Муаровый узор. Метод муаровых полос и его применение для определения напряжений и деформаций Что такое муаровый эффект

Вы наверняка замечали на некоторых фотографиях, особенно при просмотре на дисплее компьютера, интересные особенности, в виде так называемой «ложной детализации». Обычно проявления ложной детализации имеют место из-за ошибок в графической программе, но в основном причина кроется в качестве самого изображения. При этом избавиться от таких дефектов порой не под силу даже хорошо подготовленному пользователю Фотошопа.

Итак, о чём конкретно идёт речь?

Это явление называется «муар». Он вызывается третьим узором, который в свою очередь проявляется накладыванием двух немного отличающихся друг от друга изображений. Например, первый принадлежит определённому объекту (черепица крыш и т.д.), тогда как второй является рисунком на датчике или экране ПК.

Что можно сделать в такой ситуации? Перед вами – одна из самых серьёзных технических проблем в цифровой фотографии. Правда, муар экрана не деформирует окончательную картинку. А муар сцены – вообще довольно редкое явление, его влияние на цифровой снимок незначительно, при этом его всегда можно нейтрализовать графическим ПО.

Муар экрана

Подобного рода «полосатость» (отмечена указателем) появляется при незначительном масштабировании картинки на экране, но вы можете не беспокоиться: на качество печати и копирование снимков муар экрана никак не влияет.

Муар сцены

Ещё одно проявление муара – ложные изображения, проявившиеся вследствие взаимодействия черепичной кладки крыши и сенсора камеры. Такой дефект неустраним, но к счастью, встречается он очень редко и хорошо заметен лишь при значительном увеличении картинки.

На оригинальной фотографии видно, что на небольших снимках муар практически незаметен.

"Выжженные" и светлые фрагменты

На некоторых фотографиях, яркие области выходят белыми или почти белыми, что значительно снижает детализацию и цветовые характеристики объекта. На этом снимке запечатлён храм Ангкор Уот, время – знойный тропический полдень, палящее солнце освещает гладкие камни, что в комплексе с контрастными глубокими тенями храма затрудняют задачу фотографа получить качественный снимок. Тем не менее, если подойти к построению композиции продуманно, ситуацию можно спасти.

Дело в том, что в некоторых случаях яркостный диапазон слишком велик для плёнки или сенсора, что и приводит к значительному затемнению теневых зон сцены и «выжженности» освещённых.

Во избежание вышеописанных недочётов, не фотографируйте в ярких, контрастных условиях, условно говоря — в полдень. Если же этого времени суток не избежать, постарайтесь чтобы в кадр попало как можно меньше светлых пятен. Потрудитесь также и над созданием такой композиции, которая не будет зависеть от трудноуловимых оттенков цвета и форм объектов.

moire , название ткани) - узор, возникающий при наложении двух периодических сетчатых рисунков. Явление обусловлено тем, что повторяющиеся элементы двух рисунков следуют с немного разной частотой и то накладываются друг на друга, то образуют промежутки.

Муаровый узор наблюдается при наложении друг на друга различных частей тюлевых занавесок.

Понятие «муар» происходит от ткани муар ?! , при отделке которой использовалось данное явление.

Муаровый узор возникает при цифровом фотографировании и сканировании сетчатых и других периодических изображений, если их период близок к расстоянию между светочувствительными элементами оборудования. Этот факт используется в одном из механизмов защиты денежных знаков от подделки: на купюры наносится волнообразный рисунок, который при сканировании может покрыться очень заметным узором, отличающим подделку от оригинала.

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

✪ Муаровый орёл

✪ Серия 31. Муар - что это такое и как с ним бороться

✪ Мультипресс: измерение линеатуры и углов поворота растра. Муар.

Субтитры

Цифровая обработка изображений

Возникновение муара в процессе сканирования

В повседневной жизни муар часто проявляется при сканировании изображений, напечатанных полиграфическим способом. Это происходит из-за того, что сканер повторно растрирует изображение, на котором уже есть оригинальный растр . Проще это можно представить так: если взять кальку с одним орнаментом и наложить её на кальку с тем же орнаментом, но изображенным под другим углом, то результирующий орнамент будет отличаться и от первого и от второго. Если же наложить их так, чтобы они совпадали, то первый орнамент совпадет со вторым.

Круглые «розетки» на пересечении двух прямоугольников и результируют в искажение изображения, которое видно на первом рисунке.

Возникновение муара в процессе растрирования

Муар также может возникнуть из-за неправильной установки углов между линиями основных цветов при растрировании . И то и другое является, фактически, интерференцией двух наборов линий растра. Различают несколько видов розеток муара, по виду которой часто можно выяснить причину муара.

