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1. T Suchgebiete ga Bildanalyse Huseramns A Filmanalyse Abbildung 45 4 2 2 2 Anzeige des Suchergebnisses Hat das Programm nach dem Starten der Analyse Bildpunkte gefunden so kann man diese mit der Option gefundene Bild punkte vollst ndig anzeigen lassen Dazu ffnet sich ein weiteres Fenster mit den Abmessungen des Videos Rote Punkte zeigen 089 erkannte Pixel bei der Erstsuche Ist die Option gezielte Zweit suche aktiviert so werden diese von schwarzen Bildpunkten bermalt Durch das Anzeigen aller erkannten Pixel kann man Abbe 20 w hrend der Analyse kontrollieren ob die Toleranzeinstellungen richtig getroffen wurden und die Abbildung der Markierung ann hernd rund ist Alternativ dazu kann man sich den erkannten Mittelpunkt anzeigen lassen Dies ist dann sinnvoll wenn sich die Position der Objekte nur wenig ndert Bei der Mittelpunktanzeige kann man wiederum zwischen Kreuzen Abb 48 oder Einzelpunkten w hlen vgl Abbildung 70 Um zu berpr fen ob die Sucheinstellungen richtig getroffen wurden Abb 48 aktiviere man die Option Suchgebiete In dem Ergebnisfenster werden die Gebiete farbig gekennzeichnet in v denen nach Bildpunkten gesucht wird siehe Suchgebiete P a Abbildung 47 ii Hintergrund ein Originalbild auf das Abbildung 47 M chte der Anwender die Umgebung der Suchanzeige nicht wei lassen so ka
2. Bei gro em Weitwinkel treten Tonnenverzerrungen auf s Abb 11 Abb 13 zeigt die Aufnahme eines karierten Blattes Der Abstand zum Objektiv der Kamera betr gt lediglich 25 u u u cm An den R ndern des Bildes kann man die leichte W lbung nach au en erkennen Beim maximalem Zoom zeigt sich statt dessen eine Kissen verzerrung s Abb 12 Abb 14 zeigt das karierte Blatt jetzt in einer Entfernung von 1 5 m Diesmal l t sich eine wenn auch sehr schwache W lbung nach innen beobachten Abb 13 maximaler Weitwinkel Abb 14 maximaler Zoom In einem Zoombereich von ca 20 bis 90 ist keine Verzerrung erkennbar 33 3 3 2 Verschlu zeiten Filmt man ein bewegtes Objekt mit automatischer Verschlu zeit Einstellung Grundeinstellung beim Einschalten der Kamera so erh lt man unscharfe Einzelbilder Abbildung 15 2 zeigt eine schnell rotierende Markierung 18s v Am s W hrend der Aufnahme Abbildung 15 Rotation des Einzelbildes bewegte sich die Markierung um ca 15 weiter errechnete Verschlu zeit ca 1 70 s An der Kamera gibt es mit der Einstellung Shutter die M glichkeit 6 k rzere Zeiten zu w hlen OCC 1 125 s 1 250 s 1 1000 s 1 2000s 1 4000 s 1 10 000 s Abbildung 16 Verschlu zeiten Bei 1 125 s Verschlu zeit erkennt man in der Mitte
3. Diagrammbitn visible true stroboskopbild1 checked false end end rocedure TForm1 berVIANA1Click Sender TObject egin messagedlg Automatische VIdeoANAlyse 13 10 von Thomas Kersting 10 13 Uni Essen Didaktik der Physik mtinformation mbok 0 end rocedure TForm1 SpeedButtonIClick Sender TObject egin playstop true end end 114 1568 1570 1572 1574 1576 1578 1580 1582 1584 1586 1588 1590 1592 1594 1596 1598 1600 1602 1604 1606 1608 1610 1612 1614 1616 1618 1620 1622 1624 1626 1628 1630 1632 1634 1636 1638 1640 1642 115 unit Unit2 interface uses SysUtils WinTypes WinProcs Messages Classes Graphics Controls Forms unit3 Dialogs type Form class TForm procedure FormMouseDown Sender TObject Button TMouseButton Shift TShiftState X Y Integer procedure ForniCreate Sender TObject procedure FormMouseMove Sender TObject Shift TShiftState X Y Integer procedure FormMouseUp Sender TObject Button TMouseButton Shift TShiftState X Y Integer procedure FormPaint Sender TObject procedure FormKeyDown Sender TObject var Key Word Shift TShiftState private ae an Deklarationen P Te lic Deklarationen end var Form2 TForm2 markierungx1 markierungy1 markierungx2 markierungy2 xclick yclick manuellclickx manuellclicky Eichungx1 Eichungx2 Eichungy1 Eichungy2 Nullpktx Nullpkty integer maustaste boolean im
4. Scrollbarl Max Mediaplayerl denen Scrollbar2 Max Mediaplayerl length Scrollbar3 Max Mediaplayerl length Scrollbar3 position mediaplayer length Mediaplayer close end procedure TForm1 Bildnummer Ausgabe der Filmposition begin label6 caption Inttostr mediaplayer 1 position IntToStr Mediaplayer1 length end procedure TForm1 Videooeffnen Mediaplayer Fenster ffnen begin If Abmessun bottom gt 288 then begin Videogr e verkleinern Form chentheicht 288 Form2 clientwidth ee end else begin Originalgrope Form2 Clientheight Abmessung Bottom u MeN end Form2 Top Form1 Top 45 Form2 Left Form 1 left 5 Form2 show Mediaplayerl Filename Dateiname Mediaplayer1 Display Form2 Mediaplayer1 Open Mediaplayerl displayrect Rect 0 0 Form2 clientwidth Form2 clientheight Form2 refresh Mediaplayer1 Frames 1 end procedure TForm1 Kontextoeffnen egin StrPCopy Puffer Form2 Erzeugen eines PChar 224 226 228 230 232 234 236 238 240 242 244 246 248 250 252 254 256 258 260 262 264 266 268 270 212 274 276 278 280 282 284 286 288 290 292 294 296 298 300 97 Fenstertitel Puffer Fensterh Findwindow TForm Form Handle suchen lassen Kontext GetDC Fensterh Kontext ffnen Kontextgeoeffnet true end rocedure TForm1 FormClose Sender TObject var Action TCloseAction egin if kontextgeoeffnet then begin Falls Fehler in einer
5. TScrollBar Edit1 TEdit Eingabe von Werten SpinEdit2 Top SpEToleranz TSpinEdit SpinEdit4 TSpinEdit SpinEdit3 TSpinEdit SpinEdit1 TSpinEdit Edit2 TEdit Edit3 TEdit Sonstiges Opendialog1 TOpendialog Memol TMemo 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 Timerl TTimer Menue TMainMenu Dateil TMenultem Filmladen1 TMenultem Hilfel TMenultem berVIANA1 TMenultem MediaPlayerl TMediaPlayer Imagel TImage RadioGroup2 TRadioGroup RadioGroup3 TRadioGroup Extras1 TMenultem Stroboskopbild1 oe gaia Tabelle TStrin savedialog 1 TSaveDialog procedure Tabellevorbereiten procedure Einfachesuche procedure Farbuebernahme procedure Gezieltesuche2 procedure gezieltesuche3 var xzentrumgenau yzentrumgenau integer procedure Bildnummer procedure Zeileinsmemo memox memoy integer procedure Kontextoeffnen procedure farbanzeige 267 procedure Videooeffnen procedure Videoabmessungen procedure Pause zeit longint procedure clickfarbe procedure Mittelpktzeichnen procedure Genauenmittelpktzeichnen procedure Manuellpos procedure FormClose Sender TObject var Action TCloseAction procedure FormCreate Sender TObject procedure SuchbereicheinschraenkenBtnClick Sender TObject procedure ScrollBarlScroll Sender TObject ScrollCode TScrollCode var Scroll
6. berpr fen Die bereinstimmung der Me werte mit der Fit Kurve y 5 07 t 0 44 1 33 die Daten wurden ber Speichern exportiert und in dem Programm Easyplot untersucht Dieses bietet die M glichkeit Fit Kurven berechnen zu lassen 78 Gleichung 1 kann vom Leser selbst beurteilt werden L t man das v y t Diagramm anhand der erfa ten Me werte darstellen so kann man die erwartete Gerade ungef hr best tigen 5 0 2 5 v E 0 gt x 2 5 5 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 t s Abbildung 78 v y t Diagramm Der Wert der Fallbeschleunigung l t sich durch die Steigung der Geraden in Abbildung 78 oder durch zweimaliges Ableiten der Fit Funktion Gleichungl bestimmen In beiden F llen ergibt sich g 10 14 m s 3 Abweichung zum Literaturwert Die x y Koordinaten k nnen nur die Position eines bestimmten Pixel haben Zwischenwerte sind nicht m glich Die kleinste bestimmbare Einheit die Strecke zwischen zwei Pixeln ist in diesem Fall BUELL LU RR En la asa pire en Zur Berechnung der Geschwindigkeiten und Beschleunigungen siehe Kap 4 1 8 79 In dem y x Diagramm sind derart kleinen Strecken kaum erkennbar Bei den Geschwindigkeitsdiagrammen wirken sich die diskreten Werte jedoch st rker aus X Einheit VEinheitT Ay A 0 18 m s In Abbildung 78 wird die Rasterung schon sichtbar Noch st rker wirkt sich dies auf die Bestimmung der Beschleunigungen a
7. cells 9 0 a y m s end for 1 1 to Form1 Tabelle rowcount 1 do begin for j 0 to 2 do begin tabelle2 cells j 1 i Form1 tabelle cells j i end tabelle2 cells 0 i inttostr end For i 1 to Tabelle2 rowcount 2 do begin val tabelle2 cells 3 i wertl code val tabelle2 cells 3 i 1 wert2 code wert wert2 wert1 Form1 Spinedit4 value Str wert 5 5 wertstr tabelle2 cells 6 i wertstr end For i 1 to Tabelle2 rowcount 2 do begin val tabelle2 cells 2 i wert1 code val tabelle2 cells 2 i 1 wert2 code wert wert2 wert1 Form1 Spinedit4 value Str wert 5 5 wertstr tabelle2 cells 5 i wertstr end For i 1 to Tabelle2 rowcount 2 do begin val tabelle2 cells 5 i wert1 code val tabelle2 cells 6 i wert2 code wert Sqrt Sqr wert1 Sqr wert2 Str wert 5 5 wertstr tabelle2 cells 4 i wertstr end For i 1 to Tabelle2 rowcount 3 do begin val tabelle2 cells 3 i wert1 code val tabelle2 cells 3 i 1 wert2 code val tabelle2 cells 3 i 2 wert3 code wert wert3 2 wert2 wert sqr form1 spinedit4 value Str wert 5 5 wertstr tabelle2 cells 9 i wertstr end For 1 1 to Tabelle2 rowcount 3 do begin val tabelle2 cells 2 i wertl code val tabelle2 cells 2 i 1 wert2 code val tabelle2 cells 2 i 2 wert3 code wert wert3 2 wert2 wert sqr form1 spinedit4 value Str wert 5 5 wertstr tabelle2 cells 8 i wertstr end For 1 1 to Tabelle2 rowcount 3 do begin v
8. cksichtigt bleiben Anschlie end findet noch eine verlustfreie Reduzierung mit einer Packmethode statt meistens mit dem Huff Run Length Encoding 16 mann Verfahren Bei den h ufig auftretenden schwachen Farb und Hellig keitsver nderungen in einem Block entstehen nur wenige Werte 7 Der Kom pressionsfaktor l t sich dabei beliebig einstellen M glich sind Werte bis ber 100 1 Bis zu einem Faktor von 15 1 finden dabei nach 5 keine sichtbaren Einbu en in der Qualit t statt Diese Angabe bezieht sich aber auf die Betrachtung eines Films Bei schnell wechselnden Bildern ist eine hohe Qualit t jedes einzelnen nicht entscheidend wohl aber bei der Analyse von Videosequenzen siehe dazu auch Kap 3 5 3 Motion JPEG ist nichts anderes als das Aneinanderreihen von JPEG komprimierten Bildern Leider ist das Verfahren nicht standardisiert so da auf einem Computer mit M JPEG Hardwareerweiterung die durch eine andere Digitalisierungskarte erstellten Filme m glicherweise nicht gelesen werden k nnen sie m ssen dann erst in ein anderes Format umgerechnet werden siehe Software CODECs 2 1 2 3 MPEG Die MPEG Kompression gilt als zukunftsweisend auf dem Gebiet Video und Computer z B benutzen Video CD s zur Wiedergabe von Spielfilmen und CDI Player diesen Standard Bei der Kompression werden zuerst M JPEG Bilder errechnet Intraframecodierung Anschlie end wird nach hnlichkeiten zwischen Bildern in
9. end procedure TForm1 Timer1Timer Sender TObject begin If Scrollbarl position lt gt mediaplayerl position then begin Scrollbarl position mediaplayerl position Laufleiste aber Label6 caption inttostr mediaplayer1 position inttostr mediaplayer length Bildnr ausgeben end end procedure Tforml manuellpos var zeitwertstr string begin Mediaplayer 1 position Mediaplayer position 1 zeile ins memo str 0 2 Mediaplayer 1 position 3 1 zeitwertstr memol lines add zeitwertstr 9 inttostr manuellclickx 9 inttostr manuellclicky If Mediaplayerl position Mediaplayerl length then begin ManuellBin caption Manuell ManuellBtn tag 0 form2 cursor crdefault end end procedure TForm1 StroboskopbildClick Sender TObject var x1 y1 xmin xmax ymin ymax xreihemax xreihemin fehleranzahl bildnr xzentrumgenau yzentrumgenau Grenzexanf Grenzeyanf Grenzexende Grenzeyende Integer R g B Byte AltFgleichneuF Farbegefunden boolean begin screen cursor crhourglass toleranz SpEToleranz Value 100 532 534 536 538 540 542 544 546 548 550 552 554 556 558 560 562 564 566 568 570 572 574 576 578 580 582 584 586 588 590 592 594 596 598 600 602 604 606 608 kreisgroesse 0 einmaliges Festlegen der Gr e fehleranzahl 0 nur noch 10 piepser abbrechenbtn visible true kontextoeffnen With form3 do begin clientheight Form2 clientheight clientwidth
10. zeigt sich am unteren Bildschirmrand ein neues Bedienelement Abb 67 Nach Bet tigen des Buttons wird zuerst das aktuelle Bild als Hintergrund auf das Suchergebnisfenster Objekt Einfarbig MMittelpktiarbe kopiert Bei richtiger Einstellung der Suchpa Abb 67 fd mit Rand rameter wird aus den Folgebildern nur das Objekt auf diesen Hintergrund gezeichnet Sollen dabei nicht die Originalfarben aus den Videobildern verwendet werden so aktiviere man Objekt einfarbig Hier wird entweder Rot oder bei aktivierter Option Mittelpunktfarbe die Suchfarbe des aktuellen Bildes verwendet Die Option mit Rand bewirkt da um die gefundenen Pixel noch ein wei er Kreis gezeichnet wird siehe Abbildung 69 Dies empfiehlt sich immer dann wenn sich die Position des Objektes nur wenig ndert und durch das berlagern der Folgebilder die Objektgrenze nicht mehr zu erkennen ist In Abbildung 68 wurde durch geeignete Wahl des Parameters Objektgr e das Randgebiet des pinkfarbenen Flummis ein wenig mitgezeichnet Sie verlaufen so in den Umkehrpunkten nicht zu einem Streifen auch ohne das Zeichnen des wei en Randes Da der Flummi hier einfarbig aussieht liegt an der Zusatzbeleuchtung von links die einen Schattenwurf verhindern soll a Suchergebnis Abbildung 68 2 73 5 Versuchsdurchf hrungen In diesem Kapitel soll das entwickelte Me wert Erfassungssystem durch das Analysieren und Auswerten von einige
11. 1458 1460 1462 1464 1466 1468 1470 1472 1474 1476 1478 1480 1482 1484 1486 1488 1490 1492 1494 1496 1498 1500 1502 1504 1506 1508 1510 1512 1514 1516 1518 1520 1522 1524 1526 1528 1530 1532 113 Streckeinm 0 Repeat Application processmessages until Streckeinm lt gt 0 Form4 visible false ex1 eichungx ex2 eichungx2 ey eichungy 1 ey2 eichungy2 tr y Eichfaktor Streckeinm Sqrt Sqr Ex2 Ex1 Sqr Ey2 Ey1 except Messagedlg Fehler 13 Bitte wiederholen Sie die Eichung mtinformation mbok 0 end Eifak Eichfaktor if MessageDlg M chten Sie noch den Nullpunkt verschieben mtinformation mbyes mbno 0 mryes then begin Screen cursor 6 EichenBtn Tag 3 Flagge f r Unit2 Nullpkt Nullpktx 1 Repeat Application processmessages if unterbrechtaste then break until Nullpktx lt gt 1 Screen Cursor crdefault EichenBtn Tag 0 end if Abmessung bottom gt 288 then begin Videoanzeige verkleinern falls bergr e Form2 top 45 Form Chentheight 2288 Form2 Clientwidth 384 Mediaplayerl displayrect Rect 0 0 Form2 clientwidth Form2 clientheight end Panel6 tag 0 end procedure TForm 1 Zeileinsmemo memox memoy integer var Zeitwert xKoordinate Y Koordinate real Zeitwertstr XKoordinatestr Y Koordinatestr string begin JANETE Mediaplayerl position scrollbar2 position Spinedit4 value str Zeitwert 3 3 zeitwertstr xKoordinat
12. 4 1 8 Berechnung von Geschwindigkeiten und Beschleunigungen Um die gefundenen Koordinaten nicht in Pixel sondern in SI Einheiten ausgeben zu k nnen wird in den Zeilen 1423 1491 mit Hilfe des Benutzers ein Eichfaktor errechnet Damit k nnen pro Bild die Zeit und die x und y Koordinate ausgegeben werden 53 Aus diesen Werten erh lt man durch Bildung des Differenzenquotienten die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen Xin TH At Geschwindigkeit in x Richtung v x Yot yi Geschwindigkeit in y Richtung v y Ki Die Gesamtgeschwindigkeit l t sich nun aus diesen beiden Werten berechnen v v x 2 v y s Zeile 2032 2052 vax v x At Vy jt v y At Beschleunigung in x Richtung a x Beschleunigung in y Richtung a y Gesamtbeschleunigung a Ja 2 a y Zeile 2053 2076 tah Die Geschwindigkeit wurde damit zum Zeitpunkt 7 5 bestimmt die t at Beschleunigung zum Zeitpunkt t gt Die Daten werden in einer Tabelle gespeichert und angezeigt Procedure Tabellef llen Zeile 2006 4 1 9 Diagrammanzeige Um die gefundenen Werte graphisch auftragen zu k nnen gibt es die M glich keit ber das OLE Konzept ein anderes Programm z B Exel zu benutzen Da man jedoch nicht davon ausgehen kann da dieses spezielle Programm auf jedem Rechner installiert ist wurde eine einfache Diagrammanzeige mittels Ta
13. Form2 clientwidth Imagel height clientheight Imagel width clientwidth show end PatBlt form3 imagel canvas handle 0 0 form3 imagel Width form3 imagel Height whiteness image l schen Bitblt form3 imagel canvas handle 0 0 form3 clientwidth form3 clientheight kontext 0 0 srccopy videobild kopieren form3 refresh Unterbrechtaste false AltFgleichneuF false for bildnr scrollbar2 position to scrollbar3 position do begin mediaplayer position bildnr xmin abmessung right ymin abmessung bottom xmax 0 ymax 0 For yl Markierungy1 to Markierungy2 1 do begin Farbegefunden false xreihemax 0 xreihemin abmessung right For x1 Markierungx1 to Markierungx2 1 do begin Farbe Getpixel Kontext x1 y1 if Farbe 1 then begin If fehleranzahl lt 10 then begin inc fehleranzahl form2 bringtofront form2 refresh messagebeep 1 end end R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetBValue Farbe if r lt RSchwelle toleranz then begin if r gt rschwelle toleranz then begin if g lt GSchwelle toleranz then begin if g gt gschwelle toleranz then begin if B lt Bschwelle toleranz then begin if b gt bschwelle toleranz then begin if x1 lt xmin then xmin x1 if xl gt xmax then xmax x1 if yl lt ymin then ymin y1 if yl gt ymax then ymax y1 end end end end end end end end zentrumx xmin xmax div 2 zentrumy ymin ymax div 2 gezieltesuche3 xzentrumgenau yzentrum
14. Form3 do begin Clientheight Abmessung Bottom Clientwidth Abmessung Right Image 1 height clientheight Image 1 width clientwidth Show end Suchergebnisfenster konfigurieren 108 1148 1150 1152 1154 1156 1158 1160 1162 1164 1166 1168 1170 1172 1174 1176 1178 1180 1182 1184 1186 1188 1190 1192 1194 1196 1198 1200 1202 1204 1206 1208 1210 1212 1214 1216 1218 1220 1222 1224 109 Suchergebnisfenster Imagel l schen PatBlt Form3 Imagel Canvas Handle 0 0 Form3 image1 Width Form3 Image1 Height Whiteness Form3 refresh Videofenster Form2 clientheight Abmessung Bottom Form2 Clientwidth Abmessung Right Mediaplayerl displayrect Rect 0 0 Form2 clientwidth Form2 clientheight if Abmessung bottom gt 288 then Form2 Top 20 Form2 Bringtofront form2 refresh If Checkbox9 checked then Bitblt form3 imagel canvas handle 0 0 videobild kopieren abmessung right abmessung bottom kontext 0 0 srccopy Anfangsvektor bestimmen 2xkompletten Suchbereich untersuchen insMemo for bildnr scrollbar2 position to scrollbar2 position 1 do begin mediaplayer 1 position bildnr xmin abmessung right ymin abmessung bottom xmax 0 ymax 5 For yl Markierungy1 to Markierungy2 1 do begin For x1 Markierungx1 to Markierungx2 1 do begin Farbe Getpixel Kontext x1 y1 if Farbe 1 then begin if fehleranzahl lt 20 then begin Form2 Bringtofront Form2 refresh inc fehle
15. Rechteck zur Anzeige des Suchbereichs ffnet Zeilen 1640 1624 Beim Verschieben der Maus wird das Rechteck dynamisch an die jeweilige Mausposition angepa t Zeilen 1660 1667 Beim Loslassen der Maustaste werden die Eckkoordinaten des Suchbereiches bergeben Zeilen 1668 1705 Damit k nnen auch Bildbereiche die eine hnliche Farbe wie die des Objektes beinhalten bewu t von der Analyse ausgeklammert werden Bewegt sich das Objekt aber ber ein relativ gro es x y Gebiet z B bei einer Kreisbewegung so kann der Bereich nur unwesentlich eingeschr nkt werden F r diesen Fall wurde eine zweite M glichkeit geschaffen den Such bereich zu beschr nken Da die gefundenen Pixel keine Kreise ergeben liegt an dem hohen Kompressionsgrad 32 Bei gleichf rmig geradlinigen Bewegungen kann man die Position f r das Bild Nr i aber aus den Positionen der Vorbilder errechnen Dazu mu man den Geschwindigkeitsvektor bestimmen Bei gleichen Zeitabst nden zwischen den Bildern ergibt sich amp ie 5 An Yi Yi Yi ie is Yi 5 2Y Yin s Zeile 1225 1226 Erf hrt das Objekt jedoch eine Beschleunigung so weicht es von dieser erwar teten Position ab Wie gro der Radius der m glichen Abweichung ist soll vom Benutzer angegeben werden Um die vorherberechnete Position wird in den Zeilen 1227 1234 das Such gebiet bestimmt In Zeile 1238 werden nur Punkte innerhalb des Kreisgebietes zugelassen
16. aktuell Eine genaue Bestimmung des Mittelpunktes ist mit diesen Einstellungen aber noch nicht zu erreichen da die Markierung oft nicht vollstandig erkannt wird Abb 53 Da eine Erh hung der Toleranz nicht m glich ist aktiviere man nun die Option gezielte Zweitsuche Es zeigen W gezielte Zweitsuche Zweitnleranz UE Objektgr e die Toleranz f r die Zweitsuche und die Objektgr e Durch die bisherige sich zwei Eingabefelder Erstsuche wurde ein ungef hrer Mittelpunkt des Objektes gefunden Um diesen Punkt soll in einem kleinen Gebiet noch einmal genauer nach der Farbe gesucht werden Wie gro dieses Gebiet ist richtet sich nach den Ausma en der Markierung und wird im unteren Feld eingestellt Mit welcher Toleranz die Zweitsuche stattfinden soll kann man im oberen Feld eintragen Vorgehensweise zur richtigen Wahl der Parameter Zuerst ermittele man die Toleranz bei der alle Pixel der Markierung erkannt werden Es spielt dabei keine Rolle ob in einiger Entfernung zum Objekt fremde Bildpunkte erkannt werden Diese Gebiete werden von der Zweitsuche Dies kann der Fall sein wenn in Mittelpunksn he einige Pixel eine falsche Farbe haben zum Beispiel bei einer Spiegelung der Lampe auf einem gl nzendem Ball 64 nicht betrachtet In unmittelbarer N he des Objektes d rfen dagegen keine Fehler auftauchen Den so ermittelten Wert trage man bei Zweittoleranz ein Der Wert der Ersttoleran
17. anderen steigen die Geschwindigkeiten der Bewegung von sehr kleinen zu relativ gro en Werten an Da der freie Fall im Labor jedoch ein relativ kurzer Bewegungsablauf ist erh lt man auch nur wenige Me werte maximal 25 Werte s Bei einem senkrechtem oder schr gem Wurf dagegen l t sich die Zeit in der das Objekt der Erdanziehung ausgesetzt ist bei gleicher Fallh he verdoppeln Aus diesem Grund wurde ein springender Flummi Abb 73 M JPEG Abb 74 Cinepak w hrend der Auf und Abw rtsbe wegung mit 25 Bildern s gefilmt auch hier ist wieder die Geschwindigkeit des Objektes in Relation zur Bildschirmh he gemeint 76 und analysiert Die Aufl sung betr gt 384x288 Pixel Der Film besteht aus 26 Einzelbildern Die letzten zwei Bilder zeigen den Flummi nach dem Bodenkontakt Zur Kalibrierung wurde parallel zur Kameraebene eine Me latte aufgestellt Der Hintergrund ist mit schwarzem Stoff abgedunkelt um einen m glichst gro en Kontrast zum Objekt zu gew hrleisten Der Film Flummi avi befindet sich auch auf der beiliegenden Diskette Er wurde mit dem g ngigen Softwarecodec Cinepak komprimiert s Kap 2 1 2 5 Der Originalfilm M JPEG hat eine Gr e von 2 MB der Cinepak film dagegen nur 0 85 MB Durch die Kompression ergeben sich einige Infor mationsverluste und somit Nachteile bei der Auswertung Abb 73 zeigt das Stroboskopbild des Bewegungsablaufes In Abb 74 lassen sich die Verluste erkennen Der Flumm
