用數碼相機和ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ進行頻閃照相的方法

摘要：本文介紹了利用數碼相機和電腦軟件Photoshop拍攝頻閃相片的一種方法。解決了中學物理實驗中過去難以解決的問題。

關鍵詞：數碼相機；頻閃照相；Photoshop；圖層

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)3(S)-0053-3

在中學物理對平拋運動和自由落體的研究中，我們可以利用頻閃照相技術，以更好的研究這些運動的規律。由于頻閃照相儀價格昂貴，中學的實驗室中往往沒有配備這種儀器設備，因此我們在教學中只能拿一些現成的頻閃相片進行研究。筆者研究了一種利用數碼相機和圖像處理軟件Photoshop進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的圖像數據之上的，能很好的反映它的真實性，誤差也符合中學物理實驗的要求，其效果與專業的頻閃照相儀非常接近。下面我們以平拋運動的小球為例，說明利用數碼相機和Photoshop軟件進行頻閃照相的方法。

1 實驗原理

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

2 實驗器材

（1）平拋運動演示設備：1.5m見方幕板（白底黑網格）一塊，小鐵球1個，帶電磁鐵的斜槽。

（2）照相設備：

三星GX-1S數碼相機，三角架。

（3）處理設備：

帶Photoshop軟件的電腦一臺。

說明 數碼相機必須要采用有連拍功能的相機，連拍的速度是由相機的性能所決定的，連拍的速度最好要能要達到8~10張/秒，現在有些中檔的數碼相機就可以達到我們做實驗所需的要求。我們采用的三星GX-1S數碼相機在JPEG格式下可以達到8張/s。即每0.125s拍一張相片，頻閃的周期就是0.125s。比如我們如果要在頻閃相片上要求有5次曝光的效果，平拋運動的時間為5×0.125s那么我們就可以估算出所需要的網格幕板的高度：

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。如果選擇的相機速度達不到這個要求，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格幕板。

3 相片的獲得

（1）安裝好平拋運動的演示儀。

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

（3）利用電磁鐵的電源控制小鐵球的運動，

在小鐵球到達斜槽水平端口開始拍攝，小球落地結束拍攝。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軟件對相片的處理

（1）用數據線將數碼相機與電腦連接，從數碼相機上將獲得的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張相片就出現在Photoshop的界面上，如圖2所示。

（3）鼠標左鍵選中其中一個圖像，右鍵菜單→“圖像大小”會出現如圖所示的圖像大小信息（圖3），記下它的寬度和高度，并關閉它，點擊“文件”→“新建”，會出現一個將要新建的一個圖像文件“末標題-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據，以保證新建的圖像大小與打開的5張一致。設置好點擊“好”，得到如圖4所示的

界面。



（4）利用工具欄中的移動工具，把5張相片移動到“頻閃相片”中，具體的方法是：點擊工具欄中的移動工具按鈕 ，用鼠標選中“圖像1”，光標在圖上時，會自動會變成 ，就可以按住左鍵拖動到“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過去，但移動過去的5張相片并沒有嚴格的對齊，必須使用對齊命令對齊以上不同圖層上的5張相片，這樣才能真實的再現每個小球在網格上的即時位置。方法如下：

①通過選取“選擇”→“取消選擇”確保當前未選中任何內容。 

②在“圖層”調板中選擇要使其他所有圖層與之對齊的圖層，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圖層的情況下，點按要對齊的每個圖層左側的列。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。

④選取“圖層”→“對齊鏈接圖層”，如圖5所示，并分兩次選擇下列兩選項： 

·“頂邊”：將鏈接圖層的頂部與選定圖層的頂部對齊

·“左邊”：將鏈接圖層的左邊緣與選定 圖層的左邊緣對齊

現在我們已經把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小球在圖中的位置保持不變。“頻閃相片”是作為背景，5張作為相片成為5個圖層，現在“圖像5”在最上面，因為它們并不是透明的，所以把其他幾張給遮蓋了，就只能看到最上面的圖層“圖像5”。

⑤為了能得到頻閃相片，我們還要對五個圖層上的相片進行透明化處理，方法是：

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

（2）如果圖上的小球顏色太深或太淡，還可以借助“圖層”調板中的混合模式中的“線性加深”或“線性加淡”功能來實現調節。

（3）如果效果處理完畢，這個頻閃相片也就完成了，就可以保存得到的圖像，選中這個頻閃相片，選取主菜單“文件”→“存儲為”，選定要存放的文件夾，默認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 結束語 

在當前的信息技術環境下，我們要充分利用現代信息技術帶來的好處，例如幻燈機、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。物理實驗要追求是的真實性，如果利用多媒體得到的實驗是建立在虛擬的基礎上的，僅僅是一個不具真實性的過程的呈現，那么這種方法從實驗意義上說是失敗的，沒有達到實驗真正目的。

我們利用數碼相機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，符合了實驗的真實性。對頻閃相片有了更深入的了解，我們還可以在自由落體、物體的運動研究中，運用這種方法來進行頻閃相片的拍攝，有時甚至可以替代打點計時器的功能，對物體的運動過程進行深入的研究。

參考文獻：

［1］黃國雄.重新發現物理實驗.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、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。