Mise en œuvre de l’acquisition sur fichiers vidéo
L’étude de la mécanique est réalisée à l’aide de fichiers vidéo déjà présents dans LATIS-Pro.
Le but de l’acquisition est de relever les positions d’un mobile en mouvement. Pour ce faire, le lecteur de séquences vidéo de LATIS-Pro est utilisé.
1/Accessibilité
• Exécuter LATIS-Pro.
• Sélectionner le lecteur de séquences vidéo depuis le menu « Edition ».
2/Présentation
Ce module permet l’analyse du déplacement d’un objet à travers une séquence vidéo numérisée.
Le principe consiste à saisir à l’aide du pointeur de la souris, les différentes positions de l’objet en mouvement de façon à numériser sa trajectoire, à la fois dans l’espace et dans le temps.
Il est alors possible d’étudier la loi du mouvement image par image.
3/Détails des différents onglets
Accession à l’explorateur de fichiers pour sélectionner la séquence vidéo à analyser Permet de lire la séquence vidéo en continu
Les 5 autres boutons disponibles sont respectivement relatifs aux actions suivantes :
• Arrêt de la lecture
• Aller à la 1ère image du film
• Reculer d’une image dans le film
• Avancer d’une image dans le film
• Aller à la dernière image du film
4/Relevé du mouvement
Choisir et ouvrir une séquence vidéo en utilisant le bouton Fichiers.
LATIS-Pro propose deux types de relevés ou de sélections du mouvement : Sélection manuelle des points ou Sélection Auto des points (sélection automatique).
Toutefois pour chacune de ces 2 sélections, il convient tout d’abord de préparer la fenêtre de lecture, et de permettre ainsi au logiciel de fixer le repère et les échelles (déterminer la corrélation entre les pixels sur l’écran de l’ordinateur et les distances réelles de l’environnement de la séquence).
Préparation de l’acquisition (valable dans les 2 types de sélections) Fixer l’origine des axes
Après avoir cliqué sur le bouton Sélection de l’origine, cliquer sur l’image à l’endroit considéré comme l’origine des échelles.
Etalonner les axes :
Cette procédure a pour but de créer un rapport entre les échelles réelles et celles de l’image sur l’écran.
Ainsi, les distances relevées en pixels (unité de mesure d’une image sur l’écran) seront converties en
« m » ; unité utilisée pendant l’étalonnage.
Après avoir cliqué sur le bouton Sélection de l’étalon,
• Sélectionner à l’aide du nouveau pointeur associé à la souris, l’origine puis la fin de l’étalon (relâcher le bouton de la souris entre les deux pointages). Une flèche à double pointes est alors automatiquement adaptée à la distance définie. Une boîte de dialogue s’ouvre automatiquement et permet la saisie de la valeur étalon correspondant à ce tracé (exprimée en m).
• Valider à l’aide du bouton OK.
A l’aide des boutons Sens des axes, définir le sens de l’évolution du mouvement. Le repère est positif dans le même sens d’orientation que les flèches.
Le but de cette opération est de rendre conforme les affichages dans les fenêtres graphiques courantes de LATIS, des relevés pratiqués sur les séquences vidéo (sens vertical positif vers le haut et sens horizontal positif vers la droite). Ainsi, si le « réalisateur » de la séquence vidéo a filmé le déplacement horizontal d’un objet se mouvant de droite à gauche, la sélection du 2ème bouton ci-dessous, permettra d’afficher dans le bon sens le déplacement réel de l’objet au sein d’une fenêtre graphique disposant d’un repère cartésien. La sélection du bouton le plus adapté à l’étude dépend donc du film sur lequel le travail est effectué.
L’objet se déplace dans le film selon un sens horizontal positif de gauche à droite et selon un sens positif vertical de bas en haut.
L’objet se déplace dans le film selon un sens horizontal positif de droite à gauche et selon un sens positif vertical de bas en haut.
L’objet se déplace dans le film selon un sens horizontal positif de gauche à droite et selon un sens positif vertical de haut en bas.
L’objet se déplace dans le film selon un sens horizontal positif de droite à gauche et selon un sens positif vertical de haut en bas.
Sélection manuelle des points
Deux modes sont proposés pour le relevé manuel du mouvement :
Déplacement en mode absolu : relevé d’un mouvement en fonction d’un référentiel immobile (mode par défaut ; référentiel défini lors de la sélection de l’origine).
Exemple : chute d‘un corps depuis une position fixe.
