Hochgeschwindigkeitskameras im Physikunterricht

2.1 Erstellen von Hochgeschwindigkeitsfilmen
geglätteter Gleichspannung betrieben werden. Besser geeignet sind hier Glühfadenlampen,
wie beispielsweise Halogenlampen. Da sie immer nachglühen, lässt ihre Leuchtkraft
bei 50 Hz Wechselspannung unwesentlich nach und das Videobild flackert kaum wahrnehmbar.
Völlig ohne Flackern ist das Sonnenlicht, jedoch kann man dieses nicht immer
zuverlässig verwenden, da Sonnenstand und Bewölkung in kurzer Zeit variieren können
und dadurch zu starken Farb- bzw. Kontrastveränderungen der Aufnahmen führen.
In dieser Ausarbeitung wird hauptsächlich ein Studiolichtsystem von Hedler verwendet,
welches aus zwei 2000 W und einem 1000 W Scheinwerfer mit Stativen, drei Softboxen
(für ein weiches, gleichmäßiges Licht), sowie drei „4-Klapprahmen 360 ◦ “ (für hartes Licht)
besteht. Damit kann in fast jeder Situation das Objekt gut ausgeleuchtet werden. Kapitel
2.1.1.4 zeigt eine preiswerte Alternative zu dem preisintensiven Studiolichtsystem auf.
2.1.1.2. Das Ausleuchten
Unterschiedliche Situationen erfordern unterschiedliche Beleuchtung. Die Möglichkeiten
reichen von einem gut ausgeleuchteten Vordergrund bei gleichzeitig unterbelichtetem Hintergrund
bis hin zur reinen Beleuchtung des Hintergrundes. Letzteres empfiehlt sich insbesondere
bei der computergestützten Videoanalyse von bewegten metallischen Objekten,
beispielsweise von der Kugel beim Affenschuß oder beim Kugelfallversuch. So ist ein Lackieren
oder Mattieren der metallischen Oberfläche für eine gute Objekterkennung nicht
nötig 1 .
2.1.1.3. Beispiele für verschiedene Ausleuchtungsmethoden
Im Wesentlichen gibt es vier verschiedene Arten der Ausleuchtung, die auch anhand von
Fotobeispielen veranschaulicht werden sollen.
1. Das Licht kommt nur von vorne (Abb. 2.1). Das Objekt und die farbigen Markierungen,
welche für eine Videoanalyse angebracht worden sind, sind sehr gut zu erkennen.
Dies erleichtert eine Auswertung der Bewegung mit einem Computer, sofern
sich das Objekt genügend vom Hintergrund abhebt (dies kann man gegebenenfalls
mit der 2. Ausleuchtungsart in den Griff bekommen). Diese Methode des Lichteinsatzes
bietet sich insbesondere bei nicht glänzenden und farbig markierten Objekten
an. Glänzende oder metallische Oberflächen reflektieren das Licht der Scheinwerfer
zu stark, was bei einer Videoanalyse zu Fehlern bei der Objekterkennung führen
kann. Grund hierfür ist, dass sich die reflektierten Lichtstreifen von Bild zu Bild
ändern und somit eine farberkennungsbasierte Analyse erschweren. Außerdem verändert
sich durch die Reflektionen scheinbar die Form des Objektes, sodass hier
auch bei formerkennungsbasierter Software die Analyse beeinträchtigt wird.
2. In der zweiten Lichtsituation (Abb. 2.2) wird zusätzlich der Hintergrund mit einem
Scheinwerfer (hier ohne Softbox) angestrahlt. Dadurch wird der Hintergrund
überstrahlt, der Kontrast zwischen Vorder- und Hintergrund wird verstärkt und das
Objekt hebt sich deutlicher ab.
1 Bei mattierten oder lackierten metallischen Objekten kann es bei frontaler Beleuchtung trotz ihrer
Oberflächenbehandlung zu sich verändernden Reflektionen kommen, die eine automatische Videoanalyse
erschweren.
17