Семь раз отмерь или как определить высоту дерева, не срубая его и не взбираясь на верхушкутворческая работа учащихся на тему

© 2015 Vasili-photo.com

Предлагаю вашему вниманию перевод статьи Edward J. Ramaley «An Interesting Distance Meter», опубликованной в журнале «American Photography» за февраль 1939 г. В статье рассказывается о том, как из куска картона можно изготовить оригинальный оптический дальномер. Разумеется, в наши дни большинство фотокамер снабжены не то что дальномером, а полноценным автофокусом, что сильно снижает практическое значение описанного в статье примитивного устройства. Тем не менее, самодельный прибор остаётся презанятной игрушкой, с широким развлекательно-образовательным потенциалом и позволяет немного по-новому взглянуть на работу собственных глаз.

Стиль изложения может показаться местами несколько путанным, но таков он и в оригинале – я старался переводить по возможности близко к тексту.

Назначение дальномера в фотографии состоит в том, чтобы дать фотографу возможность сфокусировать объектив на предмете, не прибегая к измерению разделяющего их расстояния при помощи линейки или рулетки. Фокусировка осуществляется путём изменения расстояния между объективом и изображением в соответствии с расстоянием от объектива до предмета. Тщательная фокусировка особенно необходима, когда диаметр отверстия объектива достаточно велик по сравнению с его фокусным расстоянием. В целом, любой объектив, используемый на пределе своей светосилы, должен быть крайне аккуратно сфокусирован при съёмке близких предметов.

Оптический дальномер собирает свет через две приёмные системы, которые сопряжены таким образом, чтобы два сформированных ими изображения могли быть совмещены в одно. Надлежащая регулировка данного устройства может быть привязана к установке указателя на шкале, либо напрямую к фокусировке фотообъектива. Исходя из этого, может показаться логичным использовать непосредственно нашу собственную пару глаз в качестве оптического дальномера, что может быть реализовано несколькими способами. Один из них заключается в использовании индивидуально откалиброванной шкалы, удерживаемой на расстоянии вытянутой руки и наблюдаемой для измерения конвергенции глаз, смотрящих на объект.

Калибровка дальномера

Из картона вырезается треугольник с основанием три дюйма и высотой восемь дюймов. От окна или другого источника света откладывается наименьшая дистанция, указанная на фокусировочной шкале вашей камеры, и измеряющий становится на данную точку лицом к свету. Треугольник нужно держать напротив окна перед глазами на расстоянии вытянутой руки, используя естественное мышечное усилие, которое могло бы быть воспроизведено по желанию. Сфокусировав глаза на окне, вы убедитесь, что треугольник кажется сдвоенным, поскольку каждый глаз смотрит на него со своей собственной точки зрения. Продолжая удерживать фокус на окне, можно приложить прямую линейку поперёк треугольника, параллельно его основанию, так, чтобы она пересекала края каждого из двух мнимых треугольников в точке их взаимного пересечения. Наконец по линейке проводится линия. Этим завершается калибровка для данной дистанции.

Полная фокусировочная шкала вашей камеры наносится на картонный треугольник точно таким же способом: отступая от окна на соответствующее расстояние, определяют, где пересекаются два мнимых треугольника и проводят горизонтальную линию через это пересечение. Точность дальномера убывает с увеличением дистанции, но точно так же убывает и необходимость в критическом фокусе. Прилагающиеся рисунки показывают, как выглядит завершённый дальномер и каким он кажется, когда глаза сфокусированы на точке за ним.

Самодельный электронный альтиметр-вариометр-пищалка (3.3-вольтовая версия)

Существенно переработал свой проект альтиметра-вариометра с подачей звуковых и световых сигналов.

Поэтому решил оформить материал отдельной статьей. По прежнему, есть парашютная и парапланерная версии прошивок.

Схема соединения компонентов

Парашютная работает как с дисплеем, так и без него. Парапланерная — пока без дисплея. Использовал недорогие и доступные компоненты.

