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教育

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画像解析手法

我々の実験では動画を撮影し,そこから画像解析を行うことで物理的に解析可能な数値を引き出すことが良く行われます.ここではそれら手法の一部を分かりやすく解説します.

動画解析自体は主にImageJで行います.しかしながら,動画をImageJで取り扱い可能な非圧縮avi形式に持ち込むため,以下の手順を踏むこととなります.この時,
①DVファイル(WinDV経由) (.avi)
②デジカメ付随のムービー機能 (.mov)
③ハイビジョンDVカメラで撮影 (.m2ts)
④USBカメラで撮影 (.avi)

の4通りのうち,どの手法で撮影したかにより扱いが微妙に異なります.中でも④の手法で撮影したファイルの場合,適切に設定することであらかじめ非圧縮aviで保存することが可能なので,直接ImageJに取り込むことが可能です.一方①から③のファイルは圧縮がかかっているので,Virtual Dubを経由することで圧縮をはずす必要があります.また,②,③のファイルはVirtual Dubで読み込むためにdecodeが必要で,Avisynthを援用する必要があります.

これを図にすると以下の通りです



以上を心にとめて,解析の準備方法を確認ください.


実験のレシピ

これまで行って来た実験の中でも比較的容易に行える実験のレシピを乗せています.もしも実際に行われた方,問題等があり難しさを感じられた方,面白い発見をされた方,いらっしゃいましたらご連絡いただけると非常に嬉しいです.尚,実験は比較的安全にできるものを示していますが,あくまで化学薬品を用いています.実験前には試薬の安全性に関しても自ら確認してください.また,実験は大人の指示のもの安全に注意して行い,実験終了後は良く手を洗うようにしてください.

  • ワインの涙

アルコール水溶液を時計皿に注ぐことで容易に実験が出来ます.もっともよく動く濃度として70 wt%程度の水溶液がよいといわれています.食紅を用いることで可視化も容易に行うことができます.
     

  • ボコボコ油(人工アメーバ)

陽イオン性界面活性剤であるSTAC(Stearyl Trymethyl Ammonium Chloride)2 gを水100 g(~100 ml)に溶かした液(A液)と,パルミチン酸0.13 gをテトラデカン16 g(~25 ml)に溶かした液(B液)を用意します.こちらに書かれた溶液組成は多少変化しても問題ありません.またA液は1/50位まで純粋で希釈して用いても大丈夫です.色々な濃度で試してみてください.こうして得られたA液をシャーレに入れ,B液を液滴になるように水面に浮かべてください.始め数秒から数十秒に渡って何も起きませんが,じっと目を凝らしておいてください.動き始めます.B液を油性インクで着色するか,上方よりデスクランプ等で強い光を与え影を観察すると綺麗に運動を見ることができます.

  • ペンタノール滴の運動

ペンタノール(C5H12O)を純粋に浮かべることで観察できます.始めは純粋への溶解が速いため水面の揺動が主に観察されますが,少しづつ加えることで純粋がペンタノールで飽和し,ペンタノールの滴が水面上に形成されます.ペンタノールに油性インクで着色するか,上方よりデスクランプ等で強い光を与え影を観察すると綺麗に運動を見ることができます.色々と変形する液滴の様子をお楽しみください.

  • 樟脳運動

厚さ1 mmから2 mmのプラスチック板に直径4 mm程度の穴をあけ,抜き型とします.こちらに樟脳を詰め,金属スプーンなどで押し固めて樟脳粒を作ります.こうしてできた樟脳粒をそのまま水面に浮かべてみてください.自発的に運動を始めます.また,OHPフィルムを作成し,その上に接着剤で樟脳をつけ,水に浮かべると運動の様子が変わります,試してみてください.