Déplacement en mode relatif : relevé d’un mouvement en fonction d’un référentiel en mouvement Exemple : chute d’un corps depuis une position en mouvement (un vélo par exemple)
Le déplacement souhaité par l’utilisateur est à sélectionner par un simple clic à l’aide de la souris sur la case à cocher correspondante.
Mode absolu
L’acquisition de chaque position de l’objet à l’aide de la souris fait avancer la vidéo d’une image à chaque fois. La vidéo défile image par image au gré des acquisitions. Les mouvements sont relevés par rapport à un référentiel fixe, défini par l’origine des axes précédemment fixée.
Après avoir sélectionné un déplacement Absolu :
• Cliquer sur le bouton Sélection manuelle des points.
• Cliquer sur l’objet source de l’expérience
La sélection peut se faire sur un point remarquable qui devra être utilisé tout au long du relevé : centre d’un mobile circulaire par exemple). Le point sélectionné est marqué sur l’écran, et ses coordonnées sont automatiquement sauvegardées. La séquence vidéo est automatiquement avancée d’une image.
• Recommencer alors cette opération jusqu’à la dernière image de la séquence vidéo.
Il est toutefois possible d’interrompre la saisie du mouvement à tout moment, en validant le bouton Terminer la sélection manuelle.
Mode relatif
L’acquisition de chaque position de l’objet à l’aide de la souris est systématiquement précédée de la sélection du référentiel de la saisie. Pour chaque point une double saisie est donc effectuée : référentiel et objet. A noter que le pointeur porte la légende ‘Réf’ lorsque la référence de l’origine est à saisir et qu’il ne porte aucune légende lorsque la position du mobile est à saisir.
Après avoir sélectionné un déplacement Relatif :
• Cliquer sur le bouton Sélection manuelle des points.
Un curseur l’intitulé « Réf » apparaît, permettant de choisir le point de référence pour la saisie
• Cliquer sur le point de référence
Celui-ci n’est pas affiché, afin de ne pas perturber le mouvement relevé.
Le curseur perd son intitulé « Réf » pour permettre à l’utilisateur de pointer l’objet en mouvement.
• Cliquer sur l’objet à suivre
Le point sélectionné est marqué sur l’écran.
Les coordonnées de l’objet et du référentiel sont automatiquement sauvegardées.
La séquence vidéo est automatiquement avancée d’une image.
• Les relevés du référentiel et de la position de l’objet doivent être faits sur des points remarquables qui devront être utilisés tout au long du relevé).
Recommencer cette opération jusqu’à la dernière image de la séquence vidéo.
Il est toutefois possible d’interrompre la saisie du mouvement à tout moment, en validant le bouton Terminer la sélection manuelle.
Remarque 1
Les coordonnées successivement relevées sont automatiquement sauvegardées dans les variables Mouvement X et Mouvement Y. Ces variables sont disponibles (après fermeture de la vidéo) dans la Liste des courbes et peuvent être renommées à convenance à l’aide d’un double-clic gauche sur la
Remarque 2
Un zoom réglable est disponible en bas de la fenêtre de lecture. Celui-ci permet d’augmenter la précision du relevé lors des pointages sur l’objet source de l’expérience. Il est possible de zoomer et de dézoomer avec les boutons « + » et « - » mais aussi avec la molette de la souris.
Remarque 3
En cas d’erreur de saisie du dernier point relevé, il est possible de revenir en arrière et de saisir à nouveau la position. Pour ce faire, cliquer sur le bouton permettant de revenir en arrière d’une image, et cliquer sur l’objet (et sur son référentiel le cas échéant) pour saisir de nouveau le point. Le point précédemment sélectionné est alors remplacé automatiquement.
Sélection automatique des points
La sélection automatique des points, ou relevé automatique de mouvement, est basée sur une reconnaissance de la forme et de la couleur de l’objet source de l’expérience.
Pour qu’elle soit efficace, il est nécessaire que la vidéo soit de très bonne qualité, et qu’elle propose un contraste important des couleurs entre l’objet en mouvement, et son environnement immobile.
Valider la sélection automatique des points, via le bouton prévu à cet effet.
Indiquer à LATIS-Pro l’objet à considérer comme source de l’expérience. Pour ce faire, valider le bouton Sélection de l’objet, et cliquer sur l’objet à choisir.
Celui-ci doit être clairement distingué sur l’image et ne pas être ‘fondu’ avec un objet de même couleur (telle qu’une main sur un ballon avant son lâché, par exemple).
L’objet sélectionné doit apparaître entouré d’un halo noir. Si sa sélection n’est pas satisfaisante (objet mal entouré), recommencer cette opération en avançant la séquence vidéo d’une ou deux images si nécessaire.