Что же появилось нового? От чего пришлось отказался?

В новой версии прибора: — питание от одной 3.7В LiPo – ячейки (вместо 9 вольтового элемента «Крона»); — плата Arduino ProMini 3.3V 8 мГц (вместо 5 вольтовой Arduino Nano V3); — жидкокристаллический дисплей Nokia 5110 (вместо ЖК дисплея 1602); — плата заряда-разряда LiPo — элемента с микро-USB разъёмом.

Датчик Gy-68 (BMP180) использую тот же.

Приборчик преобразился, стал компактнее. Размером с маленький будильник.

А если снять дисплей, то и в защитный шлем войдёт! Думаю закатать его в термоусадку, может даже прозрачную. Пусть будет видно «высокотехнологичное» содержимое.

Слева — элемент питания с контроллером заряда-разряда, справа — плата с датчиком и динамиком от сотового телефона. Последовательно с динамиком подключил сопротивление 120 Ом. Громкость вполне приемлема если разместить в шлеме.

Вывел в виде «хвостика» провод куда можно запаять любой выключатель, какой душа пожелает. Я использовал обычный компьютерный джампер.

Алгоритм работы всё тот же. Как парашютной, так и парапланерной версии.

Без дисплея с элементом ёмкостью 100 мА AltVar V2 проработал непрерывно более 10 часов.

С подключенным дисплеем (была включена подсветка) и элементом 200 мА — более 7 часов. Без подсветки дисплея — более 20 часов.

Катал на лифте прибор с парашютной прошивкой — работает как и прежний мой вариант.

Можно использовать как обычный высокоточный альтиметр-вариометр.

Формат вывода информации:

А: 15 (высота в метрах) —v— (признак снижения, в случае набора высоты +++^+++) V: 0.0 — (вертикальная скорость в м/сек)

Парапланерная прошивка — пока без дисплея. В дисплейной версии выявил некоторые звуковые глюки. Пока не разобрался почему… Поэтому скетч не публикую.

Парапланерная версия без дисплея работает хорошо и эту прошивку можно использовать. Также работает и скетч, который я использовал в качестве основы своего проекта. Огромная моя благодарность его автору!

Пъезопищалку заменил, как я уже указал, на динамик от сотового телефона, подключив к нему последовательно сопротивление 47 Ом. Довольно громко и отчётливо звучит. Динамик поставил вот такой

Все соединения компонентов у меня указаны в «шапке» скетча. Вот например подключение дисплея (взято из этой самой «шапки»):

Дисплей NOKIA 5110 (синего цвета)

Дисплей 5110 Pro Mini Serial clock out (SCLK) 3 Serial data out (DIN) 4 Data/Command select (D/C) 5 LCD chip select (CS) 6 LCD reset (RST) 7 VCC (не более 3.3 вольта) VCC BL (подсветка) VCC (для красного дисплея — GND) GND GND

Компилятор тот же — 1.0.6

Прошивал с помощью обычного TTL-UART USB переходника CH340G. Он самый постой, не ресетит Ардуину. Поэтому после компиляции, нажимал кнопку RESET сам.

Все прошивки отправляют данные высоты, вертикальной скорости и давления на COM-порт. Правда в работе в таком режиме система может его определить как некий майкрософтовский прибамбас, причём неправильно работающий.

В общем получилось довольно просто и вполне бюджетно.

Благодарю всех кто отозвался на предыдущую мою статью по этой теме. Некоторые Ваши замечания я учёл при создании новой модификации своего приборчика.

Источник

Как пользоваться дальномером

При практическом использовании шкала удерживается вертикально на расстоянии вытянутой руки, в то время как глаза сфокусированы на значимой части сцены. Ноготь большого пальца скользит вверх по шкале до видимого пересечения двух треугольников, после чего взгляд можно перевести на треугольник, чтобы увидеть, какую линию отмечает ноготь, и сфокусировать камеру в соответствии с полученным значением. Казалось бы, ничего не может быть проще, однако существуют некоторые досадные помехи, о которых нельзя забывать.