Сканирование, фактически, представляет из себя модуляцию сигналов в узлах сетки сканера яркостью узлов типографского растра. В общем виде получается произведение двух модулированных синусоид (решёток) с различным периодом пространственных колебаний. Одна

При наложении двух систем контрастных полос возникает узор, образованный их сгущениями в местах, где полосы одной системы попадают в промежутки между полосами другой системы. Возникновения таких узоров называют муаровым эффектом .

Простейший муаровый узор возникает при пересечении под небольшим углом двух систем равноудаленных параллельных полос (линий). Небольшое изменение угла поворота одной из систем ведет к значительным изменениям расстояния между элементами муарового узора.

Муаровый узор образуется также при наложении двух непересекающихся систем равноудаленных параллельных линий, когда величина шага одной из систем слегка отлична от другой. При этом, чем меньше разница в шаге, тем больше расстояние между муаровыми полосами. Это позволяет получить колоссальное увеличение (в миллионы раз) разницы в ширине промежутков между линиями. Иначе говоря муаровый эффект дает возможность визуально без применения оптических систем, обнаруживать ничтожные отклонения в почти одинаковых периодических структурах. В настоящее время метод муара широко применяют при контроле точности делительных устройств для изготовления дифракционных решеток.

Муар возникает на электронной микрофотографии двух кристаллов, наложенных таким образом, что их атомные решетки почти совпадают. Любой дефект, нарушающий регулярность структуры кристалла, четко проявляется в муаровом узоре. Увеличение при этом таково, что позволяет видеть смещения атомов, величины которых меньше диаметра самого атома.

Если две решетки из равноудаленных параллельных прямых, несколько отличных по величине шага, двигать одну относительно другой в направлении, перпендикулярном линиям, то полосы муарового узора будут двигаться со скоростью гораздо большей, чем относительная скорость движения самих решеток. При этом направление их движения совпадает с направлением относительного смещения решетки с меньшим шагом. Таким образом, малое перемещение одной из решеток приводит к значительному перемещению полос муара, которое легко обнаружить и измерить.

Пример применения:

Способ определения деформаций по картине муаровых полос, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения деформаций, определяют отношение скоростей взаимного перемещения деформированной и эталонной сеток и скорости перемещения муаровой полосы и по величине этого отношения судят о величине деформаций.

Описанное проявление муарового эффекта издавна используется во всех измерительных приборах, обладающих нондусом, таких, как микрометр или штангенциркуль.

С помощью эффекта муара можно визуализировать ничтожные изменения показателя преломления прозрачных сред, помещая их между решетками. Так, например, можно визуально изучить динамику растворения двух веществ.

Этот же принцип позволяет производить экспресс-анализ качества оптических деталей. Линзы помещают между решетками, наличие выпуклой линзы увеличивает элементы муарового узора, вогнутой – уменьшают. При этом обе линзы поворачивают узор в противоположных направлениях на угол, пропорциональный фокусному расстоянию. В местах неоднородностей структуры или формы линз линии узора искажаются.

Еще пример контроля оптики:

Интерференционный способ измерения клиновидности оптических прозрачных пластин, заключающийся в том, что пучок света от лазера фокусирует с помощью объектива в плоскость отверстия в экране, за которым устанавливают контролируемую пластину, отличающийся тем, что с целью повышения точности и производительности измерений, от контролируемой пластины при ее фиксированном положении получают прозрачную копию интерференционных колец, поворачивают пластину в ее плоскости на 180, накладывают интерференционную картину на копию и по ширине муаровых полос, образовавшихся от наложения, измеряют клиновидность платины.

Множество муаровых узоров можно получить, совмещая решетки, образованные самыми различными линиями, например концентрическими окружностями, спиралевидными волнообразными или радиально исходящими из точки линиями и даже семействами равномерно расположенных точек. Таким образом можно моделировать многие сложные физические явления, такие, как взаимодействие электростатических полей, интерференция волн и другие. Подобными методами решаются некоторые задачи архитектурной акустики.

В Японии предложено использовать муаровый эффект для составления топографических карт предметов. Объект фотографируют через решетку из тонких нитей, сбрасывающую на него четкую тень. Тень деформируется в соответствии с рельефом объекта и при взаимодействии ее с реальной решеткой возникает муаровый узор, наложенный на изображение объекта. На фотографии расстояние между линиями муара соответствует глубине рельефа. Такой метод очень эффективен, например, при изучении деформации быстровращающихся деталей, при анализе обтекания тел поверхностным слоем жидкости в медицинских исследованиях анатомического характера.