18. der Markierung die Origi nalfarbe in Bewegungsrichtung findet am Rand jedoch eine Vermischung mit der Hintergrundfarbe statt hier wegen des hellen Hintergrundes eine Farbver blassung Dies f hrt bei der sp teren Analyse zu Problemen da man das Bild nach einer bestimmten Farbe untersuchen will es m te eigentlich ffnungszeiten der Blende hei en mit schnell ist hier nicht die Absolutgeschwindigkeit gemeint sondern die Geschwindigkeit des Objektes relativ zur Bildschirmh he Pixel pro Sekunde 34 Wie man in Abbildung 16 sieht ist die Markierung ab 1 1000 s scharf selbst bei der 7 fachen Vergr erung des Bildes Solch hohe Geschwindigkeiten des Objektes wie in diesem Beispiel werden eher die Ausnahme sein Mit einer Einstellung von 1 1000 s ist eine scharfe Darstellung damit gew hrleistet Bei sehr kleinen Verschlu zeiten siehe 1 10 000 s mu f r zus tzliche Beleuch tung gesorgt werden 3 3 3 Belichtung Filmt man in Innenr umen ist das Bild oft sehr dunkel siehe Abb 17 Die Farben wirken nicht so strahlend wie bei der Originalvorlage An der Sony Kamera gibt es die M glichkeit nach Dr cken des Schalters Exposure die automatische Belichtung auszustellen und die Abb 17 Autoexposure Helligkeit manuell zu ver ndern Bei zwei bis drei Stellungen ber dem Normalwert sind die Farben satter Abb 18 auch wenn das Bild an hellen Stellen jetzt etwas berbelichtet ist Die Farben lassen
19. eingestellt sein damit sich das Objekt nicht au erhalb des Suchgebietes befindet Besonders bei 65 Sto vorg ngen kann man die auftretenden Beschleunigungen leicht untersch tzen 4 2 2 4 Suchgebiet einschr nken Erfolgt die Bewegung des Objektes nur ber einen beschr nkten Bereich des Videofensters so ist es sinnvoll nach Dr cken des Buttons Suchgebiet diesen zu kennzeichnen Die Suche beschr nkt sich dann nur auf dieses Gebiet Neben den Geschwindig keitsvorteilen kann man so auch Bildbereiche die kritische Farben beinhalten der Markierungsfarbe zu hnlich unber cksichtigt lassen Zum Kennzeichnen zieht man mit gedr ckter Maustaste ein Rechteck auf dem Video 4 2 2 5 Kalibrieren Um bei der sp teren Auswertung auch quantitative Aussagen machen zu k nnen mu das Programm einen Eichfaktor erhalten Mit diesem kann es dann von Pixeleinheiten in reale L ngenangaben umrechnen Wird diese Kalibrierung nicht durchgef hrt so ist der Eichfaktor eins was bedeutet da ein Pixel einem Meter entspricht F r rein qualitative Aussagen ist dies unbedeutend Nach dem Anklicken des Buttons Fm m j en fas Kalibrieren Kalibrieren andert sich die Mauszeigerform und der Benutzer wird aufgefordert die beiden Endpunkte einer Strecke bekannter Lange anzuklicken Dann wird eine Angabe ber die L nge gefordert Zum Schlu wird gefragt ob der Nullpunkt verschoben werden soll Falls nicht befindet er sich
20. gt wert then miniy wert if Ey Ber then maxiy wert end procedure TForm5 Radioclick Sender TObject var i code integer wert wertl wert2 real s string begin if Sender yx then begin xydiagr exit end miniy 30000 maxiy 30000 if Sender xt then begin diagramm title CHART_IeftTit x m diagramm opendata cod_values ee Form1 Tabelle rowcount 1 diagramm thisserie 0 For i 1 to Form1 Tabelle rowcount 1 do begin val form1 tabelle cells 1 i wert code bereich wert Diagramm value i 1 wert end diagramm closedata cod_values 0 end if Sender yt then begin diagramm title CHART_IeftTit y m diagramm opendata cod_values e Form1 Tabelle rowcount 1 diagramm thisserie 0 For i 1 to Form1 Tabelle rowcount 1 do begin val form1 tabelle cells 2 i wert code bereich wert Diagramm value i 1 wert end diagramm closedata cod_values 0 end if Sender vxt then begin diagramm title CHART_IeftTit v x m s diagramm opendata cod_values makelong 1 Form 1 Tabelle rowcount 2 diagramm thisserie 0 For i 1 to Form1 Tabelle rowcount 2 do begin val tabelle2 cells 5 i wert code bereich wert Diagramm value i 1 wert end diagramm closedata cod_values 0 end if Sender vyt then begin diagramm title CHART_IeftTit v y m s diagramm opendata cod_values makelong 1 Form1 Tabelle rowcount 2 diagramm thisserie 0 For i 1 to Form1 Tabelle rowcount 2 do begin v
21. hneln denen der Programmier sprache Borland Turbo Pascal Es existierte zwar schon die neuere Version Delphi 3 0 zur Programmierung von 32 Bit Anwendungen diese sind jedoch nur unter Windows 95 oder NT lauff hig Da aufgrund der 44 angespannten Finanzlage in vielen Schulen auch in Zukunft noch Computer mit lteren Windowsversionen existieren werden wurde Delphi 1 0 benutzt Die Abw rtskompatibilit it von Windows gew hrleistet da VIANA mittelfristig auf allen PC s lauff hig bleiben wird Beim Programmieren wurde nach M glichkeit versucht den Quelltext unkompliziert zu halten damit das Programm wart und erweiterbar ist Der Quelltext ist im Anhang A abgedruckt In diesem Kapitel wird auf bestimmte Zeilen des Anhangs verwiesen Der Nachteil objektorientierter Programmierung ist da dieser Quelltext nicht mehr so einfach zu lesen ist wie zum Beispiel ein Turbo Pascal Listing da kein Hauptprogramm existiert Der Programmablauf erfolgt nicht mehr linear also ein Befehl nach dem ande ren Je nach Aktion des Benutzers auf der Bedienoberfl che wird eine der 68 Prozeduren ausgef hrt Welche Prozedur bei welcher Aktion aufgerufen wird kann mit Hilfe der Projektdatei auf der Diskette verfolgt werden Wer mit dieser Programmierart vertraut ist kann auch den Ablauf nachvollziehen Die Namen der Variablen und Oberfl chenobjekte sind weitgehend selbsterkl rend Um sich nicht zu sehr im Programmdetail zu verlieren sollen in
22. if pktgefunden then begin xmwsumme xmwsumme xmin xmax div 2 inc Reihenanzahl end end Pause Scrollbar4 position if Unterbrechtaste then exit If Reihenanzahl lt gt 0 then xzentrumgenau xmwsumme div Reihenanzahl else begin form3 visible false If abmessung bottom gt 288 then form2 visible false if Messagedlg Bei Zweitsuche keinen Pkt gefunden Fehlerhafte Weierfiihrung mtWarning mbyes mbno 0 mrno then Unterbrechtaste true form3 visible true if abmessung bottom gt 288 then begin form2 visible true form2 refresh end end ymwsumme 0 Reihenanzahl 0 For x2 Grenzexanf to Grenzexende do begin ymin abmessung bottom ymax 0 pktgefunden false For y2 Grenzeyanf to Grenzeyende do begin if sqr spinedit1 value div 2 lt sqr x2 zentrumx sqr y2 zentrumy then continue Farbe Getpixel Kontext x2 y2 if Farbe 1 then begin if fehleranzahl lt 20 then begin Form2 Bringtofront Form2 refresh inc fehleranzahl messagebeep 1 end end R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetB Value Farbe if r lt RSchwelle toleranz2 then begin if r gt rschwelle toleranz2 then begin if g lt GSchwelle toleranz2 then begin if g gt gschwelle toleranz2 then begin if B lt Bschwelle toleranz2 then begin if b gt bschwelle toleranz2 then begin if y2 lt ymin then ymin y2 if y2 gt ymax then ymax y2 pktgefunden true end end end end end end end if pktgefunden then begin ym
23. im Bild auftau chen sollten um zuf llige bereinstimmungen mit der Markierungsfarbe zu vermeiden Als problematisch erweisen sich blanke Metallgegenst nde In ihnen k nnen sich Gegenst nde zum Beispiel bunte Kleidungsst cke von Sch lern wider spiegeln Durch blanke Stativstangen traten bisher jedoch noch keine St rungen auf Ma stab Um bei der sp teren Analyse einen Eichfaktor zu finden welche Wegstrecke einem Pixel entspricht mu in dem Bild ein Objekt bekannter L nge sichtbar sein Dazu kann man ein Ma band zu dem Versuchsaufbau legen oder ein Objekt ausmessen Die Strecke sollte sich aber ber einen m glichst gro en Bildausschnitt erstrecken Ist sie nur wenige Pixel gro so l t sich der Eichfaktor nur mit gro em Fehler bestimmen Beleuchtung Ich wunderte mich beim Filmen von gr nen Markierungen ber einige gr ne Pixel auf einer blanken Muffe Schuld waren die L ftungsaufbauten auf dem Dach hinter den Laboratorien 29 Bei der Ausleuchtung des Versuches ist zu beachten da die Helligkeit der Farbmar kierungen an verschiedenen Positionen kamera RR N nicht zu sehr schwanken darf um die sp EEn tere Analyse nicht zu erschweren Dies ST erreicht man indem die Lichtquelle direkt Lichtquelle neben oder ber der Kamera steht s Abb 8 so da sich der Abstand zwischen a aka Lichtquelle und Objekt w hrend der Abb 8 Position der Lichtquelle Bewegung nicht ndert Falls dabei
24. jedoch st rende Reflexionen auftreten mu man die optimale Stellung suchen m gli cherweise sogar eine zweite Lampe aufstellen Es ist aber zu beachten da kein Schattenwurf auf der Markierung stattfinden sollte Diffuses Licht ist grunds tzlich besser zur Beleuchtung geeignet Bei l ngeren Aufnahmen sollte kontrolliert werden da sich die Beleuchtungs st rke zwischendurch nicht zu stark ge ndert hat z B Wolke vor der Sonne Bei extrem kleinen Verschlu zeiten mu f r starke Beleuchtung gesorgt werden s Kap 3 4 2 3 2 Farbmarkierungen Zur Bestimmung einer Position mu entweder das Objekt selbst erkannt oder eine Markierung angebracht werden Da das Erkennen einer Objektform u erst schwierig und unzuverl ssig ist 12 sucht der Algorithmus in dem Programm Viana ausschlie lich nach bestimmten Farben s u Die Farbmar kierungen m ssen jedoch gewisse Eigenschaften besitzen 30 3 2 1 Gr e und Form An den Grenzen der Markierungen kommt es durch die Quantisierung in Pixel immer zu relativ unvorhersehbaren Mischfarben siehe Abb 9 Wichtig ist nun da in der Mitte der Markierung noch einige Pixel die Original farbe besitzen Feld 2 die in jedem Folgebild 7 zu finden ist Die Markierung mu dazu eine minimale Gr e besitzen SPS ne Erfahrungswert Unter sieben Pixel Durchmesser k nnen schon Probleme entstehen Bei der Verpackungsindustrie z B unter Milchpackungen oder bei Crash T
25. nur die Maximalwerte zu erfassen Fiir die Markierung w ren das R 188 G 80 B 85 Die Hintergrundfarbe eines Versuchsaufbaus wird in der Regel relativ farblos sein Dies bedeutet da die R G B Werte nah beieinander liegen So ergeben z B f r die Werte R 0 G 0 B 0 Schwarz R 100 G 100 B 100 Dunkelgrau R 200 G 200 B 200 Hellgrau R 255 G 255 B 255 gt Wei 39 Je weiter die Maximalwerte unserer Markierungsfarbe auseinander liegen desto besser lassen sie sich von diesen Graut nen unterscheiden Der optimale Rotwert w re R 255 G 0 B 0 Dieser Wert wird jedoch selten zu finden sein Wird die Markierung nun mit erh hter S ttigung digitalisiert Abb 24 so hat man sich dem Ideal 255 0 0 etwas angen hert 900 800 700 600 500 400 300 S ttigung 80 200 Abb 24 Pixelanzahl 100 TOR eee area ee Ee it 0 50 100 150 200 250 Farbwert Abbildung 23 Die Peaks liegen hier bei 245 45 60 Abbildung 23 Wesentlich ist nun da die Grauwerte des Hintergrundes von der Sattigungser h hung kaum ver ndert werden Bei ihnen liegen die R G B Werte noch immer nah beieinander und sie werden nur wenig in die Randgebiete gedr ngt Stellt man die S ttigung jedoch zu hoch ein so k nnen auch Braunt ne zu Rot werden w hrend sich die Werte der Markierungsfarbe kaum noch verbessern Abb 26 Das Diagramm in Abbildung 25 zeigt wie sich die Rotwerte auf 255 und 254 h ufen Ma stab
26. rde jedoch die Programmbedienung erschweren Bei einer gro en Toleranz werden auch Rot und Gelbt ne erkannt Abbildung 34 Bei der Suche nach einer Farbmarkierung kann eine zu gro e Toleranz den Nachteil mit sich bringen da einige Bildpunkte au erhalb der Markierung erkannt werden Dies f hrt zu Problemen bei der Mittelpunktsbestimmung s u Prinzipiell w ren f r jeden Farbanteil R G B eine eigene Abbildung 34 Toleranzangabe m glich Das w rde die Programmbedienung Toleranz 40 jedoch erschweren 49 4 1 4 Zweitsuche Bei einigen Filmen l t sich der Toleranzbereich nicht zur Zufriedenheit einstellen Bei niedrig gew hlter Toleranz werden nicht alle Bildpunkte des Objektes erkannt Ist z B ein Ball schlecht ausgeleuchtet Abbildung 35 so hat der Schattenbereich eine dunklere Farbe Abbildung 35 und wird nicht erkannt Abbildung 36 Kann man die Toleranz nicht weiter erh hen da sonst zu viele Pixel au erhalb des Objektes erkannt werden so ist eine zweite Suche erforderlich Von dem in Abbildung 36 erkannten Punkthaufen l t sich ein Mittelpunkt bestimmen der uns eine ungef hre Position des Objektes liefert In einem kleinen Bereich um diese Position soll erneut nach der Farbe gesucht werden Die Abbildung 36 Toleranzeinstellung bei dieser zweiten Suche darf wesentlich h her liegen da entfernte Bildbereiche mit hnlichen Farben nicht mehr betrachtet werden s Prozedur Gezieltesuche
27. sich bei der Bildanalyse wesentlich besser erkennen Beim Filmen unter freiem Himmel ist das Erh hen der Belichtung nicht n tig Grunds tzlich sollte man beim Filmen immer die Automatik ausstellen damit sich nicht mitten in der Sequenz die Belichtungseinstel lung ndert Diese nderung vollzieht sich nicht stufenlos und so kann sich der Farbwert Abb 18 Exposure 2 der Markierung beim zuf lligen Aktivieren der Automatik von einem zum anderen Bild drastisch ndern 3 3 4 Autofokus Die Kameraautomatik stellt immer die Gegenstandsweite des Bildmittelpunktes scharf dar Bewegt sich unser Objekt in diesem Gebiet so 35 pa t die Automatik die Fokussierung an Da die optimale Fokussierung nicht sofort erreicht sondern erst ein paar Bilder lang gesucht wird f hrt dies zu einigen unscharfen Einzelbildern Der Autofokus sollte also ausgestellt werden Schalter Focus 3 3 5 Wei abgleich Verschiedene Lichtquellen haben unterschiedliche Farbtemperaturen Das Licht der Mittagssonne hohe Farbtemperatur hat einen hohen Blauanteil das Licht einer Gl hlampe niedrige Farbtemperatur dagegen einen hohen Rotanteil Moderne Kameras besitzen einen automatischen Wei abgleich damit zB ein wei es Blatt Papier unter verschiedenen Beleuchtungssituationen auch wei erscheint Jedoch kann auch diese Automatik w hrend des Filmens eine Ver nderung der Einstellungen bewirken so da sich die Farben des Filmes vo
28. und Blauanteile entschl sselt Nachdem der Ger tekontext wieder geschlossen wurde k nnen in der Farbanzeige Zeile 267 294 die drei Anteile graphisch auf der Bedienoberfl che dargestellt werden 4 1 3 Die Suche nach bestimmten Farben Um die Position einer farbigen Markierung zu erfassen sollten von dieser fast alle Bildpunkte erkannt werden Nur dann ist eine korrekte Mittelpunktsbe stimmung m glich Durch einen Mausklick soll jetzt eine Farbe gew hlt und alle Pixel des Bildes mit dieser Farbe erkannt werden Mittels einer Schleife liest ein Hilfsprogramm dazu die Pixel eines Videobildes ein und vergleicht jedes mit der zuvor gew hlten Farbe Stimmen alle drei Farbanteile berein so wird die Koordinate markiert Als Beispiel dient hier ein gefilmter Farbkreis Abbildung 30 Innerhalb des wei en Rahmens wurde der Farbton orange gew hlt Abbildung 29 zeigt das Ergebnis des Vergleiches vergr erter Ausschnitt Abbildung 29 Abbildung 30 Farbkreis 47 Es fanden sich nur 13 Pixel mit den gleichen R G B Werten Da nicht mehr Bildpunkte erkannt wurden liegt daran da bei 16 7 Millionen darstellbaren Farben viele Nuancen von Orange existieren das Programm aber nur nach einer speziellen suchte Zur Verdeutlichung des Sachverhaltes wird nun eine andere Darstellungs 10 form gew hlt Tr gt man Pixelanzahl alle 13 erkannten Pixel des Farbwertes gegen den 2 Farbwert
29. y1 end end end end end end end end Form3 refresh Pause Scrollbar4 position If Unterbrechtaste then break altzentrumx zentrumx altzentrumy zentrumy zentrumx xmin xmax div 2 zentrumy ymin ymax div 2 If not checkbox1 checked then zeile ins memo Zeileinsmemo zentrumx zentrumy if checkbox2 checked then Farbuebernahme If Checkbox1 checked then Gezieltesuche2 If Radiogroup3 Itemindex 0 then begin If not Checkbox 1 checked then Mittelpktzeichnen end If Unterbrechtaste then break Application Processmessages If Unterbrechtaste then Break end Scrollbar3 auf letztes Bild zur cksetzten If Scrollbar3 position Mediaplayerl Length 1 then Scrollbar3 Position Scrollbar3 Position 1 if Abmessung bottom gt 288 then begin Videoanzeige verkleinern falls bergr e Form2 top 45 Form Clientheight 288 Form2 Clientwidth 384 1302 1304 1306 1308 1310 1312 1314 1316 1318 1320 1322 1324 1326 1328 1330 1332 1334 1336 1338 1340 1342 1344 1346 1348 1350 1352 1354 1356 1358 1360 1362 1364 1366 1368 1370 1372 1374 1376 1378 111 Mediaplayerl displayrect Rect 0 0 Form2 clientwidth Form2 clientheight end RelcaseDC Fensterh Kontext Kontextgeoeffnet False AbbrechenBtn visible false screen cursor crdefault end procedure TForm1 AbbrechenBtnClick Sender TObject begin unterbrechtaste true end procedure TForml Einfachesuche var x1 y
30. zerlegt in die a i 1 51 1 01 up 201 251 R G B Anzeile auf so erh lt man das Diagramm Abbildung 31 in Abbildung 31 s auch Kap 3 5 2 Um auch die benachbarten Pixel erkennen zu k nnen mu nach einem gr e rem Spektrum gesucht werden Im folgenden sollen alle Farben deren R G B Werte geringf gig von dem gew hlten Orange abweichen noch erkannt werden In unserem Beispiel hat das Orange die Werte 166 78 52 Sollte eine untersuchte Farbe einen Rot Abbildung 32 Toleranz 11 wert von 166 11 einen Gr nwert von 78 11 und einen Blauwert von 52 11 besitzen so wird sie mar kiert Die erlaubte Abweichung von dem jeweiligen Wert in diesem Beispiel 11 wird in dem Quelltext Toleranz genannt Das Ergebnis dieser Suche zeigt sich in Abbildung 32 Innerhalb des schwarzen Rechtecks nachtr glich ein gef gt werden jetzt alle Pixel des Farbkreises erkannt Au erhalb des Rechtecks weicht die Farbe langsam in den Rot bzw Gelbbereich ab 48 Die programmtechnische Realisierung dieser Suche findet man in den Zeilen 1043 1063 7 Tolk ran ZTokranz Z Toleranz 350 300 250 N 200 8 x 150 a 100 50 0 0 50 100 150 200 250 300 Farbwert Abbildung 33 Abbildung 33 zeigt alle gefundenen Pixel in der Spektraldarstellung Nur Bild punkte innerhalb der Toleranzbereiche wurden markiert Prinzipiell w re f r jeden R G B Farbanteil eine eigene Toleranzangabe m glich Das w
31. 1 then Grenzeyende Abmessung bottom 1 Grenzexanf zentrumx spinedit1 value div 2 If Grenzexanf lt 1 then Grenzexanf 1 Grenzexende zentrumx spineditl value div 2 If Grenzexende gt Abmessung right 1 then Grenzexende Abmessung right 1 For y2 Grenzeyanf to Grenzeyende do begin xmin abmessung right xmax 0 pktgefunden false For x2 Grenzexanf to Grenzexende do begin if sqr pa value div 2 lt sqr x2 zentrumx sqr y2 AO heels then continue Kreis If Checkbox8 checked then form3 imagel canvas pixels x2 y2 claqua Anzeige des Suchbereiches Farbe Getpixel Kontext x2 y2 if Farbe 1 then begin if fehleranzahl lt 20 then begin Form2 Bringtofront Form2 refresh inc fehleranzahl messagebeep 1 end end R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetB Value Farbe if r lt RSchwelle toleranz2 then begin if r gt rschwelle toleranz2 then begin if g lt GSchwelle toleranz2 then begin if g gt gschwelle toleranz2 then begin if B lt Bschwelle toleranz2 then begin if b gt bschwelle toleranz2 then begin If Radiogroup3 Itemindex 1 then form3 imagel canvas pixels x2 y2 clblack if x2 lt xmin then xmin x2 if x2 gt xmax then xmax x2 pktgefunden true end end 378 380 382 384 386 388 390 392 394 396 398 400 402 404 406 408 410 412 414 416 418 420 422 424 426 428 430 432 434 436 438 440 442 444 446 448 450 452 454 99 end end end end end
32. 1 xmin xmax ymin ymax bildar 2 grenzexanf grenzexende grenzeyanf grenzeyende integer g B fehleranzahl Byte begin fehleranzahl 0 AbbrechenBtn visible true Unterbrechtaste false Unterbrechung memol clear Tabellevorbereiten screen cursor 4 Kontextoeffnen With Form3 do begin Clientheight Abmessung Bottom Clientwidth Abmessung Right Imagel height clientheight Imagel width clientwidth Show end Suchergebnisfenster konfigurieren Imagel l schen PatBlt Form3 Imagel Canvas Handle 0 0 Form3 imagel Width Form3 Imagel Height Whiteness Form3 refresh Videofenster Form2 clientheight Abmessung Bottom Form2 Clientwidth Abmessung Right Mediaplayerl displayrect Rect 0 0 Form2 clientwidth Form2 clientheight if Abmessung bottom gt 288 then Form2 Top 20 Form2 Bringtofront form2 refresh If Checkbox9 checked then Bitblt form3 imagel canvas handle 0 0 videobild kopieren abmessung right abmessung bottom kontext 0 0 srccopy If Scrollbar3 position Mediaplayerl Length then Scrollbar3 Position Mediaplayer1 Length 1 for bildnr scrollbar2 position to scrollbar3 position do begin toleranz SpE Toleranz Value mediaplayer1 position bildnr xmin abmessung right ymin abmessung bottom xmax 0 ymax 5 For yl Markierungy1 to Markierungy2 1 do begin For x1 Markierungx1 to Markierungx2 1 do begin Farbe Getpixel Kontext x1 y1 if Farbe 1 then begin if
33. 2 1054 1056 1058 1060 1062 1064 1066 1068 1070 Radiobutton1 visible false Radiobutton2 visible false end end procedure TForm1 AnalyseBtnClick Sender TObject var xMin yMin xMax yMax xl yl Fehleranzahl R G B Byte begin Toleranz SpEToleranz value Screen cursor crHourglass Fehleranzahl 0 With Form3 do begin Clientheight Abmessung Bottom Clientwidth Abmessung Right Image 1 Height Abmessung bottom Image 1 Width Abmessung right Show end Integer 107 20 Piepser bei Fehler Suchergebnisfenster konfigurieren anzeigen Suchergebnisfenster Imagel l schen PatBlt Form3 Image 1 Canvas Handle 0 0 Form3 image1 Width Form3 Image1 Height Whiteness Form2 Clientheight Abmessung Bottom Form2 Clientwidth Abmessung Right Videofenster konfigurieren nach oben bringen Mediaplayerl displayrect Rect 0 0 Form2 clientwidth Form2 clientheight if Abmessung bottom gt 288 then Form2 Top 20 Form2 Bringtofront form2 refresh Kontextoeffnen xmin abmessung right ymin abmessung bottom xmax 0 ymax 0 For y1 Markierungy1 to Markierungy2 1 do begin For x1 Markierungx1 to Markierungx2 1 do begin Farbe Getpixel Kontext x1 y1 if Farbe 1 then begin if fehleranzahl lt 20 then begin inc fehleranzahl messagebeep 1 end end R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetBValue Farbe if R lt RSchwelle toleranz then begin if R gt Rschwelle toleranz th
34. 2 Zeile325 Wie gro der Durchmesser des Bereiches ist in dem gesucht wird h ngt im wesentlichen von der Gr e des Objektes ab und soll vom Anwender angege ben werden 4 1 5 Mittelpunktsberechnung Hat man die Bildpunkte eines ann hernd kreisrunden Objektes gefunden so werden von dem erkannten Punkthaufen nun die kleinsten und gr ten auftre tenden X und Y Koordinaten gespeichert und anschlie end der Mittelwert gebildet Zeile 1053 1056 1068 Yimin 1069 Bei der Bildanalyse treten jedoch Ausrei er auf min d h es werden gelegentlich einzelne Pixel au erhalb des Xmax Objektes gefunden siehe Xmax in Abbildung 37 Bei Ymax dieser einfachen Berechnung wirken sie sich stark auf die Position des Mittelpunktes aus Abbildung 37 50 Daher soll bei der Zweitsuche ein anderes Verfahren dienen In jeder Zeile in der Pixel gefunden wurden wird ein eigener Zeilenmittelpunkt berechnet durch rote Punkte in Abbildung 38 symbolisiert Von allen Zeilenmittelpunkten kann anschlie end ein u Mittelwert gebildet werden Zeile 385 391 Somit erh lt man eine X Koordinate des Objektes die durch einzelne Ausrei er nicht mehr stark u 35 verschoben werden kann Zur Bestimmung der Y Koordinate wird das gleiche Verfahren mit den Spalten durchgef hrt 4 1 6 Farb bernahme W hrend der Aufnahme der Videofilme kann die Beleuchtung nie an allen Punkten der Bewegungsebene gleich stark sein Dadurch versch