Наши глаза обманывают нас. Иногда нам кажется, что мы смотрим точно на объект, но на самом деле наши глаза сфокусированы на точке в воздухе. Средство от этого – сделать несколько считываний достаточно быстро, не давая глазам времени уставать или колебаться. Повторяйте до получения согласующихся результатов. Также следует помнить, что глазной зрачок это не точка, и его размер при ярком освещении, не таков, как при тусклом. Вследствие этого, на дальнем конце шкалы возникает определённый недостаток точности, и при чтении со шкалы приходится использовать приблизительно ту же яркость, что и при калибровке. Этот эффект уменьшается, если производить калибровку при умеренно ярком освещении, а непосредственно перед считыванием посмотреть на свет такой же интенсивности.

Математическое отношение и обоснование для данного прибора показаны на рис. 3, и, как можно увидеть, расстояние между глазами весьма существенно для больших расстояний. Смысл в том, что если шкала откалибрована в светлой комнате и используется также в светлой комнате, расстояние между глазами не меняется. Меж тем, в тёмных местах глазной зрачок расширяется, преувеличивая, таким образом, одни значения и преуменьшая другие.

Другой источник нестабильности, а именно трудность удерживания шкалы всегда на одном и том же расстоянии, очень легко преодолевается посредством очень небольшой практики, использованием естественного положения и комфортного мышечного усилия. Погрешности в удерживании треугольника особенно значимы на ближних дистанциях.

Это устройство не приспособлено для коммерческого производства, поскольку оно должно соответствовать определённой паре глаз и конкретной руке. Оно ничего не стоит и может быть изготовлено за полчаса, но при использовании с должным вниманием, оно превращает пару зорких глаз в отличный дальномер, который не требует себе оправдания. Продолжительное использование этого прибора в процессе фотографирования играющих детей с близкого расстояния и при открытой диафрагме позволило получить множество вполне удовлетворительных негативов и продемонстрировало полезность устройства.

Рис.3 Кривые, показывающие зависимость длины меток на шкале от расстояния до объекта при длине руки 27 дюймов и различных расстояниях между глазами. CD – длина линии на шкале в дюймах. BE – расстояние от глаз до объекта в футах. AB – расстояние между глазами в дюймах.

***

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Источник

Послесловие переводчика

Нельзя не отдать должное изобретательности автора, хотя литературная сторона статьи, конечно, оставляет желать.

Мне не вполне ясно, каким образом изменение размера зрачка может влиять на расстояние между зрачками. Очевидно, автор подразумевает не расстояние между центрами зрачков, а скорее расстояние между их медиальными краями. По-моему это не совсем правильно. В конце концов, оптическая ось глаза проходит именно через центр зрачка, а потому для наших целей важно именно расстояние между центрами зрачков, которое не зависит от их диаметра. Правда, при расширении зрачка (мидриазе) происходит уменьшение глубины резко изображаемого пространства, в результате чего объекты не в фокусе (в том числе сдвоенный треугольник дальномера) будут выглядеть несколько более размытыми. Это немного снижает точность измерения, но не настолько, чтобы этому факту стоило уделять особое внимание.

Прецезионность калибровки дальномера эмпирическим путём, т.е. буквально на глаз, также вызывает у меня определённые сомнения. Слишком уж неточен метод измерения (особенно для дальних дистанций), чтобы применять его при разметке эталонной шкалы. На мой взгляд, расположение горизонтальных меток на шкале дальномера лучше рассчитать. Я даже придумал алгоритм, который способен облегчить эту задачу. Всё что вам нужно, это попросить кого-нибудь измерить расстояние между центрами ваших зрачков (глаза при этом должны смотреть вдаль), а также расстояние от глаз до шкалы дальномера, удерживаемого в вытянутой руке, после чего подставить полученные цифры в соответствующие ячейки формы и нажать на кнопку «Построить таблицу». Для каждой дистанции вы получите высоту соответствующей горизонтальной метки, считая от снования треугольника, а также её длину (отрезок CD на рисунке 3). Все величины, само собой разумеется, метрические.

