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單一相機的高速3D影像!

Scimage
・2012/09/06 ・419字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

三維的立體影像重在很多地方都有應用,像是模型的重建,物體大小或是物體表面量測等。各種的非接觸的方法雖然都已經發展很久,但是這些方法常常要依賴特殊的構造(雷射光點,多台攝影機等)常常不能高速的捕捉立體動態。

這影片介紹一種方式,利用投影機投影出有結構的圖案,再利用高速攝影機拍攝下來。投影出的圖形在不同曲度的表面上會產生變形,而這些變形就可以提供利用三角量測測距方法的基準,然後經由分析影像計算出每一點的距離。這樣的方式只需要一台投影機與一台攝影機,大幅減少了裝置上的難度。如果使用了高速攝影機,理論上就可以得到用超高速的立體影像,這在科學研究上有非常大的幫助,另外,同樣的方法也可以把圖型投影在顯微鏡下的物體上,這樣就同樣可以做出可以量測微小起伏的裝置!(類似的技術可以參考結構照明

轉載自 科學影像 Scimage

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

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發明高速攝影,電影般的人生:邁布里奇誕辰──科學史上的今天:4/9
張瑞棋_96
・2015/04/09 ・1206字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

邁布里奇於 1978 年進行的馬匹高速攝影。圖/wikipedia

1874 年 10 月 17 日,劇評家拉金斯 (Major Larkyns) 走到平常玩牌的俱樂部門口時,一個人影擋在他面前。他警覺地問道:「你是誰?」人影冷冷地回答:「我叫邁布里奇,這是我老婆給你的回覆。」說完舉起槍朝他的胸膛開槍,拉金斯倒地不起。邁布里奇怔怔望著地上這個讓他戴綠帽的男人,直到警察前來逮捕。

俯首認罪的邁布里奇原本已準備接受法律制裁,沒想到企業大亨史丹佛(Leland Stanford, 沒錯,就是他創立了史丹佛大學)竟找了三位舊金山最厲害的律師來幫他辯護。律師與他討論辯護策略時,順便帶來一則口信:「史丹佛先生還等著你完成兩年前委託你的任務哪!」

邁布里奇沒有忘記。兩年前他已是小有名氣的攝影家,因此史丹佛找他去時,他原本以為是要幫他個人或家族成員拍肖像照,不料史丹佛開口竟然問了一個讓他丈二金剛摸不著頭腦的問題:「馬在奔跑時,四隻腳會同時離地嗎?」

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他怎麼會知道?也不會有人知道吧;馬跑那麼快,根本不可能看得清楚。史丹佛先生說他相信答案是肯定的,希望邁布里奇幫他證實這一點。他可以提供賽馬和所需的資金,邁布里奇只要發揮他的攝影技術就行了。

史丹佛先生也未免想得太簡單了!一來底片曝光需要時間,再則每次拍完就得抽換底片,哪可能清楚拍到馬騰空的瞬間?但在史丹佛的堅持下,加上他自己也頗有興趣挑戰,他還是答應了。如今他身陷囹圄,又罪證確鑿,史丹佛先生真的相信他還有機會完成這項任務?

四個月後,陪審團接受邁布里奇是因為之前腦部意外受傷而性情丕變,害怕失去妻子才憤殺姦夫,算是正當防衛故予以無罪釋放。邁布里奇也開始著手改進相機的快門速度與底片上的感光劑,終於在 1878 年 6 月 15 日這一天,他用了 24 台相機,間隔 69 公分沿著跑道排成一列;跑道另一側則豎起標了距離的布幕作為背景;每台相機的快門綁上細線拉到跑道上由馬腳觸動,而成功拍下馬奔跑的分解動作,證實馬的四隻腿往內縮時同時離開地面──而非一般人所以為的在四肢伸展時離地。

邁布里奇完成了史上首次的高速攝影,之後還幫賓州大學拍了超過十萬張的相片,分析人類與各種動物的動作。高速攝影與顯微鏡分別在時間與空間上讓人眼得以突破生理上的限制,使我們大開眼界,更能看清萬物的本質,可說是科學史上相互輝映的重要發明。

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邁布里奇也是定格動畫的鼻祖。他發明了環狀的「跑馬燈」(Zoopraxiscope),放上馬奔跑的定格相片,旋轉之後就會宛如看到馬在奔跑的影片(這應該就是跑馬燈這名稱的由來),而成為電影放映機的原型。

從英國移民來美國,在一次騾車意外中頭部受傷返回英國休養而學會攝影,因此回到美國後從書商轉為攝影家,又從殺人犯變成重要的發明家。邁布里奇戲劇化的人生完全就像一部電影呢!

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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電報的發明者──惠斯登誕辰|科學史上的今天:2/6
張瑞棋_96
・2015/02/06 ・864字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 532 ・七年級

十九世紀初,倫敦一家樂器行走出來一位十幾歲的學徒,他握著剛領到的工資,興奮地又來到附近的舊書攤買書。這一次他的目光被一本描述伏打 (Alessandro Volta) 所作電學實驗的書給吸引住,但他身上的錢不夠,而且這是本法文書,他還得再買本辭典才能看得懂。他還是下定決心將手中的錢給老闆當訂金,並在之後攢夠錢時將書與辭典買回家。

查爾斯.惠斯登。圖/wikimedia

研讀之後,他找了哥哥一起打造書中所述的伏打電池,但只剩零錢不夠買所需的銅片。他靈光一閃,根本不用買,就拿手上的銅板便士 (penny) 取代就行啦!這就是惠斯登,從小就努力追求新知,並展露發明的天份。

他的發明橫跨不同領域。除了在自己的本行上發明六角形手風琴,他也是全世界最先發明 3D 圖片顯示裝置的人──他讓左右兩眼同時各自觀看 45 度角的反射鏡,而產生立體效果。他發現不同的金屬放電時產生的火花,透過稜鏡會呈現各自特有的光譜,為光譜學開啟了先河。他還發明一種矩陣加密法 (Playfair cipher),而廣被軍隊採用,直到第二次世界大戰初期仍被部分英軍使用。

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不過他奉獻最多的還是在電磁學方面。他將電線從中切開,接上萊頓瓶,再用快速旋轉的鏡子測量跳過電線缺口的火花延遲的時間,而估算出電流的速度。雖然他得出的數值比真正的電流速度還快了 50%,但他所發明的旋轉鏡卻在後來物理學家測量光速時派上用場。他和威廉・庫克 (William F. Cooke) 於 1837 年共同發明電報,不但成為最早的發明者,並且在兩年後沿著鐵路建造了世界上第一條商用電報線路。他改良別人的設計而發明的「惠斯登電橋」(Wheatstone bridge) 至今仍被廣泛用來測量電阻。他也是最先在發電機中用電磁鐵取代永久磁鐵,而成為能產生大電流的工業用發電機的發明人之一。

惠斯登靠著自學,從一個樂器行的學徒變成一位多產的發明家,還成為英國皇家學會的一員,可說是事在人為的最佳例證。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

 

 

張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。