Ржевский Станислав Геннадьевич : другие произведения.

Петля обратной связи в видеосистеммах

"Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:


 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Получение рекурсивных изображений при помощи обратной связи в видеоситемах.


ПЕТЛЯ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ В ВИДЕОСИСТЕММАХ

0x01 graphic

Чем интересно данное явление?

   Современная техника позволяет в домашних условиях провести один простой, но весьма занимательный эксперимент. Суть его заключается в образовании замкнутой видеосистемы: для этого необходимо направить объектив камеры на экран телевизора, транслирующего изображение с этой же камеры. Одна и та же картинка будет сниматься и воспроизводиться множество раз, циркулируя по замкнутой системе. На экране возникнут причудливые узоры, имеющие вид спиралей и каскадов, повторяющих сходные образы с видимым удалением в перспективу. Более того, эта неравновесная система является очень чувствительным датчиком - любой предмет или источник света, попавший между объективом и экраном, вызовет волнообразно распространяющиеся искажения картинки.
   Это явление представляет двоякий интерес. Во-первых, таким методом можно получать красивые и оригинальные изображения для сюрреалистической фотографии и видеосъемки. Во-вторых, феномены, возникающие в системах с обратной связью, связаны с рядом актуальных проблем современной науки.
   В физических и биологических системах существуют два вида обратной связи (в дальнейшем - ОС) - положительная и отрицательная. Рассмотрим абстрактную систему из генератора и датчика, управляющего генератором посредством ОС. В случае отрицательной связи датчик настроен таким образом, что в ответ на повышение интенсивности сигнала, деятельность генератора будет снижаться. В случае положительной ОС имеет место обратная ситуация: повышение уровня сигнала, воспринимаемого датчиком, приводит к еще большему увеличению интенсивности генерации. Это явление подобно колебательному резонансу, когда внешнее воздействие усиливает колебания (пример - раскачивание маятника).

Зеркальный коридор

   Рассмотрим еще одну аналогию видео-петли ОС, на сей раз чисто оптическую. С незапамятных времен известен любопытный способ гадания с зеркальным коридором. Этот суеверный обряд выглядит следующим образом: между двумя поставленными друг против друга отражающими поверхностями находится человек с источником света - как правило, свечей; в неровном свете он вглядывается в глубины образовавшегося перед ним коридора со множеством анфилад, очерченных краями одного из зеркал и перед его взором разворачиваются причудливые иллюзии.
   Наши предки верно подметили особые свойства замкнутых оптических систем, однако не стоит искать в них чего-либо сверхъестественного. Опыт с двумя зеркалами может стать неплохой тренировкой перед исследованием свойств электронной видео-петли, при этом стоит отметить следующее обстоятельство: в зеркальном коридоре движение всех отражений синхронизировано, т. к. изменения переходят от каскада к каскаду со скоростью света. Кроме того, все повторяющиеся изображения одинаковы по форме - они отличатся только масштабом и яркостью вследствие постепенного увеличения оптического пути и ослабления света. В электронных системах напротив наблюдается значительное запаздывание, что связано с характером распространения сигналов в радиоэлементах. По этой причине действие электронных систем предпочтительнее для использования в научных и художественных целях - они позволяют получить более интересные узоры.
  

Рекурсия в математике, философии и искусстве

   Нет необходимости в данной статье прибегать к языку формул, однако стоит упомянуть математическую модель явлений, подобных тем, что происходят в видео-петле. Многократное повторение картинки описывается так называемой рекурсией. Строго говоря, рекурсивно заданная функция определяет своё значение через обращение к себе самой с другими аргументами. В программировании также имеются рекурсивные функции, которые в ходе выполнения вызывают сами себя.
   В обще-философском смысле, рекурсия соответствует зацикленным, бесконечно повторяющимся процессам, древним символом которых является т.н. "Uroboros" - змей, кусающий за хвост сам себя. Эта аналогия и в наши дни как нельзя лучше иллюстрирует принцип ОС в замкнутых системах.
   Метод создания рекурсивных картинок при помощи видео-петли известен с середины прошлого века и давно нашел применение в искусстве. В частности, видеоклип легендарной рок-группы "Queen" под названием "Bohemian rhapsody" был снят с применением аналогичных методов.
   Сам же прием вложения друг в друга взаимоподобных изображений издавна используется в художественно искусстве, в настоящее время он известен под названием "эффект Дросте". Аналоги данного метода встречаются и в литературе - это использование вложенных друг в друга текстов и создание замкнутой системы ссылок в духе рекурсии.
  