Самодельный электронный альтиметр-вариометр с подачей звуковых и световых предупреждающих сигналов

Можно применять в авиационных видах спорта как дополнительное средство обеспечения безопасности при:

— выполнении парашютных прыжков; — полётах на параплане; — полётах на сверхлёгких летательных аппаратах

Достоинства данного решения:

— небольшая цена комплектующих (1200-1500р в розницу, при покупке в интернет-магазинах КНР значительно дешевле); — простота сборки (можно собрать за вечер, на макетной плате так вообще за полчаса); — высокая точность измерения высоты; — компактность и небольшой вес прибора; — открытый программный код (можно вносить изменения, изменять пороговые настройки срабатывания прибора); — можно использовать как модуль для измерения атмосферного давления (по СОМ — порту постоянно передаётся относительная высота, вертикальная скорость и атмосферное давление ). — Питание как от автономного источника постоянного тока (6-20V) так и по Mini-B USB — шнуру.

Предистория создания:

AltVar+, как я его назвал, был создан на основе вот этого проекта в виде вариометра – пищалки. Прототип собрал на макетной плате. На ней было всего два значимых компонента: — плата микроконтроллера Arduino Nano V3 — датчик давления Gy-68

Прибор реагировал писком на подъёмы-спуски, но не было никакой индикации. Поэтому пришлось доработать программу.

Теперь плата транслировала значения высоты и вертикальной скорости на СОМ-порт компьютера. Захотелось большей автономности и я добавил 4-цифровой 7-сегментный дисплей, заключил плату с датчиком в самодельный корпус, встроил в него элемент питания. На дисплей вывел значение относительной высоты. Теперь приборчик можно было использовать как для измерения относительной высоты, так и высокоточный барометр.

Вывел данные высоты и вертикальной скорости на — LCD — дисплей 1602 (16 знаков, 2 строчки).

Так приборчик подсказал как мне его назвать.

AltVar+ исправно показывал малейшие изменения высоты и вертикальной скорости.

Для вывода звукового сигнала оставил часть кода исходного проекта. Тестировал его сутками напролёт. Работал AltVar+ устойчиво. Вернее – не было ни одного сбоя! В автономном варианте (с 200мА 9V элементом типа «Кроны») проработал 8 часов без перерыва и отключился по питанию.

Программный код для микроконтроллера создал с помощью компилятора Arduino 1.0.6. В несколько этапов, постепенно добавляя функционал.

Алгоритм программы работает просто и прямолинейно:

— значения высоты и вертикальной скорости постоянно индицируются на LCD-дисплей; — полученные значения высоты и вертикальной скорости сравниваются с пороговыми значениями, заданным пользователем, и по итогам этой проверки выдаются звуковые и световые сигналы

При включении прибора индицируются пороговые значения высот и скоростей, заданные пользователем. На первый взгляд громоздко – зато информативно!

Изменения можно вносить, меняя значения в программе и после компиляции загружать в микроконтроллер. Алгоритм работы программы построен таким образом, что перед каждым прыжком нужно AltVar+ инициализировать (выключать – включать). Мы его как бы «взводим». Для чего это нужно?

После «взведения» мы имеем:

— максимально точное значение нулевой высоты площадки; — значения переменных, отвечающих за количество звуковых сигналов, принимают исходные значения; — экономим заряд аккумулятора

Программа, как я уже указывал, создана для парашютистов. «Китайский стиль» написания позволит разобраться в ней даже новичку. Всё просто и однозначно, как мне кажется. Не вижу преград адаптировать её для параплана (парамотора) и СЛА.

Строки программы, насколько смог, снабдил исчерпывающими комментариями. В «шапке» указаны необходимые комплектующие, взаимные соединения элементов, номиналы резисторов. Можно открыть в текстовом редакторе или в компиляторе и посмотреть.