Универсальность метода муара, простота преобразования с его помощью различных величин, близка к ИКР, высокая разрешающая способность - все это говорит о том, изобретатели еще не раз обратятся в своей практике к муаровому эффекту.

При наложении двух или более сеток (растров), состоящих из линий, точек или иных геометрических элементов, возникает картина, состоящая из чередующихся темных и светлых полос. Это явление называется муаровым эффектом. Муаровая картина возникает, если эти два растра повернуты друг относительно друга на какую-либо величину или имеют незначительную разницу в шаге (расстояние между соседними одноименными светлыми или темными полосами).
Чем объясняется явление муара? Человеческий глаз имеет ограниченную разрешающую способность. Систему чередующихся темных и светлых полос, расстояние между которыми видно под углом зрения меньше 1A, глаз воспринимает как сплошное серое поле. При наложении двух систем линий интенсивность света по поверхности изображения меняется, и это изменение интенсивности воспринимается в виде муаровой картины.
Центр светлой муаровой полосы совпадает с точкой А, где совмещаются светлые линии обоих растров. Центр темной муаровой полосы совпадает с точкой В, где темная линия одного растра перекрывает светлую линию другого растра.

Таким образом, муаровый эффект есть оптическое явление, возникающее при наложении мелких сеток. Длина волны света в этом эффекте не имеет значения, поэтому муаровый эффект иногда называют механической интерференцией. по аналогии с обычной интерференцией света.
Интерференция - сложение двух периодических явлений, в результате которого возникает третье явление с более крупным периодом.
Муаровые полосы обладают свойством увеличивать перемещения.
Шаг муаровых полос

где а0, а1 - шаг исходного и искаженного растров; φ - угол поворота между линиями растров.
Из анализа приведенного уравнения следует, что малым значениям разности шагов и угла поворота соответствует большая величина шага муаровых полос, то есть малым деформациям, вызывающим искажение растра, соответствуют большие параметры муаровой картины.
Определим величину относительной степени деформации εпри φ = 0, если известны шаг исходного растра а0 и шаг муаровой полосы n.

Откуда

Эффект муара был открыт лордом Реллеем в 1874 г., но только во второй половине XX века, когда появилась возможность получать достаточно мелкие и точные растры (до 100 линий на 1 мм), этот метод начали широко использовать в исследовательской практике.
Муаровый эффект при исследовании напряженно-деформированного состояния (НДС) металла применяют в двух направлениях:
- для исследования НДС с помощью непосредственного нанесения растра на поверхность исследуемой модели;
- для исследования прогибов пластин и оболочек путем проектирования на них растров.

Исследование НДС при непосредственном нанесении растра на поверхность металла

Растр на исследуемую поверхность наносят царапаньем, травлением или способом фотопечати. Затем образец подвергают деформированию в процессе которого растр также деформируется. Затем на продеформированный растр накладывают эталонный растр (такой, каким он был до деформации). В результате их интерференции получается муаровая картина.
Муаровые полосы в данном случае являются линиями равных перемещений частиц металла. То есть все частицы, лежащие на муаровой полосе, получили одинаковые перемещения, равные шагу исходного растра. Поэтому, подбирая исходный растр с нужным шагом, можно получать данные о деформации металла с необходимой степенью точности.

Так как муаровая картина несет информацию о перемещении частиц металла только в направлении, перпендикулярном линиям растра, то для получения данных о деформации в исследуемой плоскости необходимо нанести еще один растр с направлением пиний, перпендикулярным первому растру. Обычно если исследуют НДС; в какой-либо плоскости сечения образца, то на одну половину образца наносят растр с продольной линеатурой, а на другую ~ с поперечной; если исследуемая модель имеет ось симметрии, то на различные половинки сечения относительно оси симметрии наносят растры с взаимно перпендикулярным расположением линий.
Обозначив перемещение в направлении оси x1 через U, а в направлении оси х2 через V, деформации можно записать:

Принимая во внимание то, что муаровая полоса является линией равных перемещений, зная ее порядок и цену, перемещения в интересующих точках можно определить следующим образом:

где n,m - порядковый номер муаровой полосы; a0 - шаг исходного растра.
Для определения знака деформации (сжатие или растяжение) используют одно из свойств муаровых полос, а именно, исходный растр, наложенный на исследуемую продеформированную поверхность, начинают вращать. Если муаровые полосы поворачиваются (смещаются) в сторону, противоположную направлению поворота недеформированного растра, то образец был подвергнут деформации сжатия (деформация имеет отрицательный знак); если же направление поворота растра совпадает с направлением смещения муаровых полос - имеет место деформация растяжения.

