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La instalación fue realizada con el lenguaje de programación gráfico Pure Data, empleando Video tracking, que permite estimar la ubicación de uno o más objetos móviles, mediante el uso de una cámara web. El Video tracking o seguimiento de objetos es el proceso de estimar en el tiempo la ubicación de uno o más objetos móviles mediante el uso de una cámara. La rápida mejora en cuanto a calidad y resolución de los sensores de imagen. Las cámaras de video capturan información sobre los objetos de interés en forma de conjunto de píxeles.
Al modelar la relación entre el aspecto del objeto de interés y el valor de los píxeles correspondientes, un seguidor de objetos valora la ubicación de este objeto en el tiempo. El Background substracción o substracción de fondo para la detección de objetos se puede conseguir mediante la construcción de una representación de la escena llamada modelo de fondo y después encontrando las desviaciones del modelo para cada fotograma entrante. Cualquier cambio significativo en una región de la imagen del modelo de fondo representa un objeto en movimiento. Los píxeles que constituyen las regiones en proceso de cambio se marcan para su posterior procesamiento.
Se eligió una sala grande para que el sonido tuviera un poco más de resonancia. En esta sala de cuatro paredes blancas 5.50 mts x 9 mts, se dispusieron en un costado los altavoces de sonido, paralelo a la entrada de la puerta, de la sala se puso el ordenador sobre una base para que el usuario al entrar, fuese detectado por la cámara web.
El patch o unidad donde se programó el código permitió que cuando el usuario se moviera en el espacio el sonido de la ambulancia variara, dando lugar a la simulación del efecto doppler. La instalación propone una interactividad multidireccional, en la medida en que existen diferentes velocidades de respuesta, que dependen del usuario y de su capacidad de moverse frente a la instalación en el espacio, bajo los parámetros propuestos, que no varían. La interface entendida como espacio o lugar de interacción permite que se desarrollen el intercambio entre movimiento del usuario e inmersión sonora.
Pruebalo
El patch o unidad donde se programó el código permite que cuando el usuario se mueva en el espacio el sonido de la ambulancia varíe, dando lugar a la simulación del efecto doppler. Background substraction es un método utilizado para la detección de objetos en movimiento de cámaras estáticas.
El usuario puede moverse en el espacio, acercarse y alejarse de la fuente sonora, de este modo puede vivenciar cómo el movimiento del usuario puede afectar la frecuencia de la fuente sonora (efecto Doppler).
Objetivos
- Comprender cualitativamente el efecto Doppler.
- Percibir cómo afectan a la frecuencia percibida por un usuario el sentido de la velocidad de la onda y de la fuente que la genera.
- Posibilitar la inmersión sonora del efecto doppler en un espacio a través de una instalación interactiva.
Instrucciones para usar video Tracking y Background substraction Pure Data
- Verificar que este instalado el programa de libre acceso Pure data
- Descargar este archivo comprimido.
- Abrir el documento background_substraction_def.pdf donde explica la unidad donde esta programado, y hacer click en start.
- Se requiere el uso de una cámara web y dos altavoces de mediano alcance.
- Ubicar el computador y la cámara web cerca a una fuente de luz o en condiciones lumínicas altas, para ubicar el elemento móvil (el usuario). Disponer los altavoces a una distancia mínimo de dos metros, uno del otro. Se plantea un posible esquema para la ubicación en el espacio. diagrama de espacio.
- Para comprobar que la instalación esta funcionando correctamente mirar el diagrama de interacción.
/ / Simulaciones sonoras.
En el ejemplo de simulación sonora se ha utilizado en el prototipo el paneo por intensidad, el cual consiste en calcular la amplitud tentativa, para realizar la simulación se requiere un sistema estéreo o reproducido en dos canales.
Se recomienda el uso de audífonos
/ / Experimentos.
El efecto Doppler está relacionado con las ondas tanto ondas mecánicas, como electromagnéticas. Cuando un cuerpo vibra, hace vibrar el aire a su alrededor, lo que genera movimiento del aire creando ondas que se propagan en todas direcciones, igual que cuando tiramos un objeto al agua.
/ / Visualizador del efecto Doppler.