35. 276 1278 1280 1282 1284 1286 1288 1290 1292 1294 1296 1298 1300 110 zvorausbery zentrumy zentrumy altzentrumy Grenzeyanf zvorausbery spinedit2 value If Grenzeyanf lt 1 then Grenzeyanf 1 Au erhalb Fenster Grenzeyende zvorausbery spinedit2 value If ee S E O 1 then Grenzeyende Abmessung bottom 1 Grenzexanf zvorausberx spinedit2 value If Grenzexanf lt 1 then Grenzexanf 1 Grenzexende zvorausberx spinedit2 value If Grenzexende gt Abmessung right 1 then Grenzexende Abmessung right 1 For y1 Grenzeyanf to Grenzeyende do begin For x1 Grenzexanf to Grenzexende do begin if sqr spinedit2 value lt SET Pecunia Avorn ery then continue If Checkbox7 checked then form3 imagel canvas pixels x1 y1 clyellow Abweichung zeichnen Farbe Getpixel Kontext x1 y1 if Farbe 1 then begin if fehleranzahl lt 20 then begin Form2 Bringtofront Form2 refresh inc fehleranzahl messagebeep 1 end end R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetBValue Farbe if r lt RSchwelle toleranz then begin if r gt rschwelle toleranz then begin if g lt GSchwelle toleranz then begin if g gt gschwelle toleranz then begin if B lt Bschwelle toleranz then begin if b gt bschwelle toleranz then begin If Radiogroup3 Itemindex 1 then form3 imagel canvas pixels x1 y1 clred if xl lt xmin then xmin x1 if xl gt xmax then xmax x1 if yl lt ymin then ymin y1 if yl gt ymax then ymax
36. 5 TForm5 eifak real implementation useschartFX unit1 unit2 R DFM var maxiy miniy real procedure TForm5 xyDiagr var i code integer Wert real begin diagramm rgb2dbk 13959 167 diagramm rgbbk 12972786 yx checked true diagramm custtool 332595200 diagramm title CHART_bottomTit x m diagramm title CHART_IeftTit y m diagramm opendata cod_xvalues makelong 1 Form1 Tabelle rowcount 1 diagramm thisserie 0 For i 1 to Form1 Tabelle rowcount 1 do begin val form1 tabelle cells 1 i wert code bereich wert Diagramm xvalue i 1 wert end diagramm closedata cod_xvalues 0 diagramm adm csa_max nullpkty Eifak diagramm adm csa_min nullpkty Form1 scrollbar2 tag eifak diagramm adm csa_xmax Form1 scrollbar1 tag nullpktx Eifak diagramm adm csa_xmin nullpktx Eifak diagramm opendata cod_values makelong 1 Form1 Tabelle rowcount 1 diagramm thisserie 0 For 1 1 to Form1 Tabelle rowcount 1 do begin 119 1868 1870 1872 1874 1876 1878 1880 1882 1884 1886 1888 1890 1892 1894 1896 1898 1900 1902 1904 1906 1908 1910 1912 1914 1916 1918 1920 1922 1924 1926 1928 1930 1932 1934 1936 1938 1940 1942 1944 val form1 tabelle cells 2 i wert code Diagramm value i 1 wert end Form5 diagramm closedata cod_values 0 a end p orure TForm5 SpeedButton1Click Sender TObject egin S STE end procedure TForm5 bereich wert real begin if miniy
37. 6 748 750 732 754 756 758 760 762 103 begin if checkbox3 checked false then checkbox5 enabled false else checkbox5 enabled true end procedure TForm1 gezieltesuche3 var xzentrumgenau yzentrumgenauiinteger var x2 y2 xmin xmax ymin ymax integer toleranz2 xmwsumme ymwsumme Reihenanzahl Grenzexanf Grenzeyanf Grenzexende Grenzeyende integer r g b fehleranzahl byte pktgefunden boolean zeitwertstr string begin Toleranz2 spinedit2 value xmwsumme 0 Reihenanzahl 0 Grenzeyanf zentrumy spinedit1 value div 2 If Grenzeyanf lt 1 then Grenzeyanf 1 Grenzeyende zentrumy spineditl value div 2 If Grenzeyende gt Abmessung bottom 1 then Grenzeyende Abmessung bottom 1 Grenzesant zentrumx spinedit1 value div 2 If Grenzexanf lt 1 then Grenzexanf 1 Grenzexende zentrumx spineditl value div 2 If Grenzexende gt Abmessung right 1 then Grenzexende Abmessung right 1 x mittelwwerte For y2 Grenzeyanf to Grenzeyende do begin xmin abmessung right xmax 0 pktgefunden false For x2 Grenzexanf to Grenzexende do begin if sqr spinedit1 value div 2 lt sqr x2 zentrumx sqr y2 zentrumy then continue Farbe Getpixel Kontext x2 y2 if Farbe 1 then begin if fehleranzahl lt 20 then begin inc fehleranzahl messagebeep 1 end end R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetBValue Farbe if r lt RSchwelle toleranz2 then begin if r gt rschwelle toleranz2 then begin if g lt GSchwe
38. 78 180 182 184 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220 222 96 RSchwelle GSchwelle BSchwelle toleranz byte kreisgroesse code zentrumy zentrumx Pays oot yzentrumgenauiinteger Payson oolean R procedure TForm1 Film_ladenClick Sender TObject begin a cursor crhourglass If Opendialogl Execute then Dateiname Opendialog1 Filename If Dateiname then begin Falls i im Dialog Abbruch gew hlt wurde screen cursor crdefault exit end Videoabmessungen Videooeffnen Panell visible true ManuellBtn visible true Film_laden visible false Panel6 top 208 Panel6 left 472 Panel6 visible true Mediaplayerl width 250 Label7 caption 0 Label8 caption inttostr mediaplayerl length Timerl enabled true screen cursor crdefault end procedure TForm1 Videoabmessungen X Y Abmessungen u Laenge ermitteln Ausgabe Suchbereich ganz begin Mediaplayer filename Dateiname Mediaplayer1 Open StrPCopy Puffer Fx iiacitilename Dateinatiie Fenstertitel Puffer Fensterh FindWindow AVIWnd Fenstertitel Pi rocs GetClientRect Fensterh Abmessung abel4 Caption Abmessungen ToS ADe n Right IntToStr Abmessung Bottom f r Unit 2 Scrollbar1 Tag Abmessung right Scrollbar2 Tag Abmessung bottom Bildnummer Suchbereich ber ganzen Bildbereich Markierungx1 0 Markierungy1 0 Markierungx2 Abmessung right Markierungy2 Abmessung bottom
39. BA Oele ns 93 B Schritt f r Schritt Anleifuns a areas 126 C Internetadressen sseeseesseossoseeoseossoseeosrossosecoseossesseosrossesseeseess 127 Einleitung Die Experimentalphysik gewinnt durch exakte Beobachtung des Naturgesche hens Kenntnis ber die qualitativen und quantitativen Zusammenh nge der Me gr en Die urspr nglichste Art dieser Beobachtung ist sicherlich das einfache Hin schauen Dadurch k nnen besonders bei Bewegungsvorg ngen oftmals Vermutungen ber zugrundeliegende Naturgesetze getroffen werden Um diese Vermutungen zu best tigen und letztendlich zu physikalischen Gesetzen zu gelangen eignet sich diese nat rliche Me methode jedoch kaum Durch ein technisches Auge also einen Fotoapparat oder eine Videokamera l t sich die Position eines bewegten K rpers und der dazugeh rige Zeitpunkt sehr genau bestimmen So kann eine Bewegung gefilmt und auf einem Fernse her in Zeitlupe dargestellt werden Auf einer Klarsichtfolie die auf den Bild schirm gelegt wird k nnte so die Position verfolgt werden Eine mitgefilmte Demonstrationsuhr liefert die jeweilige Zeit Da dieses Verfahren f r die Schule sehr zeitraubend und ungenau ist erscheint eine andere Auswertung des erzeugten Videomaterials sinnvoll zu sein Neue technische Entwicklungen im Computerbereich lassen die Digitalisierung von Videofilmen in sehr guter Qualit t zu In dieser digitalen Form ist eine komfortabl
40. COMPUTERGESTUTZTE ANALYSE DIGITALER VIDEOSEQUENZEN Schriftliche Hausarbeit im Rahmen der ersten Staatspr fung f r das Lehramt f r die Sekundarstufe I II dem Staatlichen Pr fungsamt f r erste Staatspr fungen f r Lehr mter an Schulen Essen vorgelegt von Thomas Kersting K ckelmannshof 23 45894 Gelsenkirchen Tag der Abgabe 07 10 1997 Hochschulort Essen Themensteller Prof Dr H J Schlichting Fachbereich 7 Didaktik der Physik INHALTSVERZEICHNIS EINLEITUNG 4 1 VORSTELLUNG BEREITS EXISTIERENDER SYSTEME 6 VU ADE VACO ee hdmi poti 6 1 2 Carmen EET A T A E enstoo Usb eoavadegssagcadapeaanese 6 1 3 Analyse von Digital vides 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 7 2 EINFUHRUNG IN DIE GRUNDLAGEN DER VIDEODIGITALISIERUNG 8 2 1 Technische Grundbegriffe ooesooessoessscsssecesoossocssoocssocsssccesocesoosssosessesssee 9 2 1 1 Die Videotechnik und ihre Normen uuessesssesssssnsneeessnnneensnnnnnnnennnn 9 2 1 1 1 Aufl sung 10 2 1 1 2 Bildwiederholfrequenzen 10 2 1 1 3 Videosignale 11 2 1 1 4 FBAS YC YUV 12 2 1 2 Kompression umssseeis nee e a rra aep aii 12 2 1 2 1 YUV 4 2 2 15 2 1 2 2 Motion JPEG 15 2 1 2 3 MPEG 16 2 1 2 4 Fraktale Kompression 18 2 1 2 5 Software Codecs 19 2 2 Hardware aussehen EAA A EE 20 2 2 1 Systemantorderun gen mannna nn taza hi e i Ea 20 2 2 1 1 Monitor und Grafikkarte 21 2 2 1 2 Festplatte 21 2 2 2 Digsitalisierunsskaren seen ee iae
41. Objekt des zweiten Bildes in dem Vorbild Nach Durchlaufen der Schleife Zeile 552 677 zeigt sich das Objekt an allen Positionen der Folgebilder Abbildung 41 zeigt die Bewegung einer roten Markierung die an meiner Schuh sohle angebracht wurde Abbildung 41 Sollen alle neun Werte t x y 3 v 3 a bertragen werden mu in Zeile 2097 nur eine 9 anstatt einer 2 stehen 56 4 1 12 Manuelle Positionserfassung Wurden bei der Filmanalyse wesentliche Punkte des 3 Kapitels nicht beachtet so unterscheidet sich die Markierung nicht ausreichend von ihrer Umgebung Auch bei Filmen die nicht selbst aufgenommen wurden z B aus dem Internet oder bei der Digitalisierung einer Fernsehsendung schl gt eine automatische Analyse oftmals fehl In solchen F llen mu der Anwender die Filmposition selbst angeben Nachdem das Programm in den manuellen Modus gesetzt wurde Zeile 869 881 bewegt er dazu den Mauszeiger an die richtige Position und klickt Die Zeilen 2360 und 1492 1507 bergeben die Koordinaten des Mauszeigers in die Tabelle Was bei der automatischen Erfassung seitenweise Quelltext erfor derte steht hier durch die intelligente Mithilfe des Benutzers in ein paar Zeilen Der Anwender hat die M glichkeit andere Mauszeigerformen zu w hlen um die Position optimal erfassen zu k nnen Der Mittelpunkt eines runden Objektes l t sich mit einem runden Mauszeiger nun einmal genauer bestimmen Dazu wurden selbstdefinie
42. Pos Integer procedure Timer Timer Sender TObject procedure StroboskopbildClick Sender TObject procedure CheckBox3Click Sender TObject procedure Film_ladenClick Sender TObject procedure FilmladenIClick Sender TObject procedure ManuellBtnClick Sender TObject procedure AutomatischBtnClick Sender TObject procedure ScrollBar2Change Sender TObject procedure ScrollBar3Change Sender TObject procedure SpeedButton2Click Sender TObject procedure RadioGroup2Click Sender TObject procedure CheckBoxIClick Sender TObject procedure CheckBox6Click Sender TObject procedure RadioGroup3Click Sender TObjech procedure AnalyseBtnClick Sender TObject procedure FilmanalyseBtnClick Sender oben procedure AbbrechenBtnClick Sender TObject 1311 procedure EichenBtnClick Sender TObject procedure DiagrammBtnClick Sender To 1530 procedure Stroboskopbild1Click Sender TObject procedure berVIANA1Click Sender TObject procedure SpeedButton1Click Sender TObject private Private Deklarationen public Public Deklarationen end var Form TForm implementation var Dateiname String Abmessun ae Farbe tcolorref Puffer Array 0 255 of Char Fenstertitel PChar Fensterh THandle Kontext HDC Kontextgeoeffnet Boolean Weitere Prozeduren in Units 2 7 ab Zeile 1568 Prozeduren Zeile 1510 95 148 150 152 154 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 176 1
43. Prozedur diese beendet hat releasedc fensterh kontext messagebeep 1 Hinweiston end end procedure TForml pause zeit longint var zeitl longint begin zeitl gettickcount repeat application ee until Gettickcount zeitl gt zeit end procedure TForml clickfarbe bergabe der angeklickten Farbe an die Variablen rschwelle gschwelle bschwelle var r g b byte begin messagebeep 1 kontextoeffnen farbe ge tpixellkontext xclick yclick gt GetR Value Farbe Value Farbe Be u Nam edit 1 text inttostr r rschwelle r edit2 text inttostr g gschwelle g edit3 text inttostr b bschwelle b releaseDC fensterh kontext Kontext schlieBen kontextgeoeffnet false farbanzeige Prozedur zur Anzeige der drei Farbanteile end rocedure TForm1 Farbanzeige egin with imagel canvas do begin Hintergrund en color clbtnface rush color clbtnface rectangle 0 0 image1 width image 1 height Farbbalken pen width 1 pen color clblack brush color farbe rectangle 7 7 20 88 3 Balken pen width 5 pen color clwindow moveto 30 18 lineto 30 51 18 moveto 30 50 lineto 30 5 1 50 moveto 30 79 lineto 30 51 79 pen color clred 1f rschwelle gt 0 then begin moveto 30 18 lineto 30 rschwelle div 5 18 end pen color clgreen if gschwelle gt 0 then begin moveto 30 50 lineto 30 gschwelle div 5 50 end en color clblue 1f bschwelle gt 0 then begin moveto 30 79 lineto 30 bs
44. Schwierigkeiten Ein Computermonitor ist ein wesentlich hochwertigeres Wiedergabemedium als ein Fernseher Videobild Computerbild PAL Aufl sung 768 x 576 z Zt bis 1600 x 1200 sichtbar Bildwiederholfrequen 50 Hz interlaced 60 bis 120 Hz non Z interlaced Steuerungssignal RGB Tabelle 1 3 2 1 1 Die Videotechnik und ihre Phase Alternation Line 10 Normen 2 1 1 1 Aufl sung Das erste Merkmal in Tabelle 1 wird durch die europ ische Fernsehnorm CCIR festgelegt Die Anzahl der Zeilen beim Bildaufbau betr gt 625 PAL und SECAMI das in Amerika vorherrschende NTSC verwendet 525 Zeilen bei einer Bildwiederholfrequenz von 60 Hz 4 Mit dem zugrundeliegendem Seitenverh ltnis 4 3 ergibt sich die horizontale Aufl sung 833 Von den 625 Zeilen werden aber nur 576 angezeigt der Rest wird heute f r Videotextinfor mationen und hnliches genutzt Bei dem zuk nftigen Fernsehsystem HDTV soll mit einer sehr hohen Aufl sung von ungef hr 1100 Zeilen bei 1920 Pixel pro Zeile Seitenverh ltnis 16 9 gearbeitet werden 2 1 1 2 Bildwiederholfrequenzen Als n chste Angabe in Tabelle 1 werden die Bildwiederholfrequenzen verglichen Durch den schnellen Wechsel einzelner Bilder werden dem menschlichen Auge Bewegungen vorget uscht Diese werden als kontinuierli cher Ablauf interpretiert sobald der Bildwechsel fter als 16 mal in der Sekunde erfolgt 5 Doch selbst bei 25 Hz der Bildwechselfrequenz unsere
45. Tisch fallen lost frame gibt aber eine entsprechende Meldung aus Bei der Betrachtung der Videos fallt es nicht auf ob eins von 25 Bildern pro Sekunde fehlt zur Videoanalyse ist es jedoch verheerend Durch das Fehlen eines Bildes entsteht bei der Auswertung ein unerklarlicher Sprung des bewegten Objektes auf Weg Zeit Diagramm Geschwindigkeits Zeit Diagramm T T T 0 0 6 0 4 J 1H x m v x m s 0 27 4 27 1 1 A L 1 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 0 1 0 2 0 3 Zeit s Zeit s Abbildung 5 Gr nde f r diese kleinen St rungen k nnen Betriebssystemabfragen ausgel ste Interrupts Repositionierung der Lesek pfe von Festplatten etc sein 3 Um eine Festplatte zu testen ist im Lieferumfang der Miro DC30 das Programm EXPERT enthalten Es schreibt eine Datei von 20 MB auf die Festplatte und liest diese wieder ein Dabei mi t es die Schreib und Lesege schwindigkeiten Bei dem Lehrstuhlrechner entstand folgendes Geschwindig keitsprofil 23 Datenrate Grafik Laufwerk c 10000 kB sek Lesen 6857 Schreiben 6400 i fr HR Abbildung 6 Schreib und Lesegeschwindigkeit der Festplatte Zu erkennen sind deutliche Schwankungen sowohl beim Lesen als auch beim Schreiben Die Schreibgeschwindigkeit liegt durchschnittlich bei 6400 KB s Das Programm schl gt zur Digitalisierung jedoch nur eine Datenrate von 5011 KB s vor damit w hrend eines Geschwindigkeitseinbruches kein Bild verlo
46. W hrend des Sto es ndert sich die Richtung der Geschwindigkeit 82 5 2 Das Federpendel Zur Analyse einer Federschwingung wurde eine Eisenkugel rot gef rbt und von zwei Lichtquellen bestrahlt Abbildung 84 So konnte der Schattenwurf vermieden werden Die Schwingungsdauer betr gt etwa T 1 3 s so da pro Schwingung ber 30 Me werte entstehen Der erzeugte Film hat eine Gr e von 104 Einzelbildern Da die Schwingung eine relativ geringe D mpfung besitzt sollten die Werte auf einer Sinusfunktion liegen Abbildung 84 Abbildung 85 zeigt die y t Darstellung der gefundenen Me werte Durch das Programm Easyplot wurde eine Fit Kurve durch die Me werte berechnet y t Diagramm 0 3 0 2 y m 0 1 J 0 0 1 2 3 4 eqn a sin b x c d R 0 00121 a 0 121054 b 285 954 c 18 1813 d 0 153103 Abbildung 85 83 Das Geschwindigkeits und Beschleunigungsdiagramm des Programmes Viana zeigt den phasenverschobenen Graphen einer Sinusfunktion ey A E i H AA be SVVVVVVVV i Abbildung 86 Aus der Funktionsgleichung der Fit Funktion y 0 12 sin 186 t 18 2 0 15 l t sich nach Umrechnung in Rad y 0 12 sin 4 99 t 0 32 0 15 die Frequenz 5 s und die Amplitude A 0 12 m ablesen Die Schwingung hat die Periode T 1 26 s oder die Frequenz v 0 79 s Die Eisenkugel hat eine Masse von 110 g Mit der Gleichung m l t sich so die Federkonstante D 2 75 N m berechn
47. ahe sie auch zu nutzen Unser Mediaplayer greift auf die Codecs zur ck und zeigt uns die Filminformationen von jedem lesbaren Format auf dem Bildschirm an Da wir den Film an jeder Stelle anhalten k nnen lassen sich die Standbilder nun untersuchen Die Geschwindigkeitsnachteile dieser Methode lassen sich an sp terer Stelle wieder etwas ausgleichen Mit der Funktion GetPixel GERATEKONTEXT XKoordinate YKoordinate kann man die Farbinformation eines gew nschten Pixel auslesen In unserem Fall ist unser Ger t das Videofenster Zuvor mu ein Informationskanal zu diesem Fenster erzeugt werden Zeile 222 229 Da Windows nur eine begrenzte Anzahl solcher Kan le vergeben kann mu genau darauf geachtet werden sie nach dem Erzeugen auch beim vorzeitigem Abbruch einer Proze dur wieder zu schlie en Zeile 231 237 Ansonsten k nnen Systemprobleme auftreten Die bergebene Farbinformation beinhaltet die Rot Gr n und Blauwerte des Bildpunktes 000000001 11111110000000011111111 unben Byte3 B Byte2 G Bytel R Da man mit diesem Longintegerwert schlecht arbeiten kann wird er in seine drei Anteile umgerechnet Jeder R G B Wert liegt also zwischen 0 und 255 46 Farbe auf Mausklick Wird eine Position des Videofensters angeklickt so startet automatisch eine Prozedur Zeile 1608 welche die Koordinaten der Maus bergibt In den Zeilen 249 265 wird an diesen Koordinaten nun der Farbwert ausgelesen und in die Rot Gr n
48. al tabelle2 cells 6 i wert code bereich wert Diagramm value i 1 wert end diagramm closedata cod_values 0 end 120 1946 1948 1950 1952 1954 1956 1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 if Sender vt then begin diagramm title CHART_IeftTit v m s diagramm opendata cod_values makelong 1 Form1 Tabelle rowcount 2 diagramm thisserie 0 For i 1 to Form1 Tabelle rowcount 2 do begin val tabelle2 cells 4 i wert code bereich wert Diagramm value i 1 wert end dia ramm closedata cod_values 0 en if Sender ayt then begin if tabelle2 rowcount lt 5 then exit diagramm title CHART _ left Tit a y m s diagramm opendata cod_values makelong 1 Form1 Tabelle rowcount 3 diagramm thisserie 0 For i 1 to Form1 Tabelle rowcount 3 do begin val tabelle2 cells 9 i wert code bereich wert Diagramm value i 1 wert end diagramm closedata cod_values 0 end if Sender axt then begin if tabelle2 rowcount lt 5 then exit diagramm title CHART_ left Tit a x m s diagramm opendata cod_values makelong 1 Form 1 Tabelle rowcount 3 diagramm thisserie 0 For i 1 to Form1 Tabelle rowcount 3 do begin val tabelle2 cells 8 i wert code bereich wert Diagramm value i 1 wert end diagramm closedata cod_values 0 end if Senil
49. al tabelle2 cells 8 i wert1 code val tabelle2 cells 9 i wert2 code wert Sqrt Sqr wert1 Sqr wert2 Str wert 5 5 wertstr tabelle2 cells 7 i wertstr end For i 4 to 9 do begin tabelle2 cells i tabelle2 rowcount 1 end for 1 7 to 9 do begin tabelle2 cells i tabelle2 rowcount 2 end end procedure TForm5 SpeedButton2Click Sender TObject var 1 posi size integer buffer pchar Datname s wstr komma string begin if radiobutton1 checked then komma else komma a m 9 v x m s 9 v y m s Form1 memol clear Form1 memol lines add t s 9 x m 9 y m 9 a m s 9 ae 9 a for 1 Si to tabelle2 rowcount 1 do begin wstr for j 1 to 9 do begin s tabelle2 cells j 1 posi pos s 122 vy vx v ay ax a Eintr ge von voher l schen 2100 2102 2104 2106 2108 2110 2112 2114 2116 2118 2120 2122 2124 2126 2128 2130 2132 2134 2136 2138 2140 2142 2144 2146 2148 2150 2152 2154 2156 2158 2160 2162 2164 2166 2168 2170 2172 2174 123 delete s posi 1 _ insert komma s posi wstr wstr 9 s end delete wstr 1 1 form1 memo1 lines add wstr end size Forml memol gettextlen Zeichenanzahl inc size Platz f r Nullzeichen eu E sn dyn Speicher orml memol gettextbuf buffer size kopiert in buffer clipboard settextbuf buffer ab in Zwischenabl freemem buffer si
50. aplayer1 display form2 form2 visible true 2176 2178 2180 2182 2184 2186 2188 2190 2192 2194 2196 2198 2200 2202 2204 2206 2208 2210 2212 2214 2216 2218 2220 2222 2224 2226 2228 2230 2232 2234 2236 2238 2240 2242 2244 2246 2248 2250 2252 124 Form1 Mediaplayer1 displayrect Rect 0 0 Form2 clientwidth Form2 clientheight geeicht false eichfaktor 1 eifak 1 Form1 tabelle rowcount 2 screen cursor crdefault end procedure TForm6 kalibrierenbtnClick Sender TObject var exl ex2 eyl ey2 real begin geeicht true MessageDlg Bitte clicken Sie auf den Anfangspunkt einer Strecke bekannten Ausma es mtinformation mbOK 0 Screen cursor 6 KalibrierenBtn Tag 1 1 Eichungswert Eix1 1 Hilfswert f r repeat Bedingung Repeat Application processmessages until Eix1 lt gt 1 Screen Cursor crdefault MessageDlg Bitte clicken Sie jetzt auf den Endpunkt mtinformation mbOK 0 Screen cursor 6 KalibrierenBtn Tag 2 Flagge f r Unit2 2 Eichungswert Eix2 1 Repeat Application processmessages until Eix2 lt gt 1 Screen Cursor crdefault KalibrierenBtn Tag 0 Form4 show Form4 bringtofront Streckeinm 0 Repeat Application processmessages until Streckeinm lt gt 0 Form4 visible false ex1 eix1 ex2 eix2 ey1 eiyl ey2 eiy2 try Eichfaktor Streckeinm Sqrt Sqr Ex2 Ex1 Sqr Ey2 Ey1 except Messagedlg Fehler 13 Bitte wieder
51. arkt amp Technik 1995 6 EISENKOLB KERSTIN amp WEICKARDT HELGE Das Gro e Buch zu PC und Video Wiener Verlag 1994 7 KUSTERS HEINRICH Bilddatenkomprimierung mit JPEG und MPEG Franzis Verlag 1995 8 Miro Video DC 30 Benutzerhandbuch Miro Computer Products Version 1 1 10 96 9 BECK JOSEF 101 Festplatten im Test In Chip 2 97 10 BRUNS ENNO Videoschnittkarten im Test In Computer Bild 4 97 93 11 MEYER EGBERT Videosoftware im Vergleich In C t 8 97 S 232 239 12 GROBKOPF RUDOLF E Mustererkennung 12 DAGM Symposium Informatik Fachberichte 254 Springer Verlag 9 90 13 DOBERENZ WALTER amp KOWALSKI THOMAS Borland Delphi Hanser Verlag 1995 14 ORTLEPP MICHAEL amp HORSCH MICHAEL Video fiir Windows Sybex Verlag 1993 15 EISENKOLB KERSTIN amp WEICKARDT HELGE Video PC Desktop Video Sybex Verlag 1995 16 GUTLHUBER MICHAELA Handbuch zum Programm DIVA Examensarbeit 1996 Lehrstuhl Didaktik der Physik Universit t M nchen 17 SOMPLATZKI RALF Mit Delphi erfolgreich programmieren Franzis Verlag 1995 18 WARKEN ELMAR Delphi Entwicklung leistungsf higer Anwendungen Addison Wesley 1995 19 GERTHSEN CHRISTIAN Physik 18 Auflage Springer Verlag 1995 on A N 10 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 7 94 ANHANG A Quelltext VIANA _ Units 1 7 unit Unitl int