В данной версии программы заданы три высоты для большой вертикальной скорости:

— готовности (Ready) – 1 звуковой сигнал (установил 1000 м); — оповещения (Alert) – 3 звуковых сигнала (800 м); — тревоги (Alarm) – непрерывный звуковой сигнал (600 м)

Сигнал будет снят при уменьшении вертикальной скорости до пороговой (установил – 25 м\с)

Ввёл ещё два информационных звуковых сигнала: — при достижении определённой высоты (Climb) на борту летательного аппарата (300 м при вертикальной скорости более +1 м\с); — при достижение определённой высоты (Baza) при спуске на парашюте (200 м при вертикальной скорости более –1 м\с, здесь высоту срабатывания ограничил минимумом в 25 метров т.к. на земле после включения AltVar+ возможны различные непредвиденные скачки давления, что вызовет сигнал);

Кроме того, все звуковые сигналы дублировал светодиодом.

Подключив AltVar+ через СОМ-порт можно с помощью какого-нибудь стороннего устройства вести запись вертикального профиля полёта. Поначалу эту возможность я использовал для отладки программы и решил оставить. Для получения точного значения атмосферного давления, необходимо внести поправку в переменную кода, зарезервированную для этих целей. Тогда будут предельно точные показания атмосферного давления. В остальном, прибор и без этой поправки обеспечивает измерения высоты и вертикальной скорости с достаточно высокой точностью.

Наращивать функционал можно и дальше.

Например: — измерение напряжения источника питания; — записывать с лог данные по аварийным режимам (этакий «виртуальный «SyPReS»); — поставить виброзвонок; — т.д. и т.п. Но пока остановился на этом наборе сигналов.

Сборка прототипов для испытаний в «полевых условиях».

Спаял на макетных платах все компоненты AltVar+

Плату разместил под LCD-экраном, что конечно не догма. Можно разместить и рядом ним. Прибор станет площе, но шире.

Изготовил из 4-мм пластика корпус для самого прибора и для элемента питания (9V «Крона»). Обработал стыки и кромки, задул из аэрозольного баллончика. Что сказать… «Кондово» получилось.

Возможно, не достаточно компактно. Вообще то можно было использовать маленькую мыльницу с прорезанными отверстиями под индикацию, включатель и звуковой разъём. Но что получилось – то получилось.

Есть что тестировать по крайней мере.

Этапы этого самого тестирования представляются следующими:

— устойчивость работы в статическом состоянии; — проверка автономности; — «лифтовый тест» с сильно заниженными пороговыми значениями высот и вертикальных скоростей; — парашютные прыжки с завышенными (по высотам) порогами срабатывания прибора

Видео 2 «лифтовой тест», значимо до 1:45, дальше открыл бокс и камера затрещала оно же, в ОК

Считаю что пройден удачно.

Были заданы:

При прохождении всех высот AltVar+ «проблеял» заданное количество раз. И светодиодом помигал. После снижении вертикальной скорости ниже порогового значения — снял сигнал тревоги. То есть вёл себя вполне предсказуемо, как я и планировал.

Будем тестировать его и дальше.

Собрать такой приборчик при желании может практически любой желающий и, используя открытый программный код, запрограммировать под свои задачи.

Резюмирую

— плата микроконтроллера Arduino Nano V3 — датчик давления Gy-68 — LCD — дисплей 1602 — 3,5 мм аудиоразьём; — резисторы 4к7, 1К, 330 ом; — 5V светодиод; — элемент питания «Крона»; — включатель; — макетная плата с проводниками

— Arduino 1.0.6., подключив библиотеки порта, датчика, дисплея и динамика — скетч (программа, что загружается в микроконтроллер)

P.S. Разработал плату, чтобы упростить сборку AltVar+. Но пока не изготавливал.

Пищит как исходный проект, индицирует высоту и вертикальную скорость. Зажигает светодиод при снижении, даже минимальном.

А ещё AltVar+ можно использовать как зелёный светодиодный фонарик