Applet
Accede al Applet del Laboratorio Virtual. Necesitaras tener instalado Java en tu ordenador para visualizar el Applet. Puedes descargalo desde aquí.
El applet muestra una animación de la onda transversal bidimensional generada por una fuente oscilante, y cómo dicha onda afecta a un observador, utilizando tres vistas: planta, sección y perspectiva interactiva en 3D.?El usuario puede seleccionar, entre otros parámetros, las velocidades de la onda, de la fuente y del observador. De este modo puede visualizar cómo el movimiento de la fuente y el del observador afectan a la frecuencia percibida por este último (efecto Doppler).?El applet permite también observar otros fenómenos relacionados con ondas generadas por una fuente móvil, tales como la barrera de onda o la onda de choque.
Objetivos
- Comprender, tanto cualitativa como cuantitativamente, el efecto Doppler.
- Percibir cómo afectan a la frecuencia percibida por un observador las distintas combinaciones de valor y sentido de las velocidades de dicho observador, de la onda, y de la fuente que la genera.
- Entender cómo se generan y qué aspecto presentan una barrera de onda y una onda de choque.
Instrucciones
- Situando el ratón sobre la mayor parte de los elementos de la interfaz aparece un globo con su descripción.
- Las deslizaderas del panel "Oscilación" controlan los parámetros característicos de la oscilación de la fuente de la onda: su amplitud y su frecuencia.
- Las deslizaderas del panel "Velocidades" controlan las velocidades implicadas en el efecto Doppler: la de la onda, la de la fuente y la del observador. Nótese que cada una tiene su propio rango de variación, destacando que la última puede ser negativa. Por tanto, el observador puede moverse tanto hacia la derecha (velocidad positiva) como hacia la izquierda (negativa).
- Las deslizaderas del panel "Posiciones iniciales" controlan la posición inicial de la fuente y la del observador.
- Dado que el proceso depende de los datos anteriores, no se permite modificarlos una vez iniciada la animación. Para que los controles vuelvan a ser operativos, púlsese el botón de detener el movimiento en la "Consola".
- Los botones de la "Consola" permiten detener el movimiento, pausarlo, ponerlo en marcha, y retroceder y avanzar de fotograma en fotograma. El botón inferior derecho permite optar entre que el movimiento se detenga en el instante final, o que se reproduzca indefinidamente. También se indica el instante actual. Además, se incluye una deslizadera para desplazar la animación de forma interactiva.
- El visor superior izquierdo y el inferior izquierdo muestran respectivamente una vista en planta y la sección que pasa por la fuente y el observador. En ambas se representa la fuente que genera la onda mediante un círculo violeta, y el observador mediante uno rojo. En la vista en planta, las circunferencias rojas corresponden a las crestas de las ondas, y las amarillas a los senos. Estos visores permiten percibir que la frecuencia con que la onda hace oscilar al observador no coincide en general con la frecuencia con que es emitida.
- La frecuencia con que oscila la fuente (seleccionada por el usuario) y la del observador (que depende de la primera y de los valores del panel "Velocidades") se muestran en el panel "Oscilación". Sus valores aparecen también en los visores de la izquierda (planta y sección) siempre que esté seleccionada la opción "Frecuencias en el visor" en el panel "Visualización".
- Si la opción "Velocidades en visor" en el panel "Visualización" está activada, la vista en planta incluye en su esquina superior izquierda un esquema con las velocidades de la onda, la fuente y el observador. Además, el usuario puede arrastrar con el ratón los extremos de las flechas en ese esquema, lo que constituye una alternativa al uso de las deslizaderas del panel "Velocidades". Dicho arrastre no se permite una vez iniciada la animación.
- El visor derecho muestra una perspectiva 3D del proceso. Arrastrando con el ratón se puede modificar el punto de vista. Se puede recuperar la perspectiva inicial pulsando sobre la opción "Restaurar vista 3D" en el menú "Herramientas". Desactivando la opción "Visualización en 3D" en el panel "Visualización" se oculta esta vista, lo que puede ser de utilidad en equipos menos potentes en los que la animación se reproduzca con excesiva lentitud.
- El usuario puede arrastrar con el ratón los círculos violeta (fuente) y rojo (observador) en cualquiera de los tres visores, lo que constituye una alternativa al uso de las deslizaderas del panel "Posiciones iniciales". Dicho arrastre no se permite una vez iniciada la animación.