52. arten e Hardwarekompression Die Komprimierung durch spezielle Chips auf der Digitalisierungskarte ist wesentlich schneller G ngige Videokarten sind heute in der Lage Full Screen Erfassen aller Pixel und Full Motion Aufnahmen Erfassen aller Bilder plus Audiodigitalisierung in S VHS Qualit t durchzuf hren Weiterhin kann man zwischen verlustfreien lossless und verlustreichen lossy Kompressionsmethoden unterscheiden Lossless Kompression Hier wird versucht die Informationen zusammenzufassen Alle Informationen sind anschlie end noch enthalten Beispiele 1 RLE Verfahren Aus Wei Wei Wei Wei Wei Schwarz wird 5 Wei Schwarz 2 Lempel Ziv Verfahren Dieser Algorithmus durchsucht die Originaldaten nach gleichen Bytefolgen Bei der Codierung des Satzes Kersting gr t Schlichting w rde das zweite fing nur durch einen Verweis auf das erste gespeichert werden 3 Huffmann Verfahren Hierbei durchsucht man ein Bild auf die H ufigkeit der verwendeten Farben Die am h ufigsten auftretende Farbe bekommt den k rzesten Code die am zweith ufigsten auftretende den zweitk rzesten Code usw hnlichkeit zum Morsen das e als h ufig auftretender Buch stabe bekommt hier eine kurze Tonfolge Je nach Video lassen sich so Kompressionsfaktoren zwischen 1 2 und 1 3 errei chen Die Datenmengen sind damit aber immer noch zu gro um von handels blichen PC s verarbeitet werden zu k nn
53. at then begin if tabelle2 rowcount lt 5 then exit diagramm title CHART _ leftTit a m s diagramm opendata cod_values makelong 1 Form1 Tabelle rowcount 3 diagramm thisserie 0 For i 1 to Form1 Tabelle rowcount 3 do begin val tabelle2 cells 7 i wert code bereich wert Diagramm value i 1 wert end diagramm closedata cod_values 0 end if tabelle2 rowcount gt 25 then diagramm fixedgap 90 div tabelle2 rowcount If tabelle2 rowcount gt 89 then diagramm fixedgap diagramm ner bottomTit t 1 Hinttostr form1 spinedit4 value s Diagramm chartty per diagramm custtoo 3360 152 if maxiy gt 0 then diagramm adm csa_max maxiy 2 else diagramm adm csa_max maxiy 2 if miniy gt 0 then diagramm adm csa_min miniy 2 else diagramm adm csa_min miniy 2 end procedure TformS tabellefuellen var i j code integer wert wert1 wert2 wert3 real wertstr string begin with tabelle2 do begin color 16777172 Fixedcolor 14671752 rowcount Form1 tabelle rowcount cells 0 0 Bildnr cells 1 0 t s cells 2 0 x m cells 3 0 y m cells 4 0 v m s cells 5 0 v x m s cells 6 0 v y m s cells 7 0 a m s 121 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 2042 2044 2046 2048 2050 2052 2054 2056 2058 2060 2062 2064 2066 2068 2070 2072 2074 2076 2078 2080 2082 2084 2086 2088 2090 2092 2094 2096 2098 cells 8 0 a x m s
54. ba positon then scrollbar2 position scrollbar3 position Mediaplayer1 position scrollbar2 position scrollbar position scrollbar2 position Label7 caption inttostr scrollbar2 position a ea ed Sa inttostr mediaplayerl length end procedure TForm1 SerollBar3Change Sender TObject begin If scrollbar3 position lt scrollbar2 position then scrollbar3 position scrollbar2 position mediaplayerl position scrollbar3 position scrollbar1 position scrollbar3 position 105 918 920 922 924 926 928 930 932 934 936 938 940 942 944 946 948 950 952 954 956 958 960 962 964 966 968 970 972 974 976 978 980 982 984 986 988 990 992 Label8 caption inttostr scrollbar3 position 106 Label6 caption inttostr scrollbar3 position inttostr mediaplayer1 length end rocedure TForm1 SpeedButton2Click Sender TObject egin playstop false speedbutton2 visible false speedbutton1 visible true mediaplayerl position scrollbar2 position repeat application processmessages mediaplayer position Mediaplayer1 position 1 scrollbar1 position mediaplayer 1 position if playstop true then begin speedbutton2 visible true speedbutton1 visible false exit end until mediaplayer 1 position scrollbar3 position speedbutton2 visible true Dun 1 visible false end procedure TForm1 RadioGroup2Click Sender TObject begin if radiogroup2 itemindex 1 then begin Label10 visible tru
55. bber oder Capture Boards benutzt 25 erscheinen soll schwarz In diesen Bereich schreibt die Overlaykarte nun direkt ber das Bussystem die Videobildinformationen im RGB Format ohne den Prozessor zu belasten Die Videodaten kann man so noch nicht analysieren fiir den Computer ist an der Stelle nur ein schwarzes Fenster Somit ist eine direkte Onlineanalyse bewegter Objekte nicht m glich die Videodaten m ssen sich erst im Speicher befinden Die Installation der Karte ist v llig problemlos Lediglich die Kabelverbindun gen zum Videorecorder waren unvollst ndig Adapter Scart auf Chinch Um die Digitalisierungskarte steuern zu k nnen ben tigt man spezielle Programme s Kap 2 3 2 3 Digitalisierungssoftware Bei der Erstellung digitaler Videosequenzen hat die Software folgende Aufgaben Steuern der Digitalisierung Schneiden K rzen der Sequenzen L Speichern im gewiinschten Format Einige Programme haben sich als Standardsoftware entwickelt da sie mit vielen Digitalisierungskarten mitgeliefert werden Dies sind e Video for Windows Microsoft Das Programmpaket brachte damals den Einstieg in den Umgang von Video am PC einem Bereich der bis dahin von Macintosh Rechnern dominiert wurde Die Runtime Version Codecs befinden sich heute auf fast jedem PC s Kap 2 1 2 5 e Premiere Adobe Eine Komplettl sung zum Digitalisieren Bearbeiten div Filter Schneiden berblendeffekte Titel
56. begin if y2 lt ymin then ymin y2 if y2 gt ymax then ymax y2 pktgefunden true end end end end end end end if pktgefunden then begin ymwsumme ymwsumme ymin ymax div 2 inc Reihenanzahl end end If Reihenanzahl lt gt 0 then yzentrumgenau ymwsumme div Reihenanzahl if kreisgroesse 0 then begin xmin abmessung right ymin abmessung bottom ia mar For x2 Grenzexanf to Grenzexende do begin For y2 Grenzeyanf to Grenzeyende do begin Farbe Getpixel Kontext x2 y2 if Farbe 1 then begin if fehleranzahl lt 20 then begin inc fehleranzahl messagebeep 1 end end R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetBValue Farbe if r lt RSchwelle toleranz2 then begin if r gt rschwelle toleranz2 then begin if g lt GSchwelle toleranz2 then begin if g gt gschwelle toleranz2 then begin if B lt Bschwelle toleranz2 then begin if b gt bschwelle toleranz2 then begin if x2 lt xmin then xmin x2 if x2 gt xmax then xmax x2 if y2 lt ymin then ymin y2 if y2 gt ymax then ymax y2 end end end end end end end s Meldung oben Kreisgroesse festelegen if Sg ee vale div 2 lt sqr x2 zentrumx sqr y2 zentrumy then continue 104 840 842 844 846 848 850 852 854 856 858 860 862 864 866 868 870 872 874 876 878 880 882 884 886 888 890 892 894 896 898 900 902 904 906 908 910 912 914 916 end kreisgroesse xmax xmin yma
57. bellen oder Diagramme k nnen dabei von einem Programm OLE Server in anderen Programmen OLE Client eingebunden werden 54 Delphi realisiert Dazu eignet sich die Chart Komponente Man kann sich dem Zitat Die M glichkeiten der Chart Komponente sind phantastisch die Bedienung ist unm glich 13 jedoch nur anschlie en Dies liegt daran da dieses Tool nicht von Borland sondern von FX Software entwickelt wurde und die Einbindung in die Delphi Programmierumgebung nur teilweise gegl ckt ist Manche Steueranweisungen mu man ber umst ndliche Zahlencodes bergeben In den Zeilen 1842 1874 und 1886 2004 werden je nach gew hltem Diagramm die Daten aus der zuvor erzeugten Tabelle ausgelesen Nach dem ffnen eines Informationskanals z B Zeile 1900 m ssen sie einzeln an die Chart Komponente bermittelt werden 4 1 10 Datenexport Bei einigen analysierten Videosequenzen wird eine blo e Anzeige der Diagramme nicht ausreichen So kann beispielsweise eine Gl ttung der Me werte oder das Erzeugen einer Fit Funktion gew nscht sein Diese Bearbeitungsm glichkeiten werden von einigen anderen Programmen geboten Bevor die Daten zu diesen Programmen bermittelt werden m ssen sie in einem besonderem Format angeordnet werden Zur Trennung zweier Werte wird von fast allen Programmen das Tab Zeichen akzeptiert Bei dem Komma Zeichen gibt es da schon mehr Probleme Der internationale Standard sieht einen P
58. chwelle div 5 79 end end end procedure TForm1 FormCreate Sender TObject begin ManuellBtn tag 0 Panel6 tag 0 EichenBtn Tag 0 Eichfaktor 1 302 304 306 308 310 312 314 316 318 320 322 324 326 328 330 332 334 336 338 340 342 344 346 348 350 352 354 356 358 360 362 364 366 368 370 372 374 376 98 Eifak 1 Memol text RSchwelle 200 GSchwelle 100 BSchwelle 100 end procedure TForm1 SuchbereicheinschraenkenBtnClick Sender TObject var rec Trect begin if MessageDlg M chten Sie den Suchbereich einschr nken Dann ziehen Sie bitte einen Markierungsrahmen auf dem Video mtInformation mbYes mbNo 0 mrNo then exit SuchbereicheinschraenkenBtn enabled false screen cursor crcross rec left form2 left Fangen der Cursors in Form2 rec top Form2 top rec right Form2 left Form2 width rec bottom Form2 top Form2 height clipCursor rec end procedure TForm1 Gezieltesuche2 var x2 y2 xmin xmax ymin ymax integer toleranz2 xmwsumme ymwsumme Reihenanzahl Grenzexanf Grenzeyanf Grenzexende Grenzeyende integer r g b fehleranzahl byte pktgefunden boolean begin Fehleranzahl 0 Toleranz2 spinedit3 value xmwsumme 0 Reihenanzahl 0 Grenzeyanf zentrumy spinedit1 value div 2 Objektgr e Bereich festlegen If Grenzeyanf lt 1 then Grenzeyanf 1 Grenzeyende zentrumy spineditl value div 2 If Grenzeyende gt Abmessung bottom
59. den folgenden 12 Unterpunkten nur die wesentlichen Programmteile und spezielle Prozeduren erl utert werden 4 1 1 Die Videodarstellung Das Abspielen von Medien gestaltet sich mit Delphi sehr einfach Die Komponente Mediaplayer bietet dazu viele M glichkeiten Mit der Kompo nente Opendialog kann man das Standardfenster zum Ermitteln eines Dateinamens und pfades erzeugen s Zeile 158 162 und diese an den Mediaplayer bergeben Zeile 177 178 Zur Anzeige der momentanen Bild nummer wurde zus tzlich ein Timer eingebaut der einmal pro Sekunde die Position berpr ft und ausgibt Zeile 501 507 Ein automatisches Abspielen des Videos hat jedoch den Nachteil da oftmals einzelne Bilder ausgelassen werden k nnen Daher wurde noch eine M glichkeit geschaffen den Film ber eine Schleife Bild f r Bild abspielen zu lassen Zeile 922 941 und 1564 45 Dies erfolgt bei groBen Abmessungen und langsamen Computern mit einem Zeitlupeneffekt 4 1 2 Auslesen von Farbinformationen S mtliche Informationen des Filmes findet man in den Dateien auf der Festplatte Das Format in dem die komprimierten Informationen codiert und gespeichert werden l t sich zwar entschl sseln jedoch ist dieses bei allen avi Codecs s Kap 2 1 2 5 verschieden Man m te f r Cinepakfilme Indeo filme etc jeweils eigene Dekompressionsalgorithmen programmieren Da diese Algorithmen aber schon im System integriert sind s Abbildung 4 liegt es n
60. dex htm Multimedia Physik Studio http members aol com raacc wim html Softwarecodecs http www miro de Verschiedenes zur Digitalisierung von Videos
61. e Spinedit2 visible true if checkbox6 checked then checkbox7 visible true end else begin Label10 visible false Spinedit2 visible false Checkbox7 visible false end end pore TForm1 CheckBox1Click Sender TObject egin If checkbox 1 checked true then begin If checkbox6 checked then Checkbox8 visible true label2 visible true Spinedit3 visible true label17 visible true Spineditl visible true end else begin Checkbox8 visible false label2 visible false Spinedit3 visible false label17 visible false Spinedit 1 visible false end end rocedure TForm1 CheckBox6Click Sender TObject egin If checkbox6 checked true then begin If Radiogroup2 Itemindex 1 then checkbox7 visible true If checkbox 1 checked then checkbox8 visible true checkbox7 checked true end else begin checkbox7 visible false checkbox8 visible false checkbox7 checked false checkbox8 checked false end end rocedure TForm1 RadioGroup3Click Sender TObject egin if radiogroup3 itemindex 0 then begin Radiobutton 1 visible true Radiobutton2 visible true end else begin Stopbutton anzeigen spule zur Anfangsposition Falls Stopbutton gedr ckt Ende erreicht Einfach Pos vorherbestimmen Mittelpkt Gef Bildpkte 994 996 998 1000 1002 1004 1006 1008 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 1026 1028 1030 1032 1034 1036 1038 1040 1042 1044 1046 1048 1050 105
62. e memox Nullpktx Eichfaktor Str xKoordinate 5 5 X Koordinatestr YKoordinate Nullpkty memoy Eichfaktor Str YKoordinate 5 5 Ykoordinatestr memol lines add Zeitwertstr 9 xkoordinatestr 9 Y Koordinatestr Tabelle rowcount Mediaplayerl position scrollbar2 position 2 tabelle cells 0 Mediaplayer1 position scrollbar2 position 1 zeitwertstr Tabelle cells 1 Mediaplayer1 position scrollbar2 position 1 XKoordinatestr Tabelle cells 2 Mediaplayer1 position scrollbar2 position 1 YKoordinatestr end procedure TForm1 Tabellevorbereiten var i integer begin Tabelle color 16777172 Tabelle Fixedcolor 14671752 For i 0 to Tabelle Rowcount do begin L schen Tabelle cells 0 i Tabelle cells 1 1 Tabelle cells 2 i end Tabelle rowcount 2 tabelle cells 0 0 Zeit s tabelle cells 1 0 X m tabelle cells 2 0 Y m Tabelle visible true end rocedure TForm1 DiagrammBtnClick Sender TObject egin if tabelle rowcount lt 4 then exit 1534 1536 1538 1540 1542 1544 1546 1548 1550 1552 1554 1556 1558 1560 1562 1564 1566 form5 show formS bringtofront form5 X YDiagr form5 tabellefuellen end rocedure TForm1 Stroboskopbild1Click Sender TObject egin if Stroboskopbild1 checked false then begin Stroboskopbild1 checked true Panel3 top 480 Panel3 left 384 Panel3 visible true Diagrammbtn visible false tabelle visible false end else begin Panel3 visible false
63. e 50 4 1 7 Suche beschleunigen una eu 51 4 1 8 Berechnung von Geschwindigkeiten und Beschleunigungen 52 41 9 DiaSramimanZe1Be sc ccsaceissccvere scence nennen soaaracapadevsnbdentaneooans 53 ALG Datenexporl 22 Raabe 54 4 1 L1lStroboskopbild nee el 55 4 1 12 Manuelle Positionserfassung 2222240422002sner sone nnnennnnennen seen 56 4 2 BOI iin cj sci inisecsaeinseansieisadeadinds iceunncssensadessvocidabendincsvisianesssaesbiessieondueunsand 56 4 2 1 Film laden Bedienung des Mediaplayer ee eeeeeeeeeeseeesneeeeeeeees 57 4 2 2 Automatische Positionserfassung eeccecesececeeececeeeeeceeeeeceteeeesteeeees 59 4 2 2 1 Farbanzeige 59 4 2 2 2 Anzeige des Suchergebnisses 60 4 2 2 3 Sucheinstellungen 61 4 2 2 4 Suchgebiet einschr nken 65 4 2 2 5 Kalibrieren 65 4 2 3 Manuelle Positionserfassung cesscccesececesececeeceeceeeeeceeeeeceteeeenteeeees 66 42 A AUIS WETTING a nalen 66 4 2 4 1 Diagramme 67 4 2 4 2 Diagrammformat 68 4 2 4 3 Datenexport 70 42 S SOROS KODDING china ei 71 5 VERSUCHSDURCHFUHRUNGEN 73 5 1 Der schr ge Wurf an kei 75 5 2 Das Federpendel scsscsdicasscseveidadseatavattivs dcessdacaidadaviddatiosnsattersddandsdentisbaratiosecs 82 5 3 Dieschrefe Ebe e cjncacusssatsiehscen gues canyGunbentnchsuaspacersacongudsesncuubesepevencoseconeanses 85 5 4 Die Verfolgung mehrerer Objekte scccsssscssssccssssccssssccsssscssssssseees 88 6 SCHLUBWORT 90 LITERATURANGABEN 91 ANHANG
64. e Darstellung und Untersuchung der Bildinformationen m glich Dazu existieren Programme wie Diva Galileo u a die speziell zur Positionser fassung eines Objektes in digitalen Videos entwickelt wurden Bei diesen Pro grammen mu der Anwender die Position jedoch in jedem Bild selbst angeben Wenige Sekunden eines Videofilmes k nnen bereits aus ber 100 Einzelbildern bestehen eine Auswertung von Filmen dieser L nge erweist sich als sehr aufwendig Da sich nach der Digitalisierung eines Filmes alle Informationen ber die Objektposition schon im Rechner befinden liegt es nahe den Computer selb st ndig nach dieser Position suchen zu lassen Dazu ist ein Programm erforder Meyers gro es Taschenlexikon 5 lich das ein Objekt in den Videobildern automatisch erkennt Die vorliegende Examensarbeit stellt sich der Aufgabe ein solches Computerprogramm zu entwickeln Im ersten Kapitel soll ein kurzer Uberblick iiber bereits existierende Pro gramme auf dem Gebiet der Videodigitalisierung und auswertung gegeben werden Im zweiten Kapitel werden die technischen Grundlagen der Videodigitali sierung behandelt Eine automatische Positionserfassung stellt gewisse Anforderungen an das zu untersuchende Video Kapitel 3 hat die Erzeugung von Videosequenzen die fiir eine automatische Analyse geeignet sind zum Thema Kapitel 4 besch ftigt sich mit dem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Programm Viana und seiner Bedienung bevo
65. e jedoch noch vom Tr gheitsmoment J des K rpers ab Epot Erot Exin 1 1 m g h zI av Epot potentielle Energie Eo Rotationsenergie Ekin Kinetische Energie Winkelgeschwindigkeit 1 nach Ber cksichtigen des Tr gheitsmomentes J nr erh lt man f r die Transversalgeschwindigkeit den Ausdruck ve ah 86 Abbildung 88 Zur Demonstration dieses Sachverhaltes wurde eine 2 7 m lange Ebene mit einer H hendifferenz von 0 345 m aufgestellt Die berechnete Steigung betr gt ca 7 3 Ob die Kamera relativ gerade aufgestellt wurde kann man mit dem Ortsdiagramm pr fen Ist der korrekte Winkel von Interesse so kann man eine Ausgleichsgerade durch die Ortskurve legen Abbildung 89 ber die Steigung l t sich anschlie end der Winkel Ortsdiagramm berechnen In unserem t 0 1 F Beispiel betr gt dieser 8 8 0 2L Die Kamera wurde also relativ gut justiert prinzipiell w ren aber f r hnliche Versuche u Kamerastative mit eingebauter 0 5L 0 0 5 1 0 1 5 2 0 Wasserwaage sinnvoll 20186301 T Abbildung 88 zeigt das Stro Abbildung 89 boskopbild der 49 Einzelbil der Da sich die Farbe meiner Hand bei der gew hlten S ttigungseinstellung nicht mehr ausreichend von der Objektfarbe unterschied mu te ein Stock zum Halten des Zylinders dienen links im Bild 87 Nach der automatischen Analyse wurde die Tabelle in das Programm Easyplot exportiert und die Geschwind
66. ed true then Form3 Image1 Canvas Pixels zentrumx zentrumy clblack else begin for i zentrumx 2 to zentrumx 2 do begin form3 imagel canvas pixels i zentrumy clblack se i zentrumy 16777215 for i zentrumy 2 to zentrumy 2 do begin form3 imagel canvas pixels zentrumx i clblack a zentrumx i 16777215 end end Procedure TForm1 GenauenMittelpktzeichnen var i j integer begin if Radiobutton2 checked true then fA Form3 Image1 Canvas Pixels xzentrumgenau yzentrumgenau clblack else begin for i xzentrumgenau 2 to xzentrumgenau 2 do begin form3 imagel canvas pixels i yzentrumgenau clblack setpixel kontext i yzentrumgenau 16777215 end for j yzentrumgenau 2 to yzentrumgenau 2 do begin form3 imagel canvas pixels xzentrumgenau j clblack setpixel Kontext xzentrumgenau j 16777215 end end end procedure TForm1 FilmanalyseBtnClick Sender TObject var x1 y1 xmin xmax ymin ymax bildnr altzentrumx altzentrumy zvorausberx zvorausbery grenzexanf grenzexende grenzeyanf grenzeyende integer R g B fehleranzahl Byte begin If Radiogroup2 Itemindex 0 then begin Einfachesuche exit end fehleranzahl 0 AbbrechenBtn visible true Unterbrechtaste false Unterbrechung toleranz SpEToleranz Value Tabellevorbereiten memol clear Memol lines add Bildnr 9 Zeit 9 X Koordinate 9 Y Koordinate screen cursor 4 Kontextoeffnen With
67. eigt Pro Sekunde wird meist nur ein einziges vollst ndiges I Frame gespeichert einstellbar Damit erreicht man Kompressionsfaktoren bis 1 200 bei guter Qualit t 4 MPEG Videos ben tigen zu der aufwendigen Dekodierung entweder eine Hardwareerweiterung moderne Grafikkarten besitzen diese MPEG Beschleuniger oder eine Abspielsoftware wie z B XING f r Videos in kleiner Aufl sung Win95 beinhaltet in der Betaversion active movie als MPEG Player Das Digitalisieren von Videosequenzen in Echtzeit ist nicht praktikabel f r eine Sekunde sind einige Minuten Rechenzeit von Hochlei 18 stungsrechnern n tig Es existieren zwar auch Hardwareunterst tzungen diese sind fiir den Privatanwender z Zt jedoch unerschwinglich CD Roms sind derzeit das einzig attraktive Medium fiir digitale Videos Da die erreichbaren Ubertragungsraten dabei aber begrenzt sind legt der MPEG Standard fest da der Datenstrom eine festgelegte Grenze nicht berschreitet MPEG I 183 KByte s das entspricht dem Datenstrom den die ersten CD Rom Laufwerke bertragen k nnen MPEG II 1 2 MByte s 8xCD Rom Laufwerk MPEG III ist in Planung MPEG IV ber cksichtigt niedrige Raten als Basis f r Videokonferenzen ber ISDN 3 MPEG codierte Videosequenzen sind zur physikalischen Analyse nicht geeig net da die B Frames nicht den gefilmten Ort eines Objektes wiedergeben die Position wurde interpoliert Digitalisierung langwierig
68. eigt welche Objektmarkierungen geeignet sind Wie die Kamera bei den besonderen Anforderungen einzustellen ist liest man in Abschnitt 3 Im vierten Abschnitt werden die Einstellungen der Digita lisierungssoftware behandelt 3 1 Versuchsaufbau Die Bewegung des Objektes mu in einer Ebene parallel zur Bildebene der Kamera verlaufen da dreidimensio l i nale Bewegungen nicht ver opt Achse wertbar sind Entfernt sich das Objekt von der Kamera oder n hert es sich an diese an so w rde dies eine Objektiv Bildebene scheinbare Positions nderung bewirken siehe Abb 7 Abb 7 Dreidimensionale Bewegung In der Regel wird man der Einfachheit halber von einem ruhendem Bezugssy stem und damit einer ruhenden Kamera ausgehen wollen Da Verwackelungen gro e Ungenauigkeiten bei der sp teren Analyse mit sich bringen ist ein Kamerastativ zwingend notwendig 28 Hintergrund Nach Herstellerangaben steuert die Digitalisierungskarte die Kompression so da jedes Bild eine bestimmte Datenmenge erh lt Die Festplatte wird also immer mit der konstanten Datenrate beschrieben Ist der Bildinhalt detailarm m ssen weniger Bilddaten komprimiert werden es gehen also nicht so viele Informationen verloren Daraus folgert sich f r uns da der Hintergrund und die Umgebung m glichst einfach gestaltet werden sollten damit mehr Daten zur Beschreibung der Markierung brigbleiben Dies deckt sich mit der Forderung da nicht zu viele Farben