Définir ensuite la zone graphique (rectangulaire) dans laquelle l’objet est en mouvement, via le bouton Sélection de la zone.
Elle est définie à l’aide de la souris, en sélectionnant respectivement l’angle supérieur gauche (un clic gauche à l’aide de la souris) et l’angle inférieur droit de la sélection (un second clic gauche à l’aide de la souris). Un rectangle rose pâle symbolise la sélection effectuée (voir image ci-contre).
NB : Travailler sur une zone réduite permet à la procédure de se concentrer uniquement sur cette partie graphique. Les risques d’erreurs éventuelles sont donc diminués.
Cliquer enfin sur le bouton Détection : les points sont relevés automatiquement image par image.
Le mode sélection automatique des points, ne fonctionne qu’avec un déplacement en mode absolu. Les déplacements en mode relatif ne sont pas permis.
5/ Nouvelle étude
Une fois l’acquisition terminée, il est possible d’effectuer une nouvelle étude.
Cliquer sur le bouton Nouvelle étude. Un message de confirmation apparaît à l’écran.
En validant le bouton Oui, la nouvelle étude sera superposée à la précédente qui sera donc conservée.
Les nouveaux mouvements X et Y relevés seront nommés avec un incrément dans l’onglet « Liste des courbes » : Mouvement X {2} et Mouvement Y {2}.
En validant le bouton Non, les relevés précédents seront remplacés par les nouveaux.
Enfin, le bouton Annuler permet d’annuler la procédure de nouvelle étude.
6/Transfert vers les vecteurs
Une fois l’acquisition des mouvements X et Y terminée, il est possible de tracer les vecteurs Vitesse et Accélération en chaque point. Pour ce faire, le bouton Transférer vers les vecteurs doit être utilisé.
Le module de tracé de vecteurs en mécanique s’ouvre automatiquement.
Les champs « Déplacement horizontal » et
« Déplacement vertical » doivent être remplis par respectivement le Mouvement X et le Mouvement Y, préalablement relevés suite à la sélection des positions du mobile.
Lorsque la souris passe sur l’un des points du mouvement, les vecteurs sont automatiquement tracés.
Les normes mathématiques de chaque type de vecteurs sont alors affichées sur la partie gauche de l’écran, et sont automatiquement mis à jour en fonction du point sélectionné.
En cliquant sur un point précis du mouvement, les vecteurs sont sauvegardés à l’écran.
La partie Animation, permet l’affichage automatique et séquentiel des vecteurs en chaque point de la courbe. Un barregraphe permet d’accélérer ou de diminuer la vitesse de cet affichage.
Un clic droit dans la fenêtre donne la possibilité :
• d’afficher tous les vecteurs en même temps
• d’effacer tous les vecteurs précédemment tracés
• d’exécuter l’animation des vecteurs
• de récupérer les normes de tous les vecteurs (les courbes ainsi créées peuvent ensuite bénéficier de l’ensemble des traitements disponibles dans LATIS)
REMARQUE : Informations générales sur les vecteurs
Les vecteurs sont obtenus par les méthodes de la dérivée et de la dérivée seconde.
Il est bon de noter que lorsqu'on calcule une courbe dérivée, toutes les petites imperfections de la courbe initiale, même celles qui étaient quasi imperceptibles, sont considérablement augmentées. On dit que la fonction dérivée génère du bruit.
• Lors de la saisie du mouvement à l’aide du pointeur, la précision obtenue n’est pas suffisante pour générer une courbe exempte d’imperfections (même si l’œil la voit très « propre »).
• Lors du calcul du vecteur Vitesse, la fonction dérivée est utilisée. Elle peut donc générer du bruit visualisé par un vecteur pas tout à fait conforme à celui attendu. Toutefois, si la saisie des points a été attentive, les vecteurs « Vitesse » obtenus sont généralement corrects.
• Lors du calcul du vecteur « Accélération », la fonction dérivée seconde est utilisée. Cette fonction, quasiment identique à deux dérivations successives, accentue d’autant plus l’apparition de bruit, visualisé par un vecteur rarement conforme à celui attendu. Une saisie de points, même très attentive, ne permet généralement pas d’atténuer ce problème.
En conséquence, il est fortement conseillé de modéliser les courbes de mouvement, pour calculer et tracer les vecteurs « Vitesse » et « Accélération » à partir des modèles, plutôt que sur les courbes originelles.
La modélisation est alors utilisée dans un but de « lissage » de la courbe, et non pas dans un but de recherche de son équation mathématique.
