件夾中。

（2）打開Photoshop cs 8.1軟件，單擊軟件上“文件”→“打開”從剛才存放5張相片的文件夾中把那5張相片依次打開，這5張相片就出現(xiàn)在Photoshop的界面上，如圖2所示。

（3）鼠標(biāo)左鍵選中其中一個(gè)圖像，右鍵菜單→“圖像大小”會(huì)出現(xiàn)如圖所示的圖像大小信息（圖3），記下它的寬度和高度，并關(guān)閉它，點(diǎn)擊“文件”→“新建”，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)將要新建的一個(gè)圖像文件“末標(biāo)題-1”的信息，改名為“頻閃相片”，在寬度和高度檔里填上剛才記下的高度和寬度數(shù)據(jù)，以保證新建的圖像大小與打開的5張一致。設(shè)置好點(diǎn)擊“好”，得到如圖4所示的

界面。



（4）利用工具欄中的移動(dòng)工具，把5張相片移動(dòng)到“頻閃相片”中，具體的方法是：點(diǎn)擊工具欄中的移動(dòng)工具按鈕 ，用鼠標(biāo)選中“圖像1”，光標(biāo)在圖上時(shí)，會(huì)自動(dòng)會(huì)變成 ，就可以按住左鍵拖動(dòng)到“頻閃相片”的空白畫板上。用同樣的方法把另幾張相片也都移動(dòng)過去，但移動(dòng)過去的5張相片并沒有嚴(yán)格的對(duì)齊，必須使用對(duì)齊命令對(duì)齊以上不同圖層上的5張相片，這樣才能真實(shí)的再現(xiàn)每個(gè)小球在網(wǎng)格上的即時(shí)位置。方法如下：

①通過選取“選擇”→“取消選擇”確保當(dāng)前未選中任何內(nèi)容。 

②在“圖層”調(diào)板中選擇要使其他所有圖層與之對(duì)齊的圖層，要注意的是選中的這一圖層位置不能太偏離空白畫板。 

③在不取消選擇第一個(gè)圖層的情況下，點(diǎn)按要對(duì)齊的每個(gè)圖層左側(cè)的列。Photoshop將這些圖層與選定的圖層鏈接起來，并在這些圖層旁邊的列中顯示鏈接圖標(biāo)。

④選取“圖層”→“對(duì)齊鏈接圖層”，如圖5所示，并分兩次選擇下列兩選項(xiàng)： 

·“頂邊”：將鏈接圖層的頂部與選定圖層的頂部對(duì)齊

·“左邊”：將鏈接圖層的左邊緣與選定 圖層的左邊緣對(duì)齊

現(xiàn)在我們已經(jīng)把5張相片一張一張整齊的疊放到背景“頻閃相片”上了，這樣就可以保證每個(gè)小球在圖中的位置保持不變?！邦l閃相片”是作為背景，5張作為相片成為5個(gè)圖層，現(xiàn)在“圖像5”在最上面，因?yàn)樗鼈儾⒉皇峭该鞯模园哑渌麕讖埥o遮蓋了，就只能看到最上面的圖層“圖像5”。

⑤為了能得到頻閃相片，我們還要對(duì)五個(gè)圖層上的相片進(jìn)行透明化處理，方法是：

（1）在“圖層”調(diào)板中選定最上面的“圖層5”，不透明度的調(diào)節(jié)也不是越透明越好，如果不透明調(diào)到0，就意味著完全透明，那么這個(gè)圖層上的小球也消失了。上邊的是調(diào)整圖層的總體不透明度的，下邊的是調(diào)整該圖層填充物的不透明度的，先調(diào)節(jié)上面那個(gè)不透明度，邊觀察“圖層4”有沒有顯示出來（圖6），再調(diào)節(jié)下面的填充不透明度，以調(diào)節(jié)圖層內(nèi)部的不透明度，使兩個(gè)小球都能顯示出來。再用相同的方法調(diào)節(jié)每一個(gè)圖層的透明度，使各個(gè)圖層上的小球都能顯示出來（圖7），一次不成可以再進(jìn)行細(xì)微校正，直到效果達(dá)到要求。大致的設(shè)置是：從上到下的“不透明度”和“填充”數(shù)值的設(shè)定都是從大到小。

（2）如果圖上的小球顏色太深或太淡，還可以借助“圖層”調(diào)板中的混合模式中的“線性加深”或“線性加淡”功能來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。

（3）如果效果處理完畢，這個(gè)頻閃相片也就完成了，就可以保存得到的圖像，選中這個(gè)頻閃相片，選取主菜單“文件”→“存儲(chǔ)為”，選定要存放的文件夾，默認(rèn)情況下它的保存格式是“PPD”“PDS”，我們可以把文件格式選定為“GIF”格式，以方便文件的打開。

6 結(jié)束語 

在當(dāng)前的信息技術(shù)環(huán)境下，我們要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)帶來的好處，例如幻燈機(jī)、投影儀、視聽光盤、多媒體軟件等多媒體課程資源輔助物理教學(xué)。物理實(shí)驗(yàn)要追求是的真實(shí)性，如果利用多媒體得到的實(shí)驗(yàn)是建立在虛擬的基礎(chǔ)上的，僅僅是一個(gè)不具真實(shí)性的過程的呈現(xiàn)，那么這種方法從實(shí)驗(yàn)意義上說是失敗的，沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)真正目的。

我們利用數(shù)碼相機(jī)和電腦軟件獲得頻閃相片的方法中，既利用了多媒體很好的可視性，符合了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性。對(duì)頻閃相片有了更深入的了解，我們還可以在自由落體、物體的運(yùn)動(dòng)研究中，運(yùn)用這種方法來進(jìn)行頻閃相片的拍攝，有時(shí)甚至可以替代打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的功能，對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃國(guó)雄.重新發(fā)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn).北京：高等教育出版社， 2007

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。