- La opción "Oscilación sólo desde t=0" en el panel "Visualización", activada por defecto, hace que inicialmente el medio esté en reposo, esto es, que la onda empiece a generarse en el fotograma inicial de la animación. Desactivando esta opción, la representación se hace suponiendo que la fuente ya estaba oscilando antes del intervalo de tiempo mostrado. Esto permite ver desde el principio el aspecto de la onda, y observar cómo le afectan los cambios de los parámetros mientras el usuario desplaza cualquier deslizadera o control equivalente (flechas, círculos).
- Al alejarse de la fuente, un frente de onda es cada vez más largo, por lo que va perdiendo intensidad y por tanto amplitud. Activando la opción "Onda sin atenuación" en el panel "Visualización", la amplitud de la onda se mantiene constante, lo que no es real, pero puede facilitar la visualización del proceso.
- La opción "Reiniciar" en el menú "Herramientas" devuelve el applet a su estado inicial.
Ejemplo
- Utilícense en principio los valores que aparecen seleccionados inicialmente. Si es necesario, púlsese "Reiniciar" en el menú "Herramientas".
- Asígnese como velocidad de la fuente el valor 0m/s (puede hacerse mediante la deslizadera correspondiente en el panel "Velocidades", o arrastrando con el ratón el extremo de su flecha en el esquema de velocidades de la vista en planta). Utilícese la "Consola" para poner en marcha la animación. Nótese que las frecuencias con que oscilan la fuente (círculo violeta) y el observador (círculo rojo) son iguales. Actívese la opción "Onda sin atenuación" en el panel "Visualización" si se quiere una representación menos real pero más clara; en tal caso, se recomienda reducir la amplitud de la fuente a 2m.
- Tras detener la animación, asígnese al observador una velocidad de -5m/s. Póngase en marcha la animación. Nótese que ahora el observador oscila más rápidamente que la fuente.
- Asígnese al observador una velocidad de 5m/s y una X inicial de 20m. Póngase en marcha la animación. Nótese que ahora el observador oscila más lentamente que la fuente.
- Asígnese al observador una velocidad de 0m/s y una X inicial de 50m.
- Asígnese a la fuente una velocidad de 5m/s. Póngase en marcha la animación. Compárense ahora las frecuencias de observador y fuente. Asígnese al observador una velocidad de -5m/s y repítase el proceso. Préstese atención a lo que ocurre después de que la fuente y el observador se crucen.
- Asígnese a la fuente una velocidad igual a la de la onda, 10m/s, y al observador 0m/s. Póngase en marcha la animación. Préstese atención en la vista en planta al esquema de frentes de onda. Obsérvese en la vista 3D la barrera que se forma frente a la fuente (barrera de onda). Piénsese en los casos de un avión (barrera del sonido) y de un barco.
- Asígnese a la fuente una velocidad de 15m/s, mayor que la de la onda. Póngase en marcha la animación. Nótense las dos líneas que envuelven a los frentes y que se desplazan hacia la derecha junto con la fuente. Dicha envolvente sería un cono si la onda fuera tridimensional. Asóciese con el concepto de onda de choque.
- Asígnese a la fuente una velocidad de 20m/s. Póngase en marcha la animación. Analícese cómo varía la forma de la envolvente con respecto al caso anterior.
- Asígnese a la fuente una velocidad de 0m/s y una X inicial de 40m. Desactívese la opción "Oscilación sólo desde t=0" en el panel "Visualización". Se recomienda desactivar también la opción "Onda sin atenuación". Arrástrese la deslizadera de la "Velocidad de la fuente (m/s)" en uno y otro sentido y obsérvese cómo afecta al patrón de la onda generada. Asóciese a la idea de un barco o un avión que incrementan gradualmente su velocidad hasta sobrepasar la de la propia onda que generan.
- Púlsese "Reiniciar" en el menú "Herramientas". Desactívese la opción "Oscilación sólo desde t=0", y actívese "Onda sin atenuación". Asígnese a la fuente una amplitud de 2m. Asígnese al observador una velocidad de 5m/s, igual a la de la fuente. Póngase en marcha la animación. Nótese que el observador oscila con la misma frecuencia que la fuente.