69. einer Videosequenz gesucht und nur die Ver nderungen gespeichert Interframecodierung Aus den Einzelbildern werden sogenannte P B und I Frames erzeugt Motion Joint Photographic Experts Group Motion Picture Experts Group Der Begriff Frame bersetzt Rahmen Bild wird von der Literatur unterschiedlich benutzt In ihm werden Bild und Ton eines Zeitintervalles gespeichert Ich benutze den g ngigen Begriff gleichbedeutend mit Einzelbild da ich keinen Ton digitalisiere 17 AST Abbildung 3 MPEG Frames e Intra Frames D sind die Schl sselbilder mit einer vollst ndigen Bildinfor mation e Predictive Frames P enthalten nur die Ver nderungen zum vorangegan genen I oder P Frame Dabei wird nicht nur pixelweise verglichen sondern es wird auch nach hnlichen Bildbereichen gesucht und beim Auffinden solcher nur der Versatz vektoriell gespeichert z B bei Kamera schwenks Bei der Dekodierung wird immer auch das vorangegangene I Frame ben tigt e Bidirectional predictive Frames B versuchen einzelne Bildpunkt nde rungen vorherzusagen Bei einem bewegten Objekt braucht man so nur den Anfangs und Endpunkt zu speichern die Zwischenpositionen lassen sich bei der Dekompresssion interpolieren Der Algorithmus nimmt das vorher gehende und das nachfolgende P oder I Frame und tastet sich gewisserma Ben in die Mitte vor Es werden tats chlich viel mehr B Frames geschaffen als in Abbildung 3 gez
70. en 15 Lossy Kompressoren Diese Kompressoren eliminieren weniger wichtige Informationen aus den Filmen Je besser ein Kompressor zwischen bildtragenden und vom Auge nicht wahrnehmbaren Elementen unterscheiden kann desto besser wird die Bild qualit t In der vorliegenden Arbeit wurden die Lossy Verfahren YUV 4 2 2 Kap 2 1 2 1 und M JPEG Kap 2 1 2 2 benutzt 2 1 2 1 YUV 4 2 2 Bei dieser Datenreduktion werden die Farbinformationen U und V nur halb so oft gespeichert wie die Helligkeitsinformationen Y Also werden anstatt 8 8 8 Bit 24 Bit pro Pixel nur 8 4 4 Bit 16 Bit pro Pixel ben tigt Der Faktor liegt bei 3 2 und das obwohl das Signal nach 5 immer noch volle Studioqualit t besitzt Das Verh ltnis 4 2 2 gilt als optimal f r das menschliche Auge ltere Digitalisierungskarten arbeiten mit einer Reduktion auf 4 1 1 die Folge sind jedoch sichtbare Verluste bei Farbqualit t und Brillanz 6 2 1 2 2 Motion JPEG Dies ist das meistverbreitetste Verfahren zum Online Digitalisieren von Videos Zur Echtzeitkomprimierung und zum Abspielen von M JPEG codierten Filmen ben tigt man eine Hardwareerweiterung JPEG ist ein Verfahren zur Komprimierung einzelner Bitmap Grafiken Der zugrundeliegende Algorithmus hei t Diskrete Cosinus Transformation DCT Dabei wird ein Bild in Bl cke von blicherweise 8x8 Pixel unterteilt Jeder Block wird dann in einen Frequenzbereich umgewandelt wobei hohe Frequenzwerte unber
71. en Um schlie lich auch noch den D mpfungsfaktor zu bestimmen mu man eine l ngere Bewegung analysieren Somit wurde ein Film mit 624 Bildern aufgenommen und analysiert Bei der anschlie enden Auswertung wurde eine der Theorie entsprechende Fit Funktion gefunden y 0 1258 sin 186 t 161 0 15 Die Fehlerquadratsumme zu den Me werten betr gt lediglich R 0 00154 84 y t Diagramm y m 0 0 0 eqn 0 125 exp a x sin b x c d R 0 00154 0 00617767 b 286 092 c 1 61 46 d 0 153208 Abbildung 87 Aus der Fit Funktion l t sich der relativ kleine D mpfungsfaktor 6 0 006 ablesen 85 5 3 Die schiefe Ebene Dieser Versuch soll zeigen da auch andere Darstellungen der Me werte sinnvoll und durchfiihrbar sind Befindet sich ein K rper auf einer relativ zur Erdoberfl che schiefen Ebene so ist die auf ihn wirkende horizontale Kraft durch die Erdanziehung abh ngig vom Neigungswinkel a F sin m g m Masse des K rpers g Fallbeschleunigung Ist die Kraft gr er als die Reibungskraft so findet eine geradlinige Bewegung mit der konstanten Beschleunigung a statt a sin Q g tap ar Beschleunigung durch die Reibungskraft W hlt man einen K rper in unserem Fall einen Zylinder der die Ebene hinabrollen kann so h lt man die Reibungskraft auf einem niedrigen Wert Rollreibung lt lt Gleitreibung Die gewonnene Transversalgeschwindigkeit v nach dem Herunterrollen der Ebene h ngt in diesem Fall
72. en Benutzer ber N den momentanen Programmodus informieren Auch bei der manuellen Positionserfassung ist der Wechsel zu einer anderen EZ Zeigerform oftmals notwendig 4 2 1 Film laden Bedienung des Mediaplayers Beim Starten des Programmes VIANA zeigt sich das Er ffnungsfenster mit der M glichkeit einen Videofilm zu laden Durch einen Klick auf den Button ffnet sich das Standard Windowsfenster zur Auswahl eines AVI Filmes Bei der Wahl einer existierenden Datei wird der Abbildung 42 Film angezeigt Sollte die Aufl sung des Filmes gr er als 288x384 Pixel sein so wird er zur Anzeige auf diese Ma e 7 m glich sind alle von Windows lesbaren AVI Filme an einem Computer mit Digitalisierungskarte also auch das MJPEG Format 58 verkleinert D rfte der Film einen gr eren Platz am Bildschirm einnehmen so w rde er Bedienelemente verdecken Zur sp teren automatischen Analyse wird er aus Genauigkeitsgr nden auf seine wahren Ausma e gebracht Unter dem Video ist auch ein Bereich sichtbar dessen Elemente Py del den Umgang mit dem Video erlau gt 46782 ben Abb 43 In der obersten Reihe befinden sich m mM 17 ii E Abmessungen 384 288 25 Bilder s die Standardbuttons Play Pause Stop Vorspulen bis Ende und Zur ckspulen bis Anfang In der Abb 43 Videosteuerung Laufleiste darunter wird die aktuelle Bildposition angezeigt Mit dieser Leiste kann man pe
73. en begin if G lt GSchwelle toleranz then begin if G gt Gschwelle toleranz then begin if B lt Bschwelle toleranz then begin if B gt Bschwelle toleranz then begin If Radiogroup3 Itemindex 1 then form3 imagel canvas pixels x1 y1 Farbe else begin if xl lt xmin then xmin x1 if xl gt xmax then xmax x1 if yl lt ymin then ymin y1 if yl gt ymax then ymax y1 end end end end end end end end end If Radiogroup3 Itemindex 0 then begin zentrumx xmax xMin div 2 zentrumy yMax yMin div 2 Mittelpktzeichnen end Suche Farbauslesefehler R G B Farbe des ausgelesenen Pixels RSchwelle Gschwelle Bschwelle angeklickte Farbe Bildpunkte Mittelpkt kleine und gr te Treffer merken Mittelpkt anzeigen 1072 1074 1076 1078 1080 1082 1084 1086 1088 1090 1092 1094 1096 1098 1100 1102 1104 1106 1108 1110 1112 1114 1116 1118 1120 1122 1124 1126 1128 1130 1132 1134 1136 1138 1140 1142 1144 1146 Form3 formstyle fsstayontop Form3 bringtofront Form3 refresh 7 if ls bottom gt 288 then begin Videoanzeige verkleinern falls bergr e Form2 to Form2 Chontheight 288 Form2 Clientwidth 384 Mediaplayer displayrect Rect 0 0 Form2 clientwidth Form2 clientheight end RelesseDC Fenster Kontext Kontextgeoeffnet false Screen ursor crDefault end procedure TForm1 Mittelpktzeichnen var 1 integer begin if Radiobutton2 check
74. end behandeln 91 e Sport Ballspiele Leichtathletik Extremsport etc e Verkehr e Luftfahrt e Wachstumsvorg nge evtl mit Zeitraffer e physikalisches Spielzeug chaotische Bewegungen und vieles andere mehr Die von VIANA erstellten Stroboskopbilder helfen den Sch lern den Schritt von der nat rlichen Bewegung zu den abstrakten Datentabellen zu verstehen Als vertrauensbildende Ma nahme zu dem Me system k nnte der Lehrer ihnen den Ausdruck des Stroboskopbildes aush ndigen und sie bitten mit dem Lineal Me werte zu erfassen In Zukunft sollte eine Sammlung an Videosequenzen erstellt werden die f r die automatische Analyse geeignet sind Diese Sammlung kann neben dem Programm VIANA ber das Internet an alle Interessierten angeboten werden Das Programm lie e sich noch weiterentwickeln So w re beispielsweise eine Winkeldarstellung von sich drehenden Objekten sinnvoll Auch das Errechnen von Fit Kurven lie e sich in das Programm integrieren 92 Literaturverzeichnis 1 DENGLER ROMAN u a Bewegungsabl ufe mit Videokamera und Computer In MNU 42 5 90 S 285 290 2 MIKELSKIS HELMUT u a Der Computer ein multimediales Werkzeug zum Lernen von Physik In Physik in der Schule 35 6 97 S 235 241 3 MALZBENDER HILDEGARD Ich schneide meine Videos selbst Markt amp Technik 1996 4 HAHN HARALD Videobearbeitung am PC Markt amp Technik 1995 5 EIRICH DIETMAR Video f r Windows Werkstatt M
75. ender TObject begin form7 cursor 1 end rocedure TForm6 Image2Click Sender TObject egin form7 cursor 2 end procedure TForm6 Image3Click Sender TObject begin form7 cursor 3 end end 125 2292 2294 2296 2298 2300 2302 2304 2306 2308 2310 2312 2314 2316 2318 2320 2322 2324 2326 2328 2330 2332 2334 2336 2338 2340 2342 2344 2346 2348 2350 2352 2354 2356 2358 2360 2362 2364 2366 unit Unit7 interface uses SysUtils WinTypes WinProcs Messages Classes Graphics Controls Forms unit6 Dialogs type Form7 class TForm procedure FormPaint Sender TObject procedure FormMouseDown Sender TObject Button TMouseButton Shift TShiftState X Y Integer procedure FormCreate Sender TObject private Private Deklarationen public Public Deklarationen end var Form7 TForm7 eix 1 eix2 eiy eiy2 integer geeicht boolean implementation usesunit 1 unit2 R DFM R viacurs res procedure TForm7 FormPaint Sender TObject var pos integer begin pos Form1 Mediaplayer1 position with Form1 Mediaplayerl do begin play position pos end end procedure TForm7 FormMouseDown Sender TObject Button TMouseButton Shift TShiftState X Y Integer begin if Button mbRight then begin if form1 mediaplayer1 position form1 scrollbar3 position then exit form1 mediaplayer1 position form1 mediaplayer position 1 n o ns Ronn 1 med
76. er vielen Digitalisierungskarten des Marktes ist mittlerweile standardisiert Es gibt inzwischen eine Reihe von Programmen die sich mit der Analyse von zuvor erzeugten Digitalvideos besch ftigen Deutschsprachige Programme sind u a 2 e Galileo Erh ltlich im Internet http www uni potsdam de u physik teach1 htm e Diva Augsb Erh ltlich bei der Physikdidaktik Universit t Augsburg e Diva M nchen Erh ltlich bei der Physikdidaktik LMU M nchen Bei den Programmen wird die Position eines Objektes bei jedem Bild durch einen Mausklick auf das Videobild erfa t Anschlie end ist eine graphische Darstellung und Auswertung m glich 2 Einf hrung in die Grundlagen der Videodigitalisierung In diesem Kapitel sollen die Grundbegriffe der Computer Videotechnik dargestellt werden So wie die Digitalisierung von Ton und Musik gro e Verbreitung gefunden hat steht es wohl auch der Videodigitalisierung bevor Die zeitliche Verz gerung gegen ber der Verbreitung von Musik CD s begr ndet sich in der noch gr eren Datenmenge die bei Bild Ton Informationen anfallen Diese setzt hochwertige und damit teure Technik voraus die sich bisher haupts chlich Studios bei den Fernsehanstalten leisten konnten Durch die Weiterentwicklung und den Preisverfall dieser Technik wird sie jedoch inzwischen f r den Privatanwender erschwinglich Beispiele sind die Video CD s Videokonferenzen Videosequenzen auf Heimcomputern etc D
77. erface uses SysUtils WinTypes WinProcs Messages Classes Graphics Controls Forms Dialogs Unit2 Unit3 Unit4 unit5 unit6 unit7 MPlayer StdCtrls Spin ExtCtrls clipbrd shellapi Buttons Menus Grids chartfx TM orm class TForm Film_laden TSpeedButton Buttons ManuellBtn TSpeedButton Stroboskopbild TButton SpeedButton2 TSpeedButton AutomatischBtn TSpeedButton abbrechenbtn TSpeedButton RadioButton1 TRadioButton RadioButton2 TRadioButton AnalyseBtn TSpeedButton EichenBtn TSpeedButton FilmanalyseBtn TSpeedButton suchbereicheinschraenkenbtn TSpeedButton SpeedButton1 TSpeedButton DiagrammBtn TSpeedButton CheckBox1 TCheckBox Optionsschalter CheckBox3 TCheckBox CheckBox4 TCheckBox CheckBox5 TCheckBox CheckBox2 TCheckBox CheckBox6 TCheckBox CheckBox7 TCheckBox CheckBox8 TCheckBox CheckBox9 TCheckBox Labell TLabel Beschriftungen Label15 TLabel Label13 TLabel Label14 TLabel Label4 TLabel Label6 TLabel Label7 TLabel Label8 TLabel Label3 TLabel Label9 TLabel Label10 TLabel Label16 TLabel Label2 TLabel Label1l7 TLabel Label5 TLabel Labell 1 TLabel Panell TPanel Oberfl chenfelder Panel3 TPanel Panel5 TPanel Panel6 TPanel Panel8 TPanel Panel7 TPanel Panel9 TPanel Panel10 TPanel ScrollBarl TScrollBar Laufleisten ScrollBar2 TScrollBar ScrollBar3 TScrollBar ScrollBar4
78. est Dummies finden sich oft mehrfarbige Markierungen z B Abb 10 oben Da es hier aber wieder zu viele Farbgrenzen gibt schlie lich kommt es auch an den Grenzen zwischen den beiden Farben zu Farbmischungen ist diese Markierungsart unter einer bestimmten Gr e f r uns nicht geeignet Auch andere Formen wie Rechtecke Dreiecke Buchsta ben etc m ssen relativ gro sein um als solche erkannt zu werden Auch wenn unterschiedliche Formen neben der Farbe ADD Aerungen ein zus tzliches Argument liefern k nnten ob es sich bei den gefundenen Bildpunkten nun um das Objekt oder um St rungen handelt wurden ausschlie lich runde Markierungen benutzt Abb 10 unten Bei jeder anderen Form w re die Grenzl nge gr er Au erdem verschiebt sich der Mittelpunkt bei einer Rotation der Markierung nicht wie z B bei unsymmetrischen Buchstaben 31 3 2 2 Farbe Eine hnliche Farbe wie die der Markierung sollte m glichst nicht im restlichen Bildbereich vorkommen Man mu sich also zuerst die Umgebung des bewegten Objektes anschauen um dann eine geeignete Markierungsfarbe zu w hlen Beispiel Findet der Aufbau eines Versuches auf einem braunen Holztisch statt so ist die Farbe Rot nicht sehr geeignet da sich Braun und Rot farblich zu sehr gleichen Die Idee Schwarzlichtfarben zu benutzen die bei UV Bestrahlung stark leuchten mu te leider verworfen werden Um eine gleichm ige Beleuchtung ber die ganze Bewegung
79. fehleranzahl lt 20 then begin Form2 Bringtofront Form2 refresh inc fehleranzahl messagebeep 1 end end R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetBValue Farbe if r lt RSchwelle toleranz then begin if r gt rschwelle toleranz then begin if g lt GSchwelle toleranz then begin if g gt gschwelle toleranz then begin if B lt Bschwelle toleranz then begin if b gt bschwelle toleranz then begin 1380 1382 1384 1386 1388 1390 1392 1394 1396 1398 1400 1402 1404 1406 1408 1410 1412 1414 1416 1418 1420 1422 1424 1426 1428 1430 1432 1434 1436 1438 1440 1442 1444 1446 1448 1450 1452 1454 112 If Radiogroup3 Itemindex 1 then form3 imagel canvas pixels x1 y1 clred if x1 lt xmin then xmin x1 if x1 gt xmax then xmax xl if yl lt ymin then ymin y1 if yl gt ymax then ymax y1 end end end end end end end end Form3 refresh Pause Scrollbar4 position zentrumx xmin xmax div 2 zentrumy ymin ymax div 2 if checkbox2 checked then Farbuebernahme If Checkbox1 checked then Gezieltesuche2 If Radiogroup3 Itemindex 0 then begin Mittelpkt zeichnen falls nicht schon in If not Checkbox 1 checked then Mittelpktzeichnen Gezieltesuche geschehen end If not Checkbox 1 checked then zeile ins memo falls nicht schon in Gezieltes Zeileinsmemo zentrumx zentrumy if unterbrechtaste then break end If Scrollbar3 position Mediaplayerl Length 1 then Scrollba
80. film riet igenschafter blasser und mit einem leichten Graustich Abb 21 Sie hebt sich bei einigen Videosequenzen somit nicht ausreichend vom Hintergrund Abbildung 20 ab Dies l t sich nur zum Teil durch das Erh hen der Belichtung kompensieren s Kap 3 4 3 Bei den Grundeinstellungen der Digitalisierungskarte findet sich aber neben Helligkeit Kontrast und Sch rfe eine M glichkeit die Farbs ttigung einzustel len Abbildung 20 38 Abb 21 zeigt eine digitalisierte rote Markierung bei der Grundeinstellung mittlere S ttigung Die Markierung besteht aus ca 10 000 Pixel Abb 21 Zur weiteren Untersuchung der Markierungsfarbe soll ihr Spektrum angezeigt werden Dazu werden die Pixel der Normalstellung Markierung ohne grauen Randbereich ausgelesen und in ihre R G B Werte getrennt Nun tr gt man die Anzahl der Pixel mit einem bestimmten Farbwert gegen alle m glichen Farbwerte 0 255 auf Dadurch entstehen drei 1 000 Diagramme die 900 E in Abbildung 22 800 dar gestellt wer _ 700 3 d R 600 en 500 E Die meisten Pixel E 400 dieser Markierung 300 gt haben einen Rot D E 100 F Wert von 188 es of ar ae treten aber auch 0 50 100 150 200 250 Farbwert andere R Werte wischen 173 Abbildung 22 Normalstellung der Sattigung 198 auf Ahnliche Aussagen lassen sich auch iiber die Griin und Blau Werte treffen Uns soll es im Augenblick geniigen
81. genau Grenzeyanf yzentrumgenau spineditl value div 2 If Grenzeyanf lt 1 then Grenzeyanf 1 Grenzeyende yzentrumgenau spineditl value div 2 If Grenzeyende gt Abmessung bottom 1 then Grenzeyende Abmessung bottom 1 Gene xzentrumgenau spinedit1 value div 2 If Grenzexanf lt 1 then Grenzexanf 1 Grenzexende xzentrumgenau spinedit1 value div 2 If Grenzexende gt Abmessung right 1 then Grenzexende Abmessung right 1 If checkbox3 checked true then begin if checkbox5 checked true then Farbe Getpixel Kontext xzentrumgenau yzentrumgenau else Einfarbig farbe clred Mittelpunktfarbe oder nicht 101 610 612 614 616 618 620 622 624 626 628 630 632 634 636 638 640 642 644 646 648 650 652 654 656 658 660 662 664 666 668 670 672 674 676 678 680 682 684 if checkbox4 checked true then form3 imagel canvas pen color clwhite mit Rand else form3 imagel canvas pen color farbe form3 imagel canvas brush color farbe form3 imagel canvas ellipse xzentrumgenau spineditl value div 2 yzentrumgenau spineditl value div 2 xzentrumgenau spineditl value div 2 4 yzentrumgenau spinedit1 value div 2 en Originalmarkierung zeichnen Checkbox5 ist jetzt immer aus s chkbox3click else begin Weisser Kreis if checkbox4 checked true then begin For y1 Grenzeyanf to Grenzeyende do begin For x1 Grenzexanf to Grenzexende do begin if sqr spinedit1 value div 2 1 gt sqr x1
82. generator etc 26 e Mediastudio Ulead Ein Programm nach dem Vorbild Premiere jedoch deutlich giinstiger und mit einigen Zusatzfunktionen z B Morph Editor Daneben gibt es eine Reihe anderer Programme wie Splice oder Granit die man g nstig erwerben kann z B auf beiliegender Buch CD von 6 Diese bieten jedoch nicht den Komfort und die M glichkeiten wie Premiere oder Mediastudio 11 Eines dieser beiden Programme geh rt inzwischen grunds tzlich zum Lieferumfang moderner Videokarten 10 Bei uns war es Premiere 4 2 LE Light Edition und Video for Windows Die meisten Funktionen sind dabei zur Video und Audio Nachbearbeitung konzi piert zum Aufbereiten von Heimvideos Diese Funktionen ben tigt man f r unsere Ziele nicht Nach einheitlicher Meinung der Fachliteratur unterscheidet sich die Bedienung der verschiedenen Programme nur unwesentlich 27 3 Die Aufnahme von Videosequenzen Ob eine Videosequenz f r eine automatische Analyse geeignet ist entscheidet sich bereits bei der Aufnahme Damit die Position eines Objektes durch das in Kapitel 4 entwickelte Programm verfolgt werden kann mu sich das Objekt deutlich von seiner Umgebung unterscheiden Durch welche Ma nahmen und Einstellungen das erm glicht wird und worauf noch zu achten ist soll in diesem Kapitel beschrieben werden Der erste Abschnitt besch ftigt sich mit dem Aufbau und der Beleuchtung des Versuches Der zweite Abschnitt z
83. holen Sie die Eichung mtinformation mbok 0 end Eifak Eichfaktor if MessageDlg M chten Sie noch den Nullpunkt verschieben mtinformation mbyes mbno 0 mryes then begin Screen cursor 6 KalibrierenBtn Tag 3 Flagge f r Unit2 Nullpkt Nullpktx 1 Repeat Application processmessages until Nullpktx lt gt 1 Screen Cursor crdefault KalibrierenBtn Tag 0 end end procedure TForm6 DiagrammBtnClick Sender TObject var i integer s string t boolean begin t false if Form 1 tabelle rowcount lt 4 then exit for i 1 to Forml tabelle rowcount 1 do begin s Form 1 tabelle cells 1 i if s then t true end If t then messagedlg Mindestens ein Bild wurde bersprungen Die angezeigten Diagramme haben damit Fehler mtwarning mbok 0 form5 show form5 bringtofront 2254 2256 2258 2260 2262 2264 2266 2268 2270 2272 2274 2276 2278 2280 2282 2284 2286 2288 2290 form5 X YDiagr form5 tabellefuellen end procedure TForm6 SpeedButton2Click Sender TObject egin if Forni mediaplayer1 position Form1 scrollbar2 position then exit Forml mediaplayerl position Forml mediaplayerl position 1 label6 caption inttostr Forml mediaplayerl position end rocedure TForm6 FormPaint Sender TObject egin Label6 caption inttostr Form1 mediaplayerl position end rocedure TForm6 FormCreate Sender TObject egin geeicht false end procedure TForm6 ImagelClick S
84. i wird in einigen Bildern nicht mehr rund sondern eckig dargestellt Da der M JPEG Film aber nur auf dem Rechner mit der Digitalisierungskarte abspielbar ist mu man die Ungenauigkeiten bei Cinepakfilmen auf anderen Computern hinnehmen Die Bewegungsanalyse soll im folgendem an dem Originalfilm durchgef hrt werden Der Leser kann sie durch den Film auf der Diskette nachvollziehen siehe auch ausf hrliche Anleitung Anhang B Die Luftreibung wird vernachl ssigt da die Fallh he nur 1 5 m betrug Das x y Diagramm Ortsdiagramm zeigt a a a a a a die gefundenen Ko an Fs ordinaten Abbildung 1 0 Fu j E 75 gt iok Die Bewegung l t 0 5 e sich nach dem Super i 4 positionsprinzip in FL OR a a AP ce eine x und eine y 0 7 0 8 0 9 1 0 ii 1 2 on Bewegung aufteilen Da nur Kr fte in y Abbildung 75 77 Richtung wirken mu die x t Kurve eine Gerade zeigen x t Diagramm x m t s Abbildung 76 Nach dem Fallgesetz miissen die gefundenen Y Werte auf einer quadratischen Funktion liegen Die Me werte y t sind in Abbildung 77 dargestellt y t Diagramm y m 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 y 5 07x 4 50x 0 331 R 0 00216 max dev 0 00499 t s Abbildung 77 nicht zu verwechseln mit dem Ortsdiagramm Durch das automatische Anpassen eines Polynoms zweiten Gerades kann man die Abweichung der MeBpunkte von dem theoretischen Verlauf
85. iaplayer1 position en else begin If Form6 KalibrierenBtn Tag 1 then begin Eix1 x Eiyl y d end If Form6 KalibrierenBtn Tag 2 then begin Eix2 x Eiy2 y end If Form6 KalibrierenBtn Tag 3 then begin Nullpktx x Nullpkty y end if not geeicht then begin if messagedlg Sie sollten erst den Bildschirm kalibrieren Einverstanden mtconfirmation mbyes mbno 0 mrno then geeicht true end else form1 zeileinsmemo x y end end procedure TForm7 FormCreate Sender TObject var i integer begin For i 1 to 8 do begin screen cursors i loadcursor hinstance makeintresource 1 end end end 126 127 ANHANG B Spezielle Anleitung zur automatischen Analyse des Filmes Flummi avi 1 Starten des Programmes VIANA Laden des Filmes Flummi avi Wahl der automatischen Analyse Automatisch KR O N Kalibrieren des Bilsschirmes Kalibrieren Ein Strich auf der Meflatte links im Bild entspricht 5 cm 5 Einschr nken der Filml nge mit den Laufleisten unter dem Videobild Soll der ganze Film analysiert werden so ist dies nicht n tig 6 Die optimalen Einstellungen sind bei diesem Video Toleranz 40 m gliche Abweichung 40 Zweittolernz 100 Objektgr e 20 7 Mit dem Mauszeiger auf den Ball im ersten Videobild klicken um eine Suchfarbe zu bestimmen 8 Starten der Analyse Filmanalyse Sollte die Analyse mit einer Fehlermeldung abgebrochen werden so wiederhole ma