  

0x01 graphic

0x01 graphic

1. Образование спиральных изображений в видео-петле

Техническое воплощение ОС в видеосистемах

   Для того чтобы в домашних условия собрать установку, обеспечивающую положительную ОС в видеосистеме, можно использовать цифровую фото- или видеокамеру и телевизор (либо компьютерный монитор). Единственная возможная сложность - в согласовании сигнального выхода камеры с видеовходом экрана. Старые камеры снабжены простейшим двухпроводным разъемом, аналоговый сигнал с которого можно подавать на линейный вход телевизора или видео-платы компьютера. В настоящее время в камерах практически повсеместно используется цифровой стандарт HDMI, требующий для соединения специальный кабель. В том случае, если используемый монитор вполне современен, у него должен иметься соответствующий вход. Разумеется, при этом камера должна работать в режиме "Live view" - чтобы на выход подавалась картинка, запечатляемая матрицей в режиме реального времени. Более того, необходимо очистить дисплей камеры от каких-либо надписей и опорных сеток - обычно это достигается нажатием кнопки, управляющей состоянием дисплея.
   После подключения камеры к монитору ее необходимо установить напротив экрана, желательно зафиксировать на штативе. Вместо монитора можно использовать мультимедийный проектор - в этом случае предоставляется возможность получать изображения больших масштабов, однако работа с ним требует полного затемнения комнаты, в противном случае не будет достигнута необходимая контрастность картинки.
   Характер изображения, возникающего в видео-петле, существенно зависит от взаимной ориентации камеры и монитора. Основными факторами при этом являются расстояние между ними, угол наклона и угол поворота камеры вокруг оптической оси. На последнее обстоятельство стоит обратить особое внимание: наклоняя и поворачивая камеру различным образом можно получать разнообразнейшие картинки. Стоит также поэкспериментировать с масштабированием кадра, если камера обладает функцией оптического увеличения (zoom). Использовать цифровое увеличение при этом не рекомендуется, т.к. может пострадать качество картинки.
   При работе с подобными системами возможно возникновение помех в виде незатухающих пульсаций света, мешающих наблюдать и снимать изображение. Их причина может скрываться в мерцании изображения на экране, либо использовании источника неровного, колеблющегося освещения вроде свечи. Избавиться от этих пульсаций бывает не просто, но, во всяком случае, стоит попробовать отключить камеру и включить ее снова, изменив освещение. Можно также попытаться изменить частоту развертки изображения на мониторе - в этом плане компьютеры предпочтительнее старых телевизоров, у которых частота обновления фиксирована на 50 Гц. Не стоит забывать также и о настройках камеры, замыкающей петлю (практика показывает, что фотоаппараты лучше переводить в режим видео-съемки).
   Для исследования свойств видео-петли можно вносить различные предметы в пространство между объективом и экраном. При этом появится их изображение, искаженное и повторяющееся множество раз с уходом в перспективу. Особенно интересные результаты получаются при использовании мелких источников освещения - свечей, миниатюрных ламп, светодиодов и т. д. - для большей наглядности такие опыты следует проводить в темном помещении.
   Для фото- и видеосъемки образующихся на экране картин необходимо использовать еще одну камеру, установленную на штативе напротив экрана. Две камеры необходимо сориентировать так, чтобы они не перекрывали друг другу поле зрения - для этого необходимо выбрать подходящий угол наклона и поворота монитора. Предметы, вносимые в пространство между экраном объективом замыкающей петлю камеры, как правило, требуют точечной подсветки - для этого можно использовать фонарь или лазерную указку; интересные результаты получаются при съемке со свечами.

Спиральная и вращательная симметрия

   Теперь вкратце рассмотрим те явления, с которыми приходится сталкиваться при исследовании изображений, полученных при помощи вышеописанного метода. Их привлекательность для внимания зрителя обусловлена целым рядом причин и, прежде всего, наличием особого рода симметрии. Если камера повернута относительно экрана на угол, не кратный 90R, в изображении появляются спиральные элементы, образующие симметричные структуры. Витки спирали, имеющие наибольший масштаб, воспроизводят изображение с максимальной точностью, дальнейшие же его копии выглядят искаженными и нечеткими, при этом создается плавный переход от отчетливых форм к бесформенным пятнам и, в конечном итоге - к полной белизне, образующейся в центре картинки. Это белое пятно округлой формы соответствует "перегрузке" видеосистемы, вызванной большой интенсивностью сигнала в данном участке.
   Если же камера перевернута на 180R градусов, на экране, как правило, возникают структуры, обладающие центральной симметрией - предмет, помещенный в одном углу экрана, дополнится копией в другом углу, симметрично расположенный относительно центрального пятна засветки. Однако при малейшем отклонении камеры от этого угла очертания предметов исказятся, и центральная симметрия перейдет во вращательную. При дальнейшем повороте изменяется порядок вращательной симметрии - от второго до высших, в соответствии с этим на экране начнут появляться все новые и новые анфилады взаимоподобных изображений.
   На экране могут образовываться не только спирали, но и боле сложные фигуры, выражающие т. н. трансляционную симметрию. Основным ее признаком является наличие множества взаимоподобных изображений, многократно повторяющих некий прообраз. Именно это эффект возникает в результате каскадного повторения изображений. Эти ритмичные картинки образуют фигуры, во многом родственные фракталам. Данный метод позволяет получать обширный класс фигур, в общих чертах имеющих спиральную структуру - их можно успешно применять для создания художественных изображений с фрактальными элементами.
   Итак, мы видим, что видео-петля позволяет создавать изображения с различными типами симметрии, играющими особую роль в изобразительном искусстве, причем смена одного вида симметрии другим оперативно достигается изменением угла наклона камеры. Этим отчасти объясняется секрет привлекательности подобных картинок.
  
   0x01 graphic
   0x01 graphic

2. Образование спиральной и вращательно-симметричной картинок

Метаморфозы изображения

   Посредством настройки масштабирования и регуляции угла поворота камеры можно добиться появления картинок совершенно особого рода. Обычно этот опыт не сразу получается у новичков, необходимое положение камеры может быть найдено случайно, либо методом проб и ошибок. Могу подсказать, что для этого следует направлять камеру в центр пятна засветки и настраивать объектив на максимальное "приближение" картинки.
   В случае удачного выполнения опыта, можно стать свидетелем появления на экране динамических изображений, постоянно изменяющих свою форму и цвет. Как правило, они похожи на вращающиеся спирали или имеют форму, близкую к звездообразной. От их периферических участков могут исходить лучи, либо отрываться, рассеиваясь в окружающее пространство небольшие светлые пятна. Такие структуры особенно интересны с точки зрения синергетики - в них можно наблюдать процессы, подобные самоорганизации, происходящей в живых системах.
   В последнее время все чаще проявляется сближение науки и искусства. Многие методы, изначально разрабатываемые в научных целях, становятся подспорьем для современных художников и режиссеров. Можно привести немало примеров - от звуковых композиций, записываемых через радиотелескопы до картин, создаваемых из флюоресцирующих бактерий. Обратная связь в видеосистемах относится именно к этому разделу явлений, позволяющих интегрировать науку с искусством, придавая научным изысканиям своеобразную эстетичность, а произведениям искусства - научную весомость. В наши дни художники и ученые должны идти рука об руку, памятуя о том что некогда, в античные времена, и в предшествующие им доисторические эпохи, зарождающиеся искусство и наука были единым целостным проявлением духовной жизни человечества.

 Ваша оценка:

Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
Э.Бланк "Пленница чужого мира" О.Копылова "Невеста звездного принца" А.Позин "Меч Тамерлана.Крестьянский сын,дворянская дочь"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"