При определении деформации в точках, не лежащих на муаровых полосах, применяют метод интерполяции с допущением, что перемещение ст линии к линии происходит по линейному закону. При этом перемещение в точке B

По найденным компонентам тензора деформации в точке можно вычислить интенсивность деформации

Зная связь между интенсивностью деформации (εi) и интенсивностью напряжений (σi), определяют величину σi. После чего находят компоненты тензора напряжений.

При решении задачи для плоского напряженного состояния эти зависимости имеют вид:

В результате обработки муаровой картины перемещений можно получить поля частных производных линий равных деформаций, скоростей деформаций и др.
Таким образом, в зависимости от задачи исследования муаровая картина может дать большую и разнообразную информацию.

Исследование НДС тонкостенных конструкций, пластин и оболочек

При исследовании изгибов оболочек применяют два способа исследования с помощью метода муаровых полос:
- с использованием отражения спроектированного растра (исследование изгиба на зеркальных моделях);
- с использованием теневого изображения проектируемого растра (на поверхностях, не имеющих зеркальной поверхности). Сущность первого способа получения муаровых картин заключается в том, что перед экраном 3, на котором изображен растр, устанавливают зеркальную пластину 2 и через отверстие в экране фотокамерой 1 производят фиксирование изображения растра на поверхности недеформированной пластины.
Затем модель нагружают и еще раз фотографируют изображение растра, но уже на поверхности продеформиро&анной модели.

Углы наклона искривленной поверхности продеформированной модели дφ/дx при этом вызывают смещение линий отраженного
изображения растра на угол 2дφ/дx. Наложения отраженного растра до и после нагружения образуют картину муаровых полос, которые являются линиями уровня постоянных углов поворота нормали к исследуемой поверхности. Зная через углы наклона нормали кривизну поверхности, можно
Получение зеркальной муаровой картины рассчитать напряжения, действующие в пластине.
K недостаткам этого способа следует отнести:
- необходимость двойного фотографирования отраженного растра, так как визуально зафиксировать муаровую картину невозможно;
- специальная подготовка зеркальной поверхности исследуемого объекта.
Муаровая картина, характеризующая величину прогиба поверхности, может быть получена и другим способом - с использованием теневого изображения проектируемого растра.
Для получения теневой муаровой картины полупрозрачный растр 1 (выполненный на стекле или изготовленный из натянутых нитей) располагают на достаточно близком расстоянии над исследуемой моделью 2. При наклонном освещении (источник света 3) в направлении, перпендикулярном его линиям, на поверхности модели образуется теневое изображение растра. Наблюдая растр и его тень в направлении, перпендикулярном к плоскости растра (или под некоторым углом к нему β), можно видеть картину муаровых полос как результат интерференции исходного и теневого растров. Эту картину можно фотографировать и наблюдать визуально.
Величина прогиба для точек муаровой полосы

где m - порядковый номер муаровой полосы; а - шаг исходного растра; α, β- углы (см. рисунок).
Таким образом, в данном случае муаровая полоса - геометрическое место точек одинакового расстояния от плоскости исходного растра до исследуемой поверхности.

Преимущества метода муар:
- исследование на реальных материалах;
- высокая степень точности в определении деформаций;
- метод позволяет получить интегральную картину деформируемого состояния по всему исследуемому объему;
- возможность исследования деформаций независимо от их физической природы при статическом и динамическом нагружениях.
К недостаткам этого метода можно отнести следующее:
- невозможность исследования больших пластических деформаций (более 50%) и малых упругих деформаций (менее 1%);
- сложность получения мелких растров (менее 20 линий на 1 мм).

24.05.2019

Профлист позволяет с разумными затратами сделать отличный забор, красиво и функционально обшить дом, настелить крышу, подготовить опалубку к заливке бетоном. Волнистое...

24.05.2019

Школьная парта - это очень важный предмет мебели, который является рабочим местом любого современного ученика. Когда речь идет о выборе данного товара, нужно помнить,...

24.05.2019

Накопительные приспособления для нагрева воды имеют вид металлической ёмкости, в середине которой располагается нагревательный компонент. Нагрев выполняется до...

24.05.2019

Самое крупное металлургическое предприятие из Турции Erdemir Group подписала договор с фирмой Paul Wurth, которая зарегистрирована на территории Люксембурга, по поводу...

24.05.2019

Если говорить простыми словами, то компрессоры являются агрегатами для создания сжатых воздушных масс и последующей передачи их конечным потребителям. Самыми...