86. ie Qualit t digitaler Videos hat inzwischen ein durchaus ansprechendes Niveau erhalten Die Wiedergabe von Videosequenzen soll nach 15 in Zukunft st rker durch die Grafikkarte unterst tzt werden Damit wird die Darstellungsqualit t weiterhin deutlich steigen Trotzdem verspricht gute analoge Technik derzeit noch ein besseres Abbild der Wirklichkeit da stufenlos Ver nderungen aufgezeichnet werden k nnen analoges Signal diskrete Werte Zeit Abbildung 1 Analoge digitale Signale Beim Digitalisieren wird dem Signal in quidistanten Zeitabst nden ein Zahlenwert zugeordnet Abbildung 1 Vorteile gegen ber dem analogen Film bestehen u a im qualit tsverlustfreien Kopieren und Archivieren und der einfa chen Bearbeitung digitaler Daten 9 Um ein analoges Videosignal von einem Camcorder einem Videorecorder oder einem Fernsehtuner digitalisieren zu k nnen was auch als capturen oder grabben bezeichnet wird ben tigt man a geeignete Hardware Videoger t schneller PC Digitalisierungskarte und b Software Mit der Hardware setzt sich der zweite Abschnitt dieses Kapitels auseinander Welche Software notwendig ist wird im dritten Teil beschrieben Im folgendem Abschnitt findet eine kurze Einf hrung in h ufig benutzte Grundbegriffe der Videotechnik statt 2 1 Technische Grundbegriffe Bei der Darstellung von Videos auf einem Computermonitor ergeben sich einige technische
87. iebt sich die Farbe des Objektes Wird der Film nun durch eine Schleife vom ersten bis zum letzten Bild gesucht so fallen nach einigen Bildern nur noch wenige Pixel in den Toleranzbereich der Suchfarbe Abbildung 39 A Die Farbe nach der gesucht wird sollte von Bild zu Bild angepa t werden 1 lt 4 i E TE 3 S Abbildung 39 Nach gefundener Position des Objektes wird dazu aus dem Mittelpunkt eine neue Suchfarbe ausgelesen Da sich hier aber zuf llig eine v llig andere Farbe befinden kann zum Beispiel durch eine Spiegelung auf dem Objekt sollte berpr ft werden ob sich die neue Farbe innerhalb des Farbtoleranzbereiches befindet Prozedur Farb bernahme Zeile 449 487 Bei gleicher Filmvorlage Die Bewegung erfolgte hier von rechts nach links 51 verbessert sich durch diese Prozedur das Ergebnis bedeutend s Abbildung 40 sc mE amp Ze Zu Bu 8 Abbildung 40 4 1 7 Suche beschleunigen Bei hohen Aufl sungen z B 772x576 Pixel ben tigt die Analyse eines Bildes je nach Computer relativ viel Zeit Bei jedem Bild werden dabei m glicher weise Bereiche untersucht in denen sich das Objekt niemals aufhalten wird Der Benutzer soll die M glichkeit erhalten solche Bereiche von der Analyse auszuklammern indem er sie auf dem Videobild kennzeichnet Das Programm mu dazu erst in einen anderen Modus gebracht werden Zeilen 310 324 damit das Anklicken des Videos keine Farbe ausliest sondern ein
88. igkeit gegen die H he y aufgetragen Abbildung 90 Da bei der Kalibrierung der Nullpunkt verschoben wurde beginnen die y Werte bei Null Auch die Anfangsgeschwindigkeit sollte beim ersten Bild Null sein Obwohl die Werte der kleinen Geschwindigkeiten relativ stark streuen konnte eine Fit Kurve durch die Me punkte errechnet werden Geschwindigkeits H hen Diagramm y a sartix a 3 342 2 0 v m 0 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 y m Abbildung 90 v 3 342 Vh 14 Der gefundene Faktor weist gegen ber dem theoretischen Wert Ber 3 62 eine Abweichung von 7 6 auf Zur ckzuf hren auf Restreibung 88 5 4 Die Verfolgung mehrerer Objekte Bei einigen Versuchen reicht die Erfassung nur eines Objektes nicht aus Der Zustand w re damit nicht eindeutig beschrieben Ein Beispiel ist der Spaceball Abbildung 91 Abbildung 91 Kennt man die Position des Balles mit der blauen Markierung so kann man allein durch diese Angabe nicht eindeutig auf die Position der Balle mit der roten oder griinen Markierung schlieBen Wollte man bei der Videoanalyse mehrere Markierungen eines Bildes gleich zeitig erfassen so m ten viele Einstellungen getroffen werden F r jede Farbe eine eigene Toleranz eine eigene Objektgr e etc Die Bedienung des Programmes w rde noch gr ere Anforderungen an den Benutzer stellen Weitaus sinnvoller erscheint die Methode die Objekte einzeln zu verfolgen und die gewonnenen Datenreihen sp
89. in der linken unteren Ecke Die Koordinaten der Pr Objektposition werden mit diesen Angaben 2 13781 1 34463 1 92629 1 34463 berechnet Diese gefundenen Koordinaten kann Abbildung 56 Me werttabelle Alle bisherigen Eingabefelder behalten ihre Bedeutung 66 man in der Tabelle betrachten Der n chste Schritt w re nun die Auswertung Kap 4 2 4 4 2 3 Manuelle Positionserfassung Bei Filmen die nicht zu einer automatischen Analyse geeignet sind kann man die Position des Objektes auch per Mausklick angeben Auch Filme die nur aus sehr wenigen Einzelbildern bestehen k nnen durch diese M glichkeit viel leicht schneller analysiert werden Nach dem Laden des Filmes sollte man zuerst das Start X Manuel Cursorform Bildnummer 19 a Rechte Maustaste 1 Bild vor Linke Maustaste Position erfassen Abbildung 57 und Endbild festlegen s o Bet tigt man den Button Manuell so ffnet sich ein neues Fenster und das Videobild wird unabh ngig von seiner Originalgr e ber den ganzen Bildschirm dargestellt Besitzt das Video nur eine geringe Aufl sung von beispielsweise 160x120 Pixel so erscheint es hier sehr grobk rnig Um das Video ein Bild weiterzuspulen dr cke man die rechte Maustaste Das Vorbild erreicht man mit dem Button Bevor man mit der Positionserfassung beginnt sollte man auch hier erst den Bildschirm kalibrieren s 4 2 2 5 Nachdem de
90. ist Bearbeitung unter Windows schwierig ist Einzelbilder sind nicht ohne weiteres anw hlbar 2 1 2 4 Fraktale Kompression Dieses noch nicht sehr verbreitete Verfahren versucht die im Bild auftretenden Formen mathematisch zu beschreiben Dabei wird innerhalb von Einzelbildern nach immer wieder auftretenden Mustern gesucht Die gr ndliche Analyse zum Auffinden von redundanten Elementen die anderen hnlich sehen und daher beim Speichern berfl ssig sind dauert nat rlich sehr lange einige Sekunden pro Einzelbild es k nnen nach 4 aber Kompressionsraten von 10000 1 erreicht werden Die Qualit t ist aufl sungsunabh ngig mit den Formeln l t sich das Bild in der jeweiligen Aufl sung berechnen 19 2 1 2 5 Software Codecs Auch wenn eine Hardwareunterstiitzung M JPEG zur Digitalisierung fast unabdingbar ist m chte man die Videos auch auf anderen PC s abspielen Dazu werden die zuvor digitalisierten M JPEG Videos in ein anderes Format bersetzt das dann ohne eine Erweiterungskarte wiedergegeben werden kann Das Umrechnen braucht nicht mehr in Echtzeit zu erfolgen und kann je nach Codec mehrere Minuten fiir einige Sekunden dauern Das bliche Format im PC Bereich unter Windows hei t Audio Video Inter leave und unter der Endung avi werden Eigenschaften von Multimedia 2x die Dateien auch gespeichert Es gibt Aste win mio Minen Emmen Mulivedio Gaida jedoch Unterschiede in den avi M
91. ittelpunkt eines hellen Objektes bestimmen und online verfolgen Es arbeitet mit einer speziellen Digitalisierungskarte Die Software mu auf die Bildinformationen die auf dieser Karte in digitaler Form zwischengespeichert werden Zugriff haben Das Programm untersucht die Objektregistrierung mit Videokamera und Computer Camera resolved motion encoding 7 Informationen nach dem Uberschreiten einer Helligkeitsschwelle und speichert die Koordinaten Wird die Schwelle wieder unterschritten so wird der n chste Wert gespeichert Nach dem Untersuchen aller Bildpunkte ist also die Kontur des hellen Fleckes bekannt Damit kann der Mittelpunkt dieser Kontur bestimmt und als Position des Objektes gespeichert werden Carmen ben tigt eine spezielle Digitalisierungskarte die inzwischen nicht mehr hergestellt wird Dr Axel Kuhn der Entwickler des Systems ist jedoch daran interessiert das Programm an eine neuere Karte anzupassen Nach eigenen Angaben w rde der Hersteller diese neue Karte mit den speziellen Zugriffsm glichkeiten jedoch auch nur einen begrenzten Zeitraum produzieren Dieser Nachteil tritt vermutlich immer auf wenn man sich auf Spezialhardware st tzt 1 3 Analyse von Digitalvideos Bei folgenden Programmen besteht das Problem nach wenigen Jahren nicht mehr lauff hig zu sein nicht Bei ihnen wird die Bewegung als digitaler Videoclip im Computer gespeichert und anschlie end analysiert Die erforderliche Hardware eine d
92. l 4 2 3 mit Maus klick auf das Objekt oder man nutzt die Automatik 4 2 2 Abbildung 44 ber das Men kann man auch zu einem ig Extras Hilfe Film laden sp teren Zeitpunkt zu dieser Phase des Pro grammablaufes zur ckzukehren 4 2 2 Automatische Positionserfassung Nach Bet tigen des Buttons Automatisch in Abbildung 44 werden neben einer Reihe von Buttons drei Bedienfl chen angezeigt e Farbanzeige e Sucheinstellungen e Anzeige des Suchergebnisses 4 2 2 1 Farbanzeige Klickt der Anwender auf das Videofenster so wird die Farbe des gew hlten Pixels ausgelesen und in einem Farbblock angezeigt in Abbildung 45 Gr n Nach dieser Farbe werden die Algorithmen das Video untersuchen Die Anzeige der gew hlten Farbe ist wichtig da man in einem scheinbar einfarbi gen Objekt schon einmal ein Pixel treffen kann das sich deutlich von der gew nschten Farbe unterscheidet Die Rot Gr n und Blauanteile der Farbe werden in einer Balkendarstellung mit einer Skala von 0 255 dargestellt Die 60 Absolutwerte der Farbanteile sind in den Editierfeldern daneben zu sehen Bei Bedarf kann der Anwender die Suchfarbe hier von Hand ndern Sucheinstellungen Toleranz a2 Ly Einfach C Position vorherbest T gezielte Zweitsuche M Farb bernahme Bremse 4 gt R Anzeige des Suchergebnisses e 233 C Mittelpunkt B 52 gefundene Bildpunkte
93. ldfrequenz Bei der bertragung von Signalen im herk mmlichen Videobereich w re dieses Verfahren zu aufwendig Die Bildsignale werden hier ber nur eine Leitung bertragen Au erdem nimmt man R cksicht auf Schwarz Wei Fernseher bei denen nur Helligkeitsinformationen angezeigt werden k nnen Nach dem Erzeugen eines RGB Signals in einer Kamera wird dieses also in Helligkeitswerte Luminanz und Farbwerte Chrominanz umgewandelt Luminanz Y betrifft die physiologische Leuchtdichte gemessen in cd m Dieser Helligkeitswert ergibt sich zwingend aus den einzelnen Anteilen von Rot Gr n und Blau Man kann diesen Zusammenhang in eine Formel fassen Thomas Young 1773 brit Naturwissenschaftler 12 Y 0 299 R 0 587 G 0 144 B Da Gr n ein heller Farbton ist mu er am h chsten gewichtet werden Blau ist relativ dunkel und der Helligkeitswert von Rot liegt dazwischen Man bermittelt das Luminanzsignal vollst ndig also braucht man bei der Chrominanz C nicht mehr alle drei Farbinformationen eine w re redundant Sie l t sich beim Empf nger nach obiger Formel bestimmen 2 1 1 4 FBAS YC YUV Das am weitesten verbreitete Signal hei t FBAS auch Composite Signal Hierbei werden nacheinander die Farb Bild Austast und Synchronsignale bermittelt Man findet es bei Videorecordern und Camcordern die nach den Standards VHS und Video8 arbeiten Die Zusammenlegung der Luminanz und Chrominanz auf eine Leitung bri
94. lle toleranz2 then begin if g gt gschwelle toleranz2 then begin if B lt Bschwelle toleranz2 then begin if b gt bschwelle toleranz2 then begin if x2 lt xmin then xmin x2 if x2 gt xmax then xmax x2 pktgefunden true end end end end end end end if pktgefunden then begin xmwsumme xmwsumme xmin xmax div 2 inc Reihenanzahl end end If Reihenanzahl lt gt 0 then xzentrumgenau xmwsumme div Reihenanzahl else begin if Messagedlg Bei Zweitsuche keinen Pkt gefunden Fehlerhafte Weierfiihrung mtWarning mbyes mbno 0 mrno then unterbrechtaste true end y mittelwerte ymwsumme 0 Reihenanzahl 0 For x2 Grenzexanf to Grenzexende do begin a le a cea or y2 Grenzeyanf to Grenzeyende do begin if sqr spinedit1 value div 2 lt sqr x2 zentrumx sqr y2 zentrumy then continue Farbe Getpixel Kontext x2 y2 if Farbe 1 then begin 764 766 768 770 772 774 776 778 780 782 784 786 788 790 792 794 796 798 800 802 804 806 808 810 812 814 816 818 820 822 824 826 828 830 832 834 836 838 if fehleranzahl lt 20 then begin inc fehleranzahl messagebeep 1 end end R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetB Value Farbe if r lt RSchwelle toleranz2 then begin if r gt rschwelle toleranz2 then begin if g lt GSchwelle toleranz2 then begin if g gt gschwelle toleranz2 then begin if B lt Bschwelle toleranz2 then begin if b gt bschwelle toleranz2 then
95. n die Punkte 6 und 7 9 ffnen der Diagrammanzeige Auswertung Anmerkung Da der Film stark komprimiert wurde sind die Ergebnisse fehlerbehafteter als bei dem Originalfilm im M JPEG Format Der Flummi ist in dem Video nicht immer rund siehe auch Abb 74 Es hat Geschwindigkeitsvorteile wenn sich Programm und Film auf der Festplatte befinden 128 ANHANG C Internetadressen ber das Internet kann man kostenlos viele interessante physikalisch relevante Videos und n tzliche Software beziehen Physik Filmsammlungen zum Herunterladen http members aol com raacc data html World in Motion Data Base http members aol com raacc wima html database a http 152 42 32 64 movies pub table Davidson Physics Movie Data Base http sunhehi phy uic edu clive IP home html Interaktive Physikexperimente http www physik tu berlin de institute IFPL IBE IBE htm Interaktive Physikexperimente Berlin Videoanalysesoftwware http didaktik physik uni wuerzburg de pkrahmer home galileo html Galileo Multimediaprojekt http www Isw com videopoint Programm Videopoint Weitere interessante Seiten zum Thema Videoanalyse und Computer http www cad uni sb de 7Ealex software trmoov zip Filmformatkonvertierung http www public iastate edw 7Estark gutil_sv html Sammlung n tzlicher Software http quicktimevr apple com sw qtvrwin32 html QuicktimeVR Treiber http www glenbrook k12 il us gbssci phys mmedia in
96. n einem zum anderen Bild ver ndern Um das zu verhindern stellt man auch den automati schen Wei abgleich besser aus Schalter Wht Bal Die Beleuchtung darf sich w hrend des Filmens nat rlich nicht mehr ndern 3 3 6 Zusammenfassung Folgende Reihenfolge kann nun vor der Aufnahme empfohlen werden 1 Aufstellen der Kamera der Beleuchtung und des Versuchsaufbaus 2 Einstellen des Zoomfaktors so da das Objekt nicht aus dem sichtbaren Bereich wandern kann Einstellen der Verschlu zeit Shutter Eventuell Erh hen der Belichtung Exposure Ausstellen des Autofokus aA rn A Q Ausstellen des automatischen Wei abgleichs 36 3 4 Softwareeinstellungen Nachdem der Versuch aufgebaut und die Kamera eingestellt wurde kann die Digitalisierung beginnen Jedoch sind auch hierbei noch einige Optimierungen m glich 3 4 1 Bildrate Bei schnellen Bewegungen z B freier Fall sollte man die maximale Bildrate einstellen also 25 Bilder s Damit erreicht man eine optimale zeitliche Aufl sung Bei langsamen Bewegungen z B Pohl sches Rad sind nicht so viele Bilder notwendig die Position ndert sich vielleicht von einem zum anderen Bild gar nicht nur unterhalb der Me genauigkeit Eine hohe Anzahl an Bildern bringt dann keine qualitative Verbesserung der Auswertung Bei der Angabe der Bildrate sollten nur Werte eingestellt werden welche die Bildrate der Kamera 25 B s ganzzahlig teilen W hlt man beispiels
97. n exemplarischen Bewegungsabl ufen erprobt werden Um Aussagen ber den Fehler bei der Positionserfassung zu erhalten wurde zu Abbildung 69 Abbildung 70 Beginn eine rotierende Markie rung aufgenommen Die Mittel punkte der Markierungsfl che m ssen sich auf einem Kreis befinden Durch die Abweichung der erkannten Mittelpunkte von dem Kreis kann der Fehler bestimmt werden Die Bewegung wurde mit 1 1000s Belichtungszeit aufgenommen die Helligkeit Exposure um zwei Stufen erh ht Focus und Wei abgleich Automatik deaktiviert und die S ttigung mit der Digitali sierungssoftware auf den Wert 220 eingestellt In dem Analyseprogramm Viana wurde als Anzeige des Sucher gebnisses die Mittelpunktsdarstel lung als Punkt gew hlt Abbildung 70 zeigt das Ergebnis von ca 80 erkannten Mittelpunkten bei einmaliger Umdrehung maximal m glich ist 255 74 L t man die Markierung sehr lange rotieren so sollte durch die berlagerung ein geschlossener Kreis 7 ES entstehen Tats chlich wurde f 5 jedoch nur ein Film mit 750 Einzelbildern aufgenommen und analysiert Abbildung 71 Die entstandene Filmdatei N Pi hatte eine Gr e von 49 Me RB gabyte Abbildung 72 zeigt einen Abbildung 71 vergr erten Ausschnitt des Suchergebnisses Au erdem wurde nachtr glich ein roter Kreis eingeblendet Er hat ungef hr den Rotationsradius und soll die Abweichung von erkannten zu tat
98. ng 62 mu gt Ee HE on m i wW o j B Hg o 3 5 TE tase 41 mn mw amsa VEIT eI NMI MON AONB AMA EM aN Gam Abbildung 63 Liniendiagramm Hier aktiviertem 70 Fe oe Th tie ie ft a mit sb m r a ot horizontalem Raster ni inont Abbildung 64 m i on e no Punktdiagramm nm Yes er i er ano L Hier mit aktivierter Anzeige e 8 er ni i b i der Absolutwerte er re 3p y 4 ee i ie una d 7 Er cr Abbildung 65 om om ow Splinediagramm tot u i ETN sz Be ae Die gezeichnete Kurve ATC Nn am X 7 2 Er N f bn 4 gleicht gro e 8 me ve am Te oe am Spr nge etwas aus cal 236 FSEMHOUKNICKMUNMisMDHMrBNSArswSEwywT 4 2 4 3 Datenexport Ita Abbildung 66 Durch Dr cken des Buttons Speichern wird die Tabelle in die Zwischenablage kopiert Der Anwender E Speichern wird anschlie end gefragt ob noch eine Datei erstellt werden soll Beim Best tigen kann er ber ein Stan Exelformat C Sonstiges 71 dardfenster Name und Pfad angeben Ist die Option Exelformat aktiv so werden die Nachkommastellen durch ein getrennt ansonsten durch ein 4 2 5 Stroboskopbild Um eine Grafik zu erhalten die den ganzen Hilfe Bewegungsablauf in einem Videobild darstellt kann man y Stroboskopbild im Men Extras Stroboskopbild anklicken Damit
99. ngt einige Schw chen in Bezug auf Kontrast und Farbs ttigung mit sich Bei den neueren S VHS und Hi8 Videoger ten findet man das verbesserte Y C Signal bei dem Luminanz und Chrominanz getrennt bertragen werden Im professionellen Bereich auch bei unserer Digitalisierungskarte Miro DC30 findet man das YUV Signal bei dem die Chrominanz in zwei Signale aufge spalten wird also insgesamt drei getrennte Signale verarbeitet werden blicherweise werden bei der Digitalisierung die Farbinformationen also U und V nicht so hoch codiert wie die Helligkeitsinformationen Y da man so die erzeugten Daten ohne gro e Qualit tseinbu en komprimieren kann 2 1 2 Kompression Wollte man die analogen Signale von einem Camcorder oder einem Videoger t in True Color das sind 24 Bit Farbtiefe 2 16 7 Mio Farben digitalisieren und unkomprimiert auf einer Festplatte speichern h tte man das Problem da Hermann Helmholtz 1821 dt Physiker und Physiologe 13 das System die immense Datenmenge pro Sekunde nicht verarbeiten k nnte und die Festplatte innerhalb k rzester Zeit voll w re Rechenbeispiel Bei der Digitalisierung eines Pal Vollbildes 768x576 Bildpunkte mit je 24 Bit 3 Byte fallen f r jedes Bild 768 Pixel Linie 576 Linien 3 Byte Pixel 1 27 Megabyte an Bei 25 Vollbildern pro Sekunde erh lt man 1296 KB Bild 25 Bilder s 31 6 Megabyte pro Sekunde Bei der Bew ltigung der enormen Datenmengen orien
100. ngy2 clientheight MessageDlg Abbruch Das Programm untersucht den ganzen Bildbereich mtInformation mbOK 0 end end procedure TForm2 FormPaint Sender TObject Anzeigen des Videos bei Wiedereinblenden var pos integer begin pos Form1 Mediaplayer1 position with Form1 Mediaplayerl do begin play position pos end end procedure TForm2 FormKeyDown Sender TObject var Key Word Shift TShiftState begin unterbrechtaste true 1722 1724 1726 1728 1730 1732 1734 1736 1738 1740 1742 1744 1746 1748 1750 1752 1754 117 end end unit Unit3 interface uses SysUtils WinTypes WinProcs Messages Classes Graphics Controls Forms Dialogs ExtCtrls type TForm3 class TForm Imagel TImage procedure FormKeyDown Sender TObject var Key Word Shift TShiftState private Private Deklarationen public Public Deklarationen end var Form3 TForm3 Unterbrechtaste boolean implementation R DFM procedure TForm3 FormKeyDown Sender TObject var Key Word Shift TShiftState begin Unterbrechtaste true end end 1756 1758 1760 1762 1764 1766 1768 1770 1772 1774 1776 1778 1780 1782 1784 1786 1788 1790 unit 4 uses SysUtils WinTypes WinProcs Messages Classes Graphics Controls Forms Dialogs StdCtrls Buttons ie Form4 class TForm BitBtn1 TBitBtn Edit1 TEdit Label2 TLabel Label3 TLabel Label5 TLabel
101. nieren Dies ist bei der Formatierung m glich man unterteilt sie in beliebiger Gr e und gibt den beiden Teilen z B die Namen c und d Sie werden fortan wie zwei getrennte Laufwerke angesehen Das erste l t man frei und nutzt es nur zum Capture Vorgang Damit entf llt auch das h ufige Defragmentieren 3 Nach 10 ist bei Win95 auch die Autostart Funktion des CD Rom Lauf werkes f r Unterbrechungen verantwortlich Diese l t sich ausstellen unter Start gt Einstellungen gt Systemsteuerung gt System Ger temanager gt CD Rom Automatisches Benachrichtigen 4 Die Uhr in der Win95 Task Leiste am unteren Bildschirmrand sollte unter Start gt Eistellungen Taskleiste deaktiviert werden ebenso andere Einstel lungen oder Programme die Interrupts ausl sen Reichen diese Ma nahmen nicht aus so mu man den Datenstrom verkleinern durch e Vergr ern des Kompressionsfaktors e Verkleinern der Aufl sung z B 320 x 240 Pixel e Verringerung der Farbtiefe bei M JPEG Codierung jedoch nicht m glich e Herabsetzten der Bildanzahl z B 15 statt 25 Bilder s An dem Lehrstuhlrechner waren diese Ma nahmen nicht notwendig denn die SCSI Festplatte ist sehr schnell Bei kurzen Videoaufnahmen z B freier Fall besteht auch die M glichkeit in den schnellen Arbeitsspeicher zu speichern RAM gt 16 MB 43 4 Beschreibung des Programms Viana Ziel des VIdeoANAlyseprogrammes ist die automatische Positionserfassung eine
102. nn er mit Suchergebnisfenster kopieren lassen Die Darstellung verliert so an Abstraktheit siehe auch Stroboskopbild M chte man bei schnellen Computern die Anzeige der Suchergebnisse genauer verfolgen so kann man durch ziehen der Bremse die Darstellungszeit verl ngern Es handelt sich dabei nicht a um eine sinnlose Warteschleife sondern es wird Windows mehr Zeit zum Bearbeiten von Systemfunktionen berlassen Man merkt es daran da das Programm w hrend der Filmanalyse nicht so sehr in seine Rechnungen vertieft ist sondern nun besser auf Eingaben des Anwenders reagiert Dieser hat die M glichkeit auch nach dem Start der Analyse noch Werte zu ndern Hat das Programm mit einem Bild des Filmes besondere Erkennungsprobleme so kann man ein Bild zuvor noch dynamisch Werte ndern 4 2 2 3 Sucheinstellungen Um den Umgang mit der automatischen Analyse zu erlernen f ngt man am Besten mit der durchschaubarsten Einstellung an Dazu aktiviert man die Bdaher auch die Form des Mauszeigers eine Mischung zwischen normalem Pfeil und der Sanduhr die Besch ftigtsein signalisiert 62 6 Option Einfach und deaktiviert gezielte Zweitsuche und Farbiibernahme siehe Abbildung 45 oben Der einzig einstellbare Wert ist jetzt die Toleranz Nachdem die Objektfarbe durch Anklicken des Videos gew hlt wurde kann man das aktuelle Einzelbild mit der Toleranz durchsuchen lassen Dazu dient der B