- Asígnese al observador una velocidad de 7m/s, mayor que la de la fuente. Póngase en marcha la animación. Nótese que la frecuencia del observador es menor que la de la fuente.
- Asígnese al observador una velocidad de 10m/s, igual a la de la onda. Póngase en marcha la animación. Justifíquese por qué el observador no oscila.
- Asígnese al observador una velocidad de 15m/s, mayor que la de la onda. Póngase en marcha la animación. Justifíquese por qué la frecuencia del observador es negativa.
Marcos H. Giménez Valentín, Isabel Salinas Marín y Juan Antonio Monsoriu Serra
*Creado con Easy Java Simulations
/ / Ultrasonido - Aplicación clínica Ecografía.
La ecografía doppler o eco-doppler, es una variedad de la ecografía tradicional, basada por tanto en el empleo de ultrasonidos, en la que aprovechando el efecto doppler, es posible visualizar las ondas de velocidad del flujo que atraviesa ciertas estructuras del cuerpo, por lo general vasos sanguíneos, y que son inaccesibles a la visión directa. La técnica permite determinar si el flujo se dirige hacia la sonda o si se aleja de ella, así como la velocidad de dicho flujo. Mediante el cálculo de la variación en la frecuencia del volumen de una muestra en particular, por ejemplo, el de un flujo de sangre en una válvula del corazón, se puede determinar y visualizar su velocidad y dirección. La impresión de una ecografía tradicional combinada con una ecografía doppler se conoce como ecografía dúplex. El eco-Doppler tiene particular utilidad en los estudios cardiovasculares (ecografía del sistema vascular y del corazón) y de áreas, tales como la determinación del flujo invertido de sangre en los vasos del hígado en casos de hipertensión. El eco-Doppler también se usa para la determinación del riesgo de preeclampsia en mujeres embarazadas y es la mejor prueba para el diagnóstico no invasivo de anemia fetal. La ecografía Doppler de un brazo o de una pierna estudia el flujo sanguíneo en las arterias y venas grandes en brazos y piernas.
/ / Radares - aplicación meteorológica.
Nexrad (Siguiente generación de radares) es una red de 159 radares meteorológicos de alta resolución doppler operados por el "Servicio Nacional del Tiempo. Nexrad detecta precipitaciones y movimientos atmosféricos. El sistema radárico opera en dos modos básicos, seleccionables por el operador; por un lado, escaneado lento modo de atmósfera despejada para analizar movimientos del aire cuando hay poca o nula actividad en el área; por otro lado los modo precipitación con un escaneado rápido para trabajar activamente con áreas de tormentas. Una aplicación práctica, bajo experimentación, es usar la carta en mosaico para sugerir vías alternativas de vuelo para aerolíneas que deseen mejorar la ubicación de turbulencia.
Sitios de radares doppler Nexrad
/ / Espectroscopia doppler- aplicación astronómica.
La espectroscopia Doppler, también conocida como medición de la velocidad radial, es un método espectroscópico para encontrar planetas extrasolares. Involucra la observación de desplazamientos doppler en el espectro de la estrella alrededor de la cual la estrella orbita. Es extremadamente difícil observar directamente planetas extrasolares ya que tienen un brillo muy tenue a distancias interestelares, aunque los primeros intentos de observaciones directas fueron hechos en el 2004 y 2005. Como resultado, los planetas fuera de nuestro sistema solar usualmente son descubiertos usando métodos indirectos, a través del efecto del planeta sobre un objeto que es más fácil de observar, tal como una estrella mayor. Los métodos exitosos incluyen espectroscopia Doppler, astrometría, sincronización pulsar, tránsitos y micro-lentes gravitacionales. Casi todos los planetas extrasolares conocidos han sido descubiertos usando espectroscopia Doppler.
El método de velocidad radial para detectar exoplanetas se basa en la detección de las variaciones en la velocidad de la estrella central, debido al cambio de dirección de la fuerza gravitacional de un exoplaneta (no visible) a medida que orbita la estrella. Cuando la estrella se mueve hacia nosotros, su espectro es desplazada al azul mientras que es desplazada hacia el rojo cuando se aleja de nosotros.