用Tracker视频跟踪软件分析《伽利略对自由落体运动的研究》

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用Tracker视频跟踪软件分析《伽利略对自由落体运动的研究》

作者：陈霞

来源：《中国信息技术教育》2013年第05期

视频记录着真实的世界，对实验视频进行数据提取和分析是物理实验分析的一个重要方法。人教版高中物理必修1教科书的《伽利略对自由落体运动的研究》这节中“做一做”初步介绍了数码照相机视频在物理实验中的应用，下面就这一方法做一下具体探讨。 ● 视频分析原理介绍

视频记录了两个关键值，时间和所拍摄的空间。

时间与摄像机录制时的帧率有关，以一般摄像机每秒录制30帧为例，也就是每秒录制30幅静态画面；静态画面记录了物体的位置，如第二帧静态画面是摄像机在第0.033秒时拍摄的，画面中物体的位置是第0.033秒时物体的位置。空间的大小可以用视频中已知物体的大小来同比例换算。

每个帧的画面上显示了运动物体当时的影像，如果在帧画面上定义了坐标系，就有该影像的位置数值，即坐标数值。视频分析软件就是逐帧手动或自动标记运动物体的位置，把所有的位置标记叠加到最后一帧画面，就能直观地显示物体运动的轨迹，且运动物体的位移数据可从视频中已知物体的大小来同比例换算。 ● 视频分析的一般步骤

（1）导入所拍摄的视频到软件中，然后选取开始帧和结束帧，设置帧的步伐。例如，自由落体下落是从视频的第5帧开始，那么第5帧就作为开始帧，然后每10帧分析当时的落体的位置，这里每10帧就是帧的步伐。

（2）在帧的画面上定义坐标系，一般把物体运动的起始点设为坐标系的原点。如果摄像机拍摄的角度不是水平的，可以定义坐标轴的偏转角度来校正拍摄场景。

（3）定义比例标尺，在帧画面中找到已知长度的物体，用鼠标标记物体的头和尾，然后填写物体长度的实际尺寸数值。以比例标尺来度量视频中物体的尺寸和位移，视频分析软件会自动计算出物体的坐标值。

（4）逐帧对画面中运动物体形状中心进行标记，移动鼠标到物体的形状中心进行轨迹标记。对于高速移动的物体，摄像机镜头快门打开到关闭拍摄一幅帧画面需要几毫秒，那么帧画面中物体势必有数个影子，这些影子的组合形状的中心就是要标记的位置。