103. nprodukt und damit billig Nach dem Bearbeiten werden die Videos meistens wieder auf Kassette zur ckgespielt Eine andere Anwendung ist das Erstellen von Videos f r Computeranwender Bei lteren Karten lie en sich oft nur Videos in der Gr e 160 x 120 Pixel erstellen da die M JPEG Funktion fehlte Eine andere M glichkeit war die Einzelbilddigitalisierung Dabei stellt man einen Videorecorder auf Pause und digitalisiert das Standbild Dann spielt man immer ein Bild weiter und fa t zum Schlu alle Bilder zusammen Die Standbilddarstellung des Recorders ist jedoch meist nicht st rungsfrei Inzwischen sind Karten durch M JPEG Encoderchips in der Lage das volle PAL Format mit 25 Bildern pro Sekunde in Echtzeit zu erfassen Der Kompressionsfaktor von M JPEG ist dabei so gering z B 1 3 da sich keine sichtbaren Einbu en zwischen dem analogen Originalfilm und dem digitalen Film auf dem Monitor bemerkbar machen laut Herstellerangaben volle S VHS Qualit t Heutige Karten arbeiten fast alle mit der Overlaytechnologie um das einge hende Videosignal direkt auf dem Monitor sichtbar zu machen Das Signal braucht zur blo en Ansicht nicht digitalisiert zu werden denn das w rde das System zu sehr belasten Die Grafikkarte l t den Bereich in dem das Video Vorsicht bei dem Begriff Videokarte manche Hersteller bezeichnen ihre Grafikkarten mit Videobeschleunigern genauso In der Literatur werden auch die Begriffe Frame Gra
104. odec wird nach 3 fr her oder sp ter alle anderen Codecs verdr ngen Moderne Grafikkarten unterst tzen die Wiedergabe Als reine Softwarel sung ist nach 4 die Qualit t jedoch schlechter als Cinepak Quicktime von Apple mov auf Macintoshrechnern ist das Analogon zu avi unter Windows Inzwischen ist auch ein bersetzer f r Windows erh ltlich so da auf die gro e Mac Video Datenbank zugegriffen werden kann http www public iastate edu 7Estark gutil_sv html Windows 2 2 Hardware Um ein Videosignal digitalisieren zu k nnen ben tigt man neben einem geeig neten Computer noch eine Zusatzkarte Diese Karten werden im zweiten Abschnitt vorgestellt Welche Anforderungen an den Computer gestellt werden beschreibt der folgende Abschnitt 2 2 1 Systemanforderungen F r die Digitalisierung von Videosequenzen sollte ein PC folgende Minimalanforderungen erf llen e DX2 Prozessor mit 66 MHz e 16 MB RAM Arbeitsspeicher e 700 MB Festplatte 21 F r moderne Karten wie zum Beispiel die w hrend dieser Arbeit benutzte Miro DC30 empfiehlt der Hersteller folgende Ausstattung e Pentium PC mit 100 MHz PCI e Win 95 Betriebssystem e 24 MB RAM Arbeitsspeicher e SCSI oder E IDE Festplatten mit hohen Datenraten Speicher gt 1GB e Monitor mit gro er Bildfl che e cine hochwertige Grafikkarte mit mindestens 600 x 800 Pixel in True Color Bei der Analyse bereits existierender Computervideos ergeben sich bis a
105. plementation R DFM usesunitl const creichen 1 procedure TForm2 FormMouseDown Sender TObject Button TMouseButton Shift TShiftState X Y Integer begin if Button mbRight then form1 mediaplayer1 position Bei rechter Maustaste ein Bild weiterspulen forml mediaplayerl position 1 else begin Suchbereicheinschr nken ersten Markierungsrahmen zeichnen if form suchbereicheinschraenkenBtn enabled false then begin markierungx x markierungx2 x markierungy y markierungy2 y canvas pen mode pmnotxor canvas pen style psdash canvas brush style bsclear canvas rectangle x y x y maustaste true exit end if form1 manuellBtn tag 1 then begin manuellclickx x manuellclicky y forml manuellpos exit end Kalibrieren des Bildschirms 1 Anfangspunkt 2 Endpunkt 3 Nullpkt If Form1 EichenBtn Tag 1 then begin Eichungx1 x Eichungy 1 y end if Form1 EichenBtn Tag 2 then begin Eichungx2 x Eichungy2 y end If Form EichenBtn Tag 3 then begin Nullpktx x Nullpkty y end 1644 1646 1648 1650 1652 1654 1656 1658 1660 1662 1664 1666 1668 1670 1672 1674 1676 1678 1680 1682 1684 1686 1688 1690 1692 1694 1696 1698 1700 1702 1704 1706 1708 1710 1712 1714 1716 1718 1720 116 Farbe auslesen If Form1 Panel6 tag 0 then begin xclick x yclick y forml clickfarbe end end end procedure TForm2 FormCreate Sender TObject begin mausta
106. procedure BitBtn1Click Sender TObject private Private Deklarationen public Public Deklarationen end var Form4 TForm4 Streckeinm real implementation R DFM procedure TForm4 BitBtn1Click Sender TObject var code integer begin val editl text Streckeinm code end end 118 1792 1794 1796 1798 1800 1802 1804 1806 1808 1810 1812 1814 1816 1818 1820 1822 1824 1826 1828 1830 1832 1834 1836 1838 1840 1842 1844 1846 1848 1850 1852 1854 1856 1858 1860 1862 1864 1866 unit Unit5 interface uses SysUtils WinTypes WinProcs Messages Classes Graphics Controls Forms clipbrd Dialogs VBXCtrl Chart2fx StdCtrls ExtCtrls Buttons Grids type Form5 class TForm diagramm TChartFX Groupbox 1 TGroupBox x TRadioButton t TRadioButton yt TRadioButton vt TRadioButton vxt TRadioButton vyt TRadioButton at TRadioButton axt TRadioButton ayt TRadioButton SpeedButton1 TSpeedButton Bevell TBevel Bevel2 TBevel Bevel3 TBevel tabelle2 TStringGrid Panell TPanel SpeedButton2 TSpeedButton RadioButton1 TRadioButton RadioButton2 TRadioButton procedure XY Diagr procedure tabellefuellen procedure bereich wert real procedure SpeedButton1Click Sender TObject procedure Radioclick Sender TObject procedure SpeedButton2Click Sender TObject private Private Deklarationen public Public Deklarationen end var Form
107. r Drag and Drop beson ders bei l ngeren Filmen bequem Vor oder Zur ckspulen Beim Klicken auf die Pfeile am Rand der Laufleiste wird die Filmposition um ein Bild bewegt Rechts daneben wird die aktuelle Bildnummer und die Gesamtanzahl der Einzelbilder des Filmes angezeigt Ein Videoclip zeigt eher selten vom ersten bis zum letzten Bild den interessan ten Teil des physikalischen Ablaufs Soll nur ein bestimmter Ausschnitt des Videos analysiert werden so kann man mit den zwei schmaleren Laufleisten die Anfangs und Endposition w hlen In Abb 43 beginnt der zu analysierende Bereich bei Bildnummer 17 und endet bei Nummer 63 Bei der automatischen Analyse kann man den eingeschr nkten Bereich jederzeit ndern Mit dem Playbutton kann man den eingeschr nkten Filmbereich abspie len lassen Im Gegensatz zum normalen Abspielen wird hierbei jedoch Ee jedes einzelne Bild angezeigt Dies kann unter Umst nden einen Zeitlu u peneffekt zur Folge haben 59 Die zeitliche Aufl sung des Filmes wird bei der Digitalisierung leider nicht gespeichert Sie mu vom Benutzer angegeben werden falls dieser bei der sp teren Auswertung quantitative Ergebnisse w nscht Da bei den meisten Filmen vermutlich der kleinstm gliche Zeitabstand zwischen Bildern vorliegen Wie soll die Analyse erfolgen wird ist 25 Bilder s der Vorgabewert Es gibt nun zwei M glichkeiten beim it hen Ent fa t f weiteren Vorgehen Entweder erfa t man die Position manuel
108. r Eichfaktor bestimmt wurde kann man mit der linken Maustaste den Mittelpunkt des Objektes an und danach ein Bild weiterklicken Der Vorgang kann jederzeit abgebrochen werden es darf aber kein Bild ausgelassen werden Der Anwender wird sonst darauf hingewiesen da bei der folgenden Auswertung undefinierte Werte auftauchen werden 4 2 4 Auswertung Wenn man bei der automatischen oder der hv Auswertung manuellen Analyse den Button Auswertung 67 anklickt so ffnet sich ein Fenster zur Anzeige von Diagrammen Vorausset zung ist da zuvor mindestens drei Positionen erfa t wurden Im unteren Teil des Fensters befindet sich die Tabelle mit den Eintragungen der Zeitwerte der gefundenen Koordinaten der berechneten Geschwindigkei ten und Beschleunigungen Bei den Spalten f r die Geschwindigkeiten existiert nat rlich ein Wert weniger bei den Beschleunigungsspalten zwei Werte weniger als in den ersten 2 34177 1 34463 5 09900 5 09900 0 00000 4 72500 4 72500 0 00000 0 040 2 13781 1 34463 5 28800 5 28800 0 00000 4 72500 0 00625 4 72500 0 080 1 92629 1 34463 5 29113 5 28775 0 18900 6 67774 4 71875 4 72500 x Abb 58 Koordinaten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen Spalten 4 2 4 1 Diagramme Auf der linken Seite des Fensters kann man das darzustellende Diagramm w hlen Neun M glichkeiten stehen zur Wahl 68 Diagramm gt y x e Ortsdiagramm f Tut nderung des X We
109. r es in Kapitel 5 an einigen Versuchen vorgef hrt wird 1 Vorstellung bereits existierender Systeme Zur Erfassung einer Objektposition mit Hilfe von Video und Computer kann man prinzipiell zwei Systeme unterscheiden Bei dem einen wird durch eine spezielle Hardware das Videosignal untersucht und nur die Objektposition an den Computer bermittelt Bekannt geworden sind die Systeme Orvico und Carmen Die zweite Methode speichert s mtliche Informationen des Videosignals im Computer und untersucht diese in einem zweiten Arbeitsschritt Kap 1 3 1 1 Orvico Mit Orvico ist eine Onlineverfolgung des hellsten Punktes eines Videobildes m glich Dazu mu eine spezielle Computerkarte in den PC integriert werden Das Videokamerasignal enth lt Farb und Helligkeitsinformationen von jeder Zeile eines Videobildes Die Helligkeitsinformationen werden von der Computerkarte untersucht Sollte das Signal eine einstellbare Helligkeits schwelle berschreiten so kann die Schaltung ber die Zeilenzahl des Bildes die vertikale Koordinate festlegen Die horizontale Koordinate errechnet sich ber die Zeit die seit dem Beginn des Zeilenaufbaus bis zum Erreichen der Schwelle vergangen ist Von der Karte werden anschlie end nur die Koordina ten der Schwellen berschreitung an den Computer bermittelt Als Markierung des Objektes dient je nach Beleuchtung ein wei er Farbfleck oder eine kleine Lampe 1 1 2 Carmen Mit Carmen l t sich der M
110. r3 Position Scrollbar3 Position 1 if Abmessung bottom gt 288 then begin Videoanzeige verkleinern falls bergr e Form2 top 45 Form2 Clientheight 288 Form2 Clientwidth 384 Mediaplayer displayrect Rect 0 0 Form2 clientwidth Form2 clientheight end REIT aseDie Ren sten Kontext Kontextgeoeffnet False AbbrechenBtn visible false screen cursor crdefault end procedure TForml EichenBtnClick Sender TObject var exl ex2 eyl ey2 real begin Panel6 Tag 1 Kein Farbclick von unit 2 Videofenster konfigurieren nach oben bringen Form2 Clientheight Abmessung Bottom Form2 Clientwidth Abmessung Right Mediaplayerl displayrect Rect 0 0 Form2 clientwidth Form2 clientheight if Abmessung bottom gt 288 then Form2 Top 20 Form2 Bringtofront form2 refresh MessageDlg Bitte clicken Sie auf den Anfangspunkt einer Strecke bekannten Ausma es mtinformation mbOK 0 Screen cursor 6 EichenBtn Tag 1 Flagge f r Unit2 1 Eichungswert Eichungx1 1 Hilfswert f r repeat Bedingung Repeat Application processmessages until Eichungx1 lt gt 1 Screen Cursor crdefault MessageDlg Bitte clicken Sie jetzt auf den Endpunkt mtinformation mbOK 0 Screen cursor 6 EichenBtn Tag 2 Flagge f r Unit2 2 Eichungswert Eichungx 2 1 Repeat Application processmessages until Eichungx2 lt gt 1 Screen Cursor crdefault EichenBtn Tag 0 Form4 show Form4 bringtofront 1456
111. ranzahl messagebeep 1 end end R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetBValue Farbe if r lt RSchwelle toleranz then begin if r gt rschwelle toleranz then begin if g lt GSchwelle toleranz then begin if g gt gschwelle toleranz then begin if B lt Bschwelle toleranz then begin if b gt bschwelle toleranz then begin If Radiogroup3 Itemindex 1 then form3 imagel canvas pixels x1 y1 clred if xl lt xmin then xmin x1 if xl gt xmax then xmax x1 if yl lt ymin then ymin y1 if yl gt ymax then ymax y1 end end end end end end end end Form3 refresh Pause Scrollbar4 position altzentrumx zentrumx Da EUR Pen zentrumx xmin xmax div 2 zentrumy ymin ymax div 2 If Checkbox checked then Gezieltesuche If Radiogroup3 Itemindex 0 then begin If not Checkbox 1 checked then Mittelpktzeichnen end If not checkbox1 checked then zeile ins memo Zeileinsmemo zentrumx zentrumy end Bildnr 2 bis ende letzte Bild ist Unsinn If Scrollbar3 position Mediaplayer1 Length then Scrollbar3 Position Scrollbar3 Position 1 for bildnr scrollbar2 position 2 to scrollbar3 position do begin mediaplayer 1 position bildnr xmin a right ymin abmessung bottom xmax 0 ymax zvorausberx zentrumx zentrumx altzentrumx 1226 1228 1230 1232 1234 1236 1238 1240 1242 1244 1246 1248 1250 1252 1254 1256 1258 1260 1262 1264 1266 1268 1270 1272 1274 1
112. rengeht Diese Datenrate reicht f r unsere Zwecke v llig aus Die Digitalisierungskarte Miro DC30 kann bei minimaler Kompression 6 MB s liefern Diese Datenraten leisten bisher nur SCSI oder schnelle E IDE Festplatten Miro bietet im Internet einen Informationsdienst mit Testergebnissen aller g ngigen Festplatten an Die Massenspeicher wurden speziell auf ihre Eignung zur Videodigitalisierung untersucht http www miro de d d2 produkte d24 digitalvideo dc30comp_neud html Die Herstellerangaben der Festplatten Datenrate sind oft durch einen Platten Cache gesch nt 9 Zur Videodigitalisierung ist dieser Cache blich ca 128 KB auf jeden Fall zu klein Bei dem Abspielen von Videos am PC kennt man besonders bei langsameren Rechnern das Problem von nicht flie ender ruckelnder Wiedergabe Dies liegt in der Regel nicht an verlorenen Frames bei der Digitalisierung sondern an einem zu langsamen Rechner beim Abspielen Dieser zeigt dann einige Bilder des Videos nicht an um einen Zeitlupeneffekt zu verhindern Eine Videowie 24 dergabe mit 240 x 180 Pixel in 256 Farben schafft heute fast jeder Rechner problemlos 2 2 2 Digitalisierungskarten Der gr te K uferkreis von Digitalisierungskarten sind Hobbyfilmer Durch das Digitalisieren bieten sich komfortable Bearbeitungsm glichkeiten der privaten Aufnahmen Betitelung Schneiden mit Uberblendungen Nachvertonung und etliche Spezialeffekte Die Karten werden so zum Masse
113. rii esiis 24 2 3 Digitalisierungssoftware ccesccosssonsssssesnnssnnnssonsssnnennnssnnnssnnsnsnnennnssnnnsnunnne 25 3 DIE AUFNAHME VON VIDEOSEQUENZEN 27 3 1 Versuchsaufbau aashtiesneniee Eben bikini 27 3 2 Farbm arkierungen 555 scscssscessesccscavese ceoaccsvsacavecsssaiennesageseuerssiocpeccedeoaseensaeerete 29 3 201 Gro e und FoM esinaine a lau 30 32 2 Faber seen 31 3 2 3 Mat rial steel Besen 31 3 3 Kameraeinstellungen eccssscoesssooecssocsceesosccessscosessoocessosecesosecsessoossssooeese 31 3 311 ZOO u R PE E EA E AT 32 3 3 2 Verschlubzeitet es 33 3 3 3 Belichins msn 34 IH PINUS AI RA EAT TEA EAE EA E E 34 3 3 3 Wei abgleich nenene Le 35 3 3 0 ZUSAIMMEN ASSUNG e na a T EA RTT 35 3 4 Softwareeinstellungen seessosesoocssocessecssccssooesoosesocessccesocesocesoosssosesssesesoeee 36 Dee EAU ao sd lore a a E esse a NaS T 36 3 4 2 Farbs tligune seinen NEA EE K 37 3 4 3 M JPEG Kompressionsfaktor 0 sc eeeceessecsseceseeeseeeeseecaecnseenseeeaees 40 SAA Systeme mste mee ths esse ebene en 41 4 BESCHREIBUNG DES PROGRAMMS VIANA 43 4 1 Entwicklun2 28220 una 43 4 1 1 Die Videodarstellung sans lea 44 4 1 2 Auslesen von Farbinformationen ccccccessssceceeeensececsssseeeesssteeeens 45 4 1 3 Die Suche nach bestimmten Farben u02204002200snsnneensnnennen 46 41 ZWeitsucher ans Ders 49 4 1 5 Mittelpunktsberechnung sweet pman bssdn 49 41 6 Darbubermalme an u eE E Se ale
114. rkannt werden Bei der letzten Vergr erung Faktor 27 1 zeigt sich Abbildung 28 die Kl tzchenbildung durch die Unterteilung des Bildes in 8x8 Pixel gro e Bereiche Der erkannte Mittelpunkt kann damit ein bis zwei Pixel neben der tats chlichen Position liegen Solch hohe Kompressionsfaktoren sind jedoch nur bei sehr langsamen Rechnern n tig Zur Verdeutlichung der M JPEG Fehler wurde eine bewu t kleine Markie rung und eine unruhige Umgebung gew hlt siehe Kap 3 1 3 4 4 Systemeinstellungen Werden w hrend des Digitalisierens lost frames angezeigt so kann das an den Grundeinstellungen des Systems liegen Folgende Ma nahmen tragen zur Vermeidung dieses Problemes bei 1 Der Festplattenbereich in den die Daten geschrieben werden sollte nicht zerst ckelt sondern zusammenh ngend sein Beim Springen des Schreib kopfes stauen sich sonst die Daten Bewerkstelligen l t sich das mit dem Hilfsprogramm Defrag 42 2 Die bertragungsrate einer Festplatte ist abh ngig von der Geschwindigkeit v zwischen Schreibkopf und Magnetscheibe In den u eren Spuren der Platte ist diese nat rlich gr er als in den inneren v r konst Festplatten werden von au en nach innen beschrieben sie sind gegen Ende ihrer Speicherkapazit t also langsamer Um den schnellen Anfangsbereich zu nutzen ist es also sinnvoll entweder ein zweites leeres Laufwerk zur Digitalisierung zu nutzen oder eine Festplatte zu partitio
115. rte Cursor in das Projekt mit eingebunden Zeile 2321 NE Das Videobild wird hierbei ber den ganzen Bildschirm dargestellt Zeile 872 875 um dem Benutzer bestm gliche Arbeitsbedingungen zu bieten Diese Gro darstellung erm glicht au erdem Sch lern die weit entfernt vom Bildschirm sitzen das Video noch zu erkennen 4 2 Bedienung In diesem Abschnitt soll die Oberfl che des Programmes und ihre Einstellm g lichkeiten dargestellt werden Bei der Entwicklung von VIANA wurde versucht die Bedienung so einfach wie m glich zu halten Vom Anwender wird lediglich vorausgesetzt typische Windowselemente benutzen zu k nnen Um die Ubersichtlichkeit zu erhalten werden 7 Mittelpunkt e w hrend des Ablaufs alle nicht sinnvollen Ein 7 gefundene Bildpunkte stellm glichkeiten unsichtbar Stellt man zum Beispiel die Option Mittelpunkt anzeigen aus so wird automatisch die Wahl m glichkeit zwischen Kreuz oder Punkt unsichtbar Um den Umgang mit VIANA m glichst schnell zu lernen wurden viele Buttons mit Symbolen versehen welche die Funktion verdeutlichen sollen Bei kurzem Verweilen des Mauszeigers auf eee einem Element erscheint ein gelber Hilfetext zur Erl uterung Kompliziertere Eingaben wie zum Beispiel das Kalibrieren des Bildschirmes werden durch Hinweisfenster unterst tzt um den Bediener ber den n chsten Schritt aufzukl ren Das Wechseln des Mauszeigeraussehens soll d
116. rtes ber der Zeit Q y t e nderung des Y Wertes ber der Zeit C v t e Gesamtgeschwindigkeit ber der Zeit vw t e Geschwindigkeit in x Richtung ber der Zeit C vfyj t e Geschwindigkeit in y Richtung ber der Zeit Pr e Gesamtbeschleunigung ber der Zeit C a t e Beschleunigung in x Richtung ber der Zeit C aly t e Beschleunigung in y Richtung ber der Zeit Abbildung 59 4 2 4 2 Diagrammformat Das zuerst angezeigte Diagramm ist die y x Darstel lung der Me werte ber dem Diagramm befinden sich einige Werkzeugbuttons W hlt man eine andere Darstellung als die Ortskurve so erweitert sich die Buttonleiste um weitere f nf Alle Buttons dienen Abbildung 60 zum ndern des Diagrammformates ELL Mit diesen Buttons kann ein horizontales oder vertikales Raster eingeblendet werden siehe Abbildung 64 ey Hierbei ffnet sich ein Standardfenster zum Einstellen verschiedener Optionen Skalieren der Achsen Aussehen der Markierungspunkte Kreis Dreieck Quadrat e Anzeigen der Nullinie s Abbildung 63 Abbildung 66 e Anzeige von Werten neben den Markierungspunkten s Abbildung 65 Das Diagramm erh lt eine Eq r umliche Tiefe ne 7 e ae am ame am SF OO OO ame ww ww _ VITAE ESM EN aN EHER EBEN DAMEN yom Abbildung 61 Fl chendiagramm Die Fl che zwischen Kurve und Nullinie BE wird gef llt PPS ESO CAHN Ai Sete RAs SeT SSNs Tee inoa Abbildu
117. s Fernsehers entsteht noch der Eindruck da das Bild flimmert Aus diesem Grund wurde das Zeilensprungverfahren Interlace Darstellung erfunden welches sich die Tr gheit des menschlichen Auges zunutze macht Dabei wird ein Bild so in zwei Halbbilder zerlegt da alle ungeraden und alle geraden Zeilen je ein Halbbild erzeugen Abbildung 2 Diese werden nun mit 50 Hz der Frequenz unseres Stromversorgungsnetztes bertragen so da scheinbar gt Comission Consultative Internationale de Radiocommunications S quentielle Coleur M moire National Television System Commitee High Definition Television 11 ein 50 maliger Bildwechsel pro Sekunde entsteht Die Bildwechselfrequenz fiir ein Vollbild betr gt aber immer noch 25 Hz Abbildung 2 Interlace Ein Standardmonitor hat dagegen aus ergonomischen Gr nden eine viel h here Bildwiederholfrequenz und arbeitet im Non Interlaced Modus 2 1 1 3 Videosignale Das dritte Vergleichskriterium in Tabelle 1 ist das Signal mit dem die Bildin formationen bertragen werden Computermonitore werden von der Grafikkarte durch RGB Signale angesteuert Wie Young und Helmholtz erkannten lassen sich mit den drei Grundfarben Rot Gr n Blau nach der additiven Farbmischung alle anderen Farben darstellen Technisch wird auf drei getrennten Leitungen der jeweilige Pegel des Farbanteils bermittelt Eine vierte Signalleitung bertr gt Synchronisationsinformationen der Bi
118. s chlichen Mittelpunkten verdeutlichen u In den meisten F llen trifft das Me system unter Ber cksich tigung der Quantisierung die korrekten Koordinaten In einigen F llen liegen sie jedoch ein Pixel daneben Abbildung 72 Diesen Fehler bei der Erfas sung der Me werte mu man je nach Qualit t des vorliegenden Filmes neu bewerten Zum Beispiel kann bei einem schlecht ausgeleuchteten Ball mit Schattenwurf der erkannte Mittelpunkt auch drei Pixel oder mehr abweichen Bei nur einer Lichtquelle kann der Schatten w hrend der Bewegung wandern Auch solche systematischen Fehlerquellen m ssen je nach Fall beurteilt werden 75 Beim manuellen Erfassen der Position durch Mausklick mu auch ein Fehler von einem Bildpunkt angenommen werden Au erdem gibt es einen Fehler beim Kalibrieren des Bildschirmes Beim Anklicken einer bekannten Strecke mu von einer Genauigkeit von 1 Pixel ausgegangen werden Ein Fehler durch ungenaue Eichstrecken kann in der Regel vernachl ssigt werden Diese k nnen zum Beispiel auftreten wenn eine Me latte nicht paral lel zur Kameraebene aufgestellt wird Auch Fehler durch Kissen oder Tonnenverzerrungen der Kamera sind bei dem Vermeiden von Extremzooms im Verh ltnis zu den genannten Fehlern unbe deutend 5 1 Der schr ge Wurf Um eine berpr fung der Me methode durchzuf hren eignet sich der freie Fall besonders Zum einen ist das theoretisch erwartete Ergebnis genau bekannt zum
119. s nderung beachten F r die Videoanalyse bringt das keine entscheidenden Vorteile 40 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 Pixelanzahl 2 000 Abb 26 Max 1 000 An 50 S ttigung 100 150 200 250 Farbwert Abbildung 25 3 4 3 M JPEG Kompressionsfaktor Vergleicht man die Qualit t zweier Videos von denen einer mit einem M JPEG Faktor von 3 1 und der andere mit 27 1 digitalisiert wurde findet man beim Abspielen kaum Unterschiede wohl aber bei der Einzelbildbetrach tung Um das zu zeigen wurde eine relativ kleine blaue Markierung gefilmt Abb 27 und mit unterschiedlichen Kompressionsfaktoren digitalisiert An schlie end wurde das Bild nach dem Blauton durchsucht Abbildung 28 zeigt die 6 fachen Vergr erungen des blauen Kreises und rechts daneben die Suchergebnisse Pixel mit einem hnli chen Farbton wie der Mittelpunkt wurden schwarz gekennzeichnet 41 Bei der ersten Vergr erung Kompressionsfaktor 3 1 in Abbildung eS 28 ist das Blau relativ einheitlich nur am Rand treten Verf lschungen auf siehe Kap 3 3 1 Darunter Faktor 12 1 sind die Blaut ne der einzelnen Pixel schon unterschiedli amp da cher Man mu also nach einem gr eren Blaubereich suchen genaue Vorgehens weise s 4 1 3 Dies kann zur Folge haben da auch andere Pixel des Bildes die nicht zur Markierung geh ren aber on De zuf llig auch in diesen Blaubereich fallen e
120. s gefilmten Objektes Die Anzeige und der Umgang mit Videoclips im DOS Modus ist sehr umst ndlich Einfacher gestaltet sich diese Arbeit auf einer h heren Computerebene wie OS 2 Windows etc Da Microsoft Windows im PC Bereich gro e Verbreitung gefunden hat st tzt sich das Programm auf die Vorteile dieses Betriebssystemes Windows bietet dem Programmierer die M glichkeit auf g ngige Funktionen zur ckzugreifen Die gro e Anzahl von Einzelfunktionen sind ber Windows API ansprechbar Um unter einer Programmiersprache wie Turbo Pascal oder Basic die M glichkeiten dieser nicht sehr benutzerfreudlichen Windows Unterprogramme nutzen zu k nnen w re eine sehr lange Einarbeitungsphase n tig Mit dem Erschaffen der objektorientierten Sprachen wie Visual Basic oder Delphi wurde dieser Mi stand abgeschafft Der Programmierer mu nur noch in Ausnahmef llen eine Windows API direkt ansprechen Damit das Programm auch in der Schule eingesetzt werden kann mu es dem Benutzer eine m glichst benutzerfreundliche und verst ndliche Oberfl che bieten Au erdem sollten von dem Anwender nicht zu viele Parameterangaben gefordert werden die ihn verwirren k nnten In Abschnitt 4 1 werden die wesentlichen Passagen des Programmaquelltextes dokumentiert und in 4 2 die Bedienung der Oberfl che vorgestellt 4 1 Entwicklung Zur Entwicklung des Programmes wurde die Programmierumgebung Borland Delphi 1 0 verwendet Viele Sprachelemente
121. sebene zu erzielen sind mehrere Schwarzlichtr hren n tig Mit nur einer schwachen Lampe mu man diese sehr nah an das Objekt aufstellen Dies hat jedoch zur Folge da die Markierung an verschiedenen Orten einmal zu stark und das andere mal zu schwach leuchtet 3 2 3 Material Markiert man das zu verfolgende Objekt mit fl ssiger Farbe so sollte man ausschlie lich matte Farbe verwenden Bei gl nzenden Farben kann es bei einzelnen Bildern durch Reflexion zu Farbverschiebungen kommen Auch bei ausgeschnittenen Papiermarkierungen ist auf eine matte Oberfl che zu achten Geeignet scheint hier Tonpappe 3 3 Kameraeinstellungen Die Einstellm glichkeiten verschiedener Kameras unterscheiden sich je nach Preisklasse Die in diesem Kapitel beschriebenen Grundeinstellung sind jedoch schon bei einfachen Kameras m glich Auch wenn ich mich hier auf den Kameratyp Sony CCD TR707E PAL beziehe d rfte eine bertragung auf andere Kameras nicht schwer fallen 32 3 3 1 Zoom Je nachdem wie weit die Kamera von dem bewegten Objekt aufgestellt wird mu man den Bildausschnitt mit der Zoomeinstellung anpassen Die Bewegung sollte ber den ganzen Bildbereich verlaufen um so eine maximale rtliche Aufl sung zu erzielen Ein kleiner Sicherheitsabstand vom Rand ist jedoch sinnvoll da hier manchmal Signal bertragungsfehler und damit unvorhersehbare Farben auftauchen k nnen Grunds tzlich zu vermeiden sind Extremeinstellungen des Zooms
122. ste false end procedure TForm2 FormMouseMove Sender TObject Shift TShiftState X Y Integer begin if not maustaste then exit canvas rectangle markierungx markierungy l markierungx2 markierungy2 markierungx2 x markierungy2 y canvas rectangle markierungx 1 markierungy 1 markierungx2 markierungy2 end procedure TForm2 FormMouseUp Sender TObject Button TMouseButton Shift TShiftState X Y Integer begin if Form 1 suchbereicheinschraenkenBtn enabled true then exit maustaste false screen cursor crdefault Form1 SuchbereicheinschraenkenBtn enabled true canvas rectangle markierungx markierungy 1 markierungx2 markierungy2 if a RGN ees then begin x Markierungx1 Markierungx 1 Markierungx Markierungx2 x end if Markierungy 1 gt Markierungy2 ae begin Markierungy ee Markisrimey Markierungy2 y end x cursor nil orm1 Scrollbar2 Tag gt 288 then begin messagebeep 1 Markierungx Markierungx 1 Form1 Scrollbar1 Tag div 384 Markierungx2 Markierungx2 Form1 Scrollbar1 Tag div 384 Markierungy Markierungy Form1 Scrollbar2 Tag div 288 Markierungy2 Markierungy2 Form1 Scrollbar2 Tag div 288 end if MessageDlg Horizontal inttostr markierungx 1 inttostr markierungx 2 10 13 Vertikal inttostr markierungy 1 inttostr markierungy2 mtInformation mbYes mbNo 0 mrYes then exit else begin markierungx1 0 markierungy 1 0 markierungx2 clientwidth markieru
123. te Graphikmodul in vielf ltiger Weise dargestellt werden Besonderer Wert wurde auf eine bedienbare und bersichtliche Oberfl che gelegt Mit VIANA wird die automatische Analyse einiger Versuche die besonders reibungsarm und damit ber hrungsfrei ablaufen m ssen erst m glich Der Fehler bei der Positionsbestimmung kann bei geeigneten Einstellungen eine Bildschirmeinheit unterschreiten Die Kosten des Systems sind im Verh ltnis zu vergleichbaren Me wertsyste men gering Geht man nach 14 davon aus da zuk nftige Standard Rechner Digitalisierungskarten beinhalten und au erdem eine Videokamera verf gbar ist wird sich der Preis auf Null reduzieren Doch auch wenn keine Videokarte vorhanden ist kann man das Programm nutzen Inzwischen sind viele physikalisch relevante Digitalfilme erh ltlich s Anhang Das Angebot hat sich allein w hrend der Zeit dieser Examensarbeit weiter vergr ert Damit stehen auch Sequenzen zur Verf gung die nicht selbst gefilmt werden k nnen Fallversuch auf dem Mond Crashtest Das Untersuchen solcher Fremdvideos ist auch auf leistungsschwachen Rechnern m glich Mit Hilfe des Me systems kann sich der Physikunterricht st rker der didakti schen Forderung nach Alltagsorientierung stellen denn es erm glicht die Analyse zuvor gefilmter Realvorg nge oder Sequenzen aus dem Fernsehen Bewegungen aus verschiedensten Themengebieten lassen sich so in der Schule teilweise f cher bergreif
124. ter zusammenzuf gen Diese Aufgabe l t sich mit allen Tabellenkalkulationsprogrammen oder Texteditoren bewerkstelligen Um dies zu demonstrieren wurde ein Film der die chaotische Bewegung eines Spaceballs darstellt drei mal analysiert die Datenreihen exportiert und anschlie end in Exel zusammengefa t Das Ergebnis zeigt Abbildung 92 89 x y Diagramm Abbildung 92 Wieviele Objekte VIANA noch getrennt voneinander erkennen kann h ngt im Wesentlichen von dem Geschick bei der Film aufnahme ab Die gew hlten Farben d rfen nat rlich nur wenig hnlichkeit miteinander besitzen Bei der Untersuchung einer gefimlten Farbpalette wurden sieben unterscheidbare Farben gefunden Abbildung 93 Jedes Farbfelder wird vollst ndig erkannt ohne da der numerierten Viana ein Pixel in den anderen sechs findet Abbildung 93 In einem Versuch k nnten damit sieben Objekte verfolgt werden Wei Schwarz Grau und Braun k nnen im Hintergrund der zu verfolgenden Objekte meist nicht vermieden werden daher wurden sie hier nicht untersucht 90 6 SchluBwort Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Mefwert Erfassungssystem VIANA entwickelt und vorgestellt welches sich zur Untersuchung von zweidimensio nalen Bewegungen eignet Mit Hilfe dieses Programmes lassen sich Objektpositionen automatisch bestimmen und ber einen langen Zeitraum verfolgen Die gewonnenen Koordinaten k nnen durch das integrier
125. tiert man sich an der Natur Menschliche Sinnesorgane nehmen gro e Datenmengen auf weit mehr als das Gehirn tats chlich verarbeiten kann Allein an visuellen Informationen erreichen das Auge pro Sekunde 800 Megabyte Diese werden bei der Weiter leitung an das Gehirn um etwa den Faktor 100 reduziert 5 Dabei werden Informationen die nicht entscheidend zum Sinneseindruck beitragen unter dr ckt Die audiovisuellen Kompressionsverfahren untersuchen die Daten auch nach unwichtigeren Informationen Es gibt grunds tzlich zwei verschiedene M glichkeiten f r eine Kompression e Softwarekompression Die Kompressions und Dekompressionsalgorithmen liegen als Programme vor Vorteile sind da diese Methode kosteng nstig ist und sich das erstellte Video auf anderen Computern die entsprechende Dekomprimierungstreiber installiert haben wieder abspielen l t Bei dem Betriebssystem Win95 sind alle g ngigen Videotreiber bereits integriert Eine hochwertige Softwarekompression ist jedoch sehr rechenintensiv Da die gesamte Komprimierung und Dekomprimierung von dem Prozessor bernommen wird ist diese M glichkeit relativ leistungsschwach Viele Kompressionsalgorithmen arbeiten asymmetrisch d h sie ben tigen beim Komprimieren mehr Zeit als beim Dekomprimieren Das Abspielen eines Videos in voller Aufl sung und 25 Bildern pro Sekunde auf Software 14 basis ist schon m glich F r die Komprimierung ist das in naher Zukunft nicht zu erw
126. uf l ngere Wartezeiten keine Probleme durch langsame Rechner Nur die Grafik karte und der Monitor sollten auch hierbei obigen Anspr chen gen gen 2 2 1 1 Monitor und Grafikkarte Zur Analyse digitaler Videosequenzen sollten auf dem Bildschirm folgende Fenster sichtbar sein 1 Das aktuelle Videobild 2 Einige Bedienelemente des Programms 3 Die Anzeige des Suchergebnisses Bei einer Aufl sung von 600 x 800 Pixel kann es zu Problemen bei der Anzeige aller Fenster kommen Besser ist eine Aufl sung von 1024 x 768 in True Color Falls jedoch in diesem Modus die Farbtiefe nicht mehr m glich ist empfielt es sich die Einstellung 600 x 800 Pixel beizubehalten 2 2 1 2 Festplatte Die Geschwindigkeit der Festplatte ist ein wesentlicher Punkt f r eine erfolg reiche Digitalisierung Der M JPEG Kompressionsfaktor kann so angepa t werden da das System die Daten gerade noch verarbeiten kann Dabei sollte aber ein gewisser Sicher heitsspielraum gelassen werden Die Datentransferrate der Festplatte sollte ca 22 um 1 3 h her sein als die erzeugte Datenrate der Videokarte 8 Wird diese Leistungsreserve zu klein gew hlt so k nnen kleine St rungen das System berlasten und einen Datenstau verursachen Die Bilddaten k nnen nicht rechtzeitig gespeichert werden bevor 1 25 s sp ter die Daten f r das n chste Bild geliefert werden In so einem Fall l t die Digitalisierungssoftware ein Frame einfach unter den
127. ultimedi Trebi h udiogeii Zep MOHA und dratuments 14 Menge Formaten und so l t sich nicht jeder Lneirsardde Film dieser Endung unter Windows abspielen Voraussetzung ist da der er Codec mit dem der Film erstellt wurde 3 m m2 auch als Treiber installiert ist Die blichen Codecs sind Videol RLE terms Cinepak und Indeo s Abbildung 4 zu erreichen unter Start Systemsteuerung Multimedia Ab dem Betriebssystem Abbildung 4 Videotreiber Win95 sind die Codecs in dem Betriebssystem integriert f r ltere Windowsversionen werden sie im Internet kostenlos angeboten z B unter http members aol com raacc wim html Die Codecs unterscheiden sich in wichtigen Einzelheiten e RLE Dieser ltere Softwarekompressor arbeitet nach der Run Lenght Encoding Methode siehe Lossless Kompression Die Farbtiefe betr gt jedoch nur 8 Bit e Video1 ist ebenfalls schon lter und arbeitet auch mit einer Farb reduktion auf blicherweise 8 max 16 Bit Er ist zum Einsatz auf alten Rechnern sinnvoll bei denen SCompressor Decrompressor 20 geringe Datenraten bei passablen Ergebnissen gew nscht werden e Cinepak l t Kompression in True Color 24 Bit Farbtiefe zu Die Bildqualit t ist hochwertig Es ben tigt zum Komprimieren wesentlich mehr Rechenzeit ab Faktor 60 als zur Wiedergabe asymmetrisches Verfahren Die Kompressionsrate liegt bei ca 10 1 e Indeo Dieser ausgereifte C
128. unkt vor w hrend in deutschsprachigen Programmen ein Komma erw nscht ist In den Zeilen 2086 2121 werden die Daten in das jeweils gew nschte Format umgewandelt und in die Zwischenablage kopiert In den Zeilen 2116 2118 werden sie zus tzlich in einer Datei gespeichert Nach dem Aufrufen eines externen Programmes k nnen sie so entweder mit Bearbeiten Einfiigen oder mit Datei gt ffnen importiert werden das Fehlen einer Delphi typischen Hilfe erschwerte das Programmieren erheblich 7 B Easyplot Stanfort Graphics ect 55 Analysiert man Filme mit mehreren hundert Einzelbildern so kann es bei dem Zwischenspeichern aller Werte f r Koordinaten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen vor dem Export zu einem Speicher berlauf kommen Aus diesem Grund werden neben der Zeit nur die x y Koordinaten bertragen 4 1 11 Stroboskopbild Damit die abstrakten Datentabellen mit der anschaulichen Bewegung des Objektes im Videofilm leichter in Verbindung gebracht werden k nnen wurde die Darstellung des gesamten Bewegungsablaufes in einem Bild realisiert Dazu wird zu Beginn ein komplettes Videobild in ein zweites Fenster kopiert Zeile 546 Anschlie end wird nach der Objektposition in dem Folgebild gesucht Um den gefundenen Mittelpunkt des Objektes wird nun ein kleiner Bildbereich in das zweite Fenster kopiert Zeile 620 641 Wird die Gr e des kopierten Bereiches vom Benutzer richtig eingestellt so erscheint nur das
129. us Visti Einheit AEinheit re 4 4m s a y t Diagramm Abbildung 79 Die Beschleunigung betr gt entweder 8 6 m s oder 13 0 m s2 Dazwischen existieren keine Werte Wird die Position des Objektes ein Pixel weiter oben oder unter erkannt so springt der Beschleunigungswert gleich um 4 4 m s nach oben oder unten Abbildung 79 Die konstante Linie in dem Diagramm zeigt den tats chlichen Wert von 9 81 m s2 80 Die Werte der Beschleunigung wurden zwar korrekt erkannt das Problem liegt vielmehr in der begrenzten Aufl sung des Filmes von 288x384 In dem Beschleunigungs Diagramm l t sich h ufig eat aa folgender Verlauf erkennen Zwei Beschleunigungswerte wurden als 8 6 m s erkannt Dadurch wurde das Objekt laut A ge Me wertsystem weniger beschleunigt als das in der Realit t der Fall war Durch den dritten Wert mu dies wieder ausgeglichen werden W hrend bei der Analyse des M JPEG Filmes offenbar keine Position falsch erkannt wurde treten a y t Diagramm Cinepack bei der Analyse des Cinepak Filmes deutliche Fehler auf In dem Beschleunigungs diagramm links liegen auch Werte bei 4 2 und 17 4 m s Durch aly m s die Deformierung des Objektes s Abb 74 erkennt das Programm Abbildung 80 Viana die Position nicht mehr richtig N hert man die y t Werte jedoch durch eine Fit Kurve und differenziert diese zwei mal so erh lt man g 10 2 m s 4 Ab
130. utton Bildanalyse Nach Bet tigung ffnet sich das Suchergebnisfenster Man schiebt das Fenster am besten an eine Position auf dem Bildschirm wo es am wenigsten st rt Angezeigt werden die Pixel in der Farbe der Filmvorlage Ist die Toleranz zu niedrig eingestellt so zeigen sich nur einige Pixel des Objektes Abb 51 In dem Falle erh he man die Toleranz und klicke erneut Bildanalyse Wurde der Wert zu hoch gew hlt so zeigen sich au erhalb der Markierung noch erkannte Pixel Abb 49 Man mu die Toleranz also wieder verkleinern bis nur Bildpunkte innerhalb des Objektes gefunden wurden Abb 50 Von dieser Einstellung sollte man jedoch etwas nach unten abweichen um eine problemlose Erkennung der Objektposition in den Folgebildern zu erm glichen Abb 51 Abb 50 Startet man nun die Analyse des Fil ly Filmes so k nnte sich je nach Film ein Suchergebnis wie in Abb 52 zeigen Das erste Bild ist in diesem Falle unten Ab dem vierten Bild trat durch schlechte Beleuchtungsverh ltnisse offenbar eine eocet Farbver nderung ein Nach dem Einschalten der Farb bernahme ist das Ergebnis schon besser Abb 53 Eine aktivierte Farb bernahme ist bei fast allen Filmen sinnvoll Sollte die Farbe die aus der Markierung Abb 52 Abb 53 bernommen werden sollte zu sehr von der Suchfarbe des Vorbildes abweichen so gibt das Programm einen Signalton aus und die alte Suchfarbe bleibt
131. weichung von dem Literaturwert Das Streuen der Me werte wirkt sich durch dieses Verfahren nicht bedeutend auf das Ergebnis aus Bei der h heren Aufl sung von 768x576 verringert sich der Wert 4 4 auf die H lfte Bei der Erzeugung der Filme in dieser Aufl sung traten jedoch technische M ngel bei der Digitalisierungskarte auf die sich nach meiner Examensarbeit ber den Garantieanspruch beheben lassen werden 81 Beschleunigungsdiagramme wie Abbildung 80 sind im Unterricht ungeeignet au er man thematisiert die Problematik der Aufl sung Werden nicht die Me werte sondern die Fit Kurve abgeleitet so ergeben sich Diagrame ohne Streuung Abb 81 v y t Diagramm cinepack Fit a y t Diagramm cinepack Fit 6 5 ob 2b 5 S S gt oo 2 Fe 10 L 15 1 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 y 10 2x 4 53 R 0 00117 max dev 0 0198 t s t s Abb 81 Ableitungen der Fit Kurve Analysiert man die Bewegung des Flummis auch vor und nach der Bodenbe r hrung der gesamte Bewegungsablauf ist in Abbildung 68 zu sehen so erh lt man das Geschwindigkeitsdiagramm in Abbildung 82 und das Beschleunigungsdiagramm in Abbildung 83 na os Ee er z NO N A er M w wi aa 1 C POE Sr or im f m Der hs ae Sl x Br aya Er au Das een NEER PRO aw ttt noted Abbildung 82 v y t Abbildung 83 a y t 37
132. weise 10 B s so stimmen Bild und Zeitinformationen nicht mehr berein Abbildung 19 Abbildung 19 Zeitverschiebung 37 Bei einer Bildrate von 10 Bildern pro Sekunde m te jedes zweieinhalbte Bild des Filmes aufgenommen werden Da aber kein Bild zum Zeitpunkt 100 ms existiert wird einfach das n chste Bild digitalisiert Dieses Bild zeigt das Objekt jedoch zum Zeitpunkt 120 ms Die Position des Hammers ist in Abbildung 19 also schon ein St ck weiter als in der Realit t zum Zeitpunkt 100 ms Bei 200 ms stimmen Zeit und Bildinformationen wieder berein Damit ist jede zweite Bildinformation zeitlich leicht verschoben und es darf bei der Analyse nicht mehr von konstanten Zeitintervallen zwischen den Bildern ausgegangen werden Sinnvolle Bildraten sind also 1 5 oder 25 Bilder pro Sekunde 3 4 2 Farbs ttigung In diesem Abschni ll gezeigt diese bsc MSO en miroYIDEO DC30 Video Einstellungen x werden da sich durch das Erh hen Eingang Standard Abtast Typ S Video PAL X Quadratisch x der S ttigungseinstellung eine far gung 8 V Yideo Durchgang Videobasis Auflosung 768 x 576 bige Markierung besser von dem __ Videoeinstellungen Fr Heligkeit 4 f ze Hintergrund unterscheiden l t Abbruch Kontrast a u DE Hilfe S ttigung 4 wje Voreinstellung ch rfe Ki u wfo f Digitalisiert man eine sehr leuch tende Farbvorlage so erscheint diese in dem erzeugten Computer
133. wsumme ymwsumme ymin ymax div 2 inc Reihenanzahl end end If Reihenanzahl lt gt 0 then yzentrumgenau ymwsumme div Reihenanzahl s Meldung oben zeile ins memo Zeileinsmemo xzentrumgenau yzentrumgenau If Radiogroup3 Itemindex 0 then GenauenMittelpktzeichnen end procedure TForm1 Farbuebernahme var r b g byte Altfgleichneuf boolean begin Altfgleichneuf false 456 458 460 462 464 466 468 470 472 474 476 478 480 482 484 486 488 490 492 494 496 498 500 502 504 506 508 510 512 514 516 518 520 522 524 526 528 530 toleranz SpEToleranz V alue Farbe Getpixel Kontext zentrumx zentrumy R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetBValue Farbe if r lt RSchwelle toleranz then begin if r gt rschwelle toleranz then begin if g lt GSchwelle toleranz then begin if g gt gschwelle toleranz then begin if B lt Bschwelle toleranz then begin if b gt bschwelle toleranz then begin AltFgleichneuF true end end end end end end if not AltFgleichneuF then messagebeep 1 else begin e A end editl text inttostr rschwelle edit2 text inttostr gschwelle edit3 text inttostr bschwelle Bildnummer if altfgleichneuf then Farbanzeige end procedure TForm1 ScrollBar1Scroll Sender TObject ScrollCode TScrollCode var ScrollPos Integer begin Label6 caption inttostr scrollbar1 position inttostr mediaplayerl length Mere position scrollpos
134. x ymin div 2 1 end end procedure TForm1 Filmladen1 Click Sender TObject begin Panel visible false Panel8 visible false Panel5 visible false Diagrammbtn visible false AnalyseBtn visible false FilmanalyseBtn visible false Eichenbtn visible false SuchbereicheinschraenkenBtn visible false Memol visible false Form3 visible false Eifak 1 Eichfaktor 1 tabelle visible false tabelle rowcount 2 Form2 visible false Film_ladenclick Form1 end procedure TForm1 ManuellBtnClick Sender TObject var pos integer begin Mediaplayer1 display form7 form7 show form2 visible false Form Mediaplayer1 displayrect Rect 0 0 Form7 clientwidth Form7 clientheight Mediaplayer 1 position scrollbar2 position nullpkty Form7 height nullpktx 0 Form6 show Form bringtofront Scrollbar1 Tag Form7 clientwidth Scrollbar2 Tag Form7 clientheight end rocedure TForm1 AutomatischBtnClick Sender TObject egin Panel6 visible false Panel7 visible true Panel8 visible true Panel5 visible true Stroboskopbildl enabled true AnalyseBtn visible true FilmanalyseBtn visible true DiagrammBtn visible true Eichenbtn visible true SuchbereicheinschraenkenBtn visible true fiir Unit 2 M bottom Nullpktx 0 Scrollbar1 Tag Abmessung right Scrollbar2 Tag Abmessung bottom en end procedure TForm1 SerollBar2Change Sender TObject egin If alla p n
135. xzentrumgenau sqr y 1l yzentrumgenau then Pa aes Diesel elvis end end end Fuellung etwas kleiner For yl Grenzeyanf to Grenzeyende do begin For x1 Grenzexanf to Grenzexende do begin if sqr spinedit value div 2 gt sqr x1 xzentrumgenau sqr y1 yzentrumgenau then form3 imagel canvas pixels x1 y1 getpixel kontext x1 y1 end end end bernahme der neuen Farbe Farbe Getpixel Kontext xzentrumgenau yzentrumgenau R GetR Value Farbe G getgvalue farbe B GetBValue Farbe if r lt RSchwelle toleranz then begin if r gt rschwelle toleranz then begin if g lt GSchwelle toleranz then begin if g gt gschwelle toleranz then begin if B lt Bschwelle toleranz then begin if b gt bschwelle toleranz then begin AltFgleichneuF true end end end end end end if not AltFgleichneuF then igs Need A else begin gschwelle g bschwelle b rschwelle r end AltFgleichneuF false edit text inttostr rschwelle edit2 text inttostr gschwelle edit3 text inttostr bschwelle Bildnummer forml refresh Farbanzeige Application processmessages if Unterbrechtaste then break end releasedc fensterh kontext kontextgeoeffnet false screen cursor crdefault abbrechenbtn visible false end procedure TForm1 CheckBox3Click Sender TObject 686 688 690 692 694 696 698 700 702 704 706 708 710 712 714 716 718 720 122 724 726 728 730 132 734 736 738 740 742 744 74
136. z sollte nun deutlich darunterliegen er wird nur ben tigt um im Extremfall mindestens einen Pixel des Objektes zu finden Zur Kontrolle ob die Gr e des Suchgebietes richtig gew hlt wurde aktiviere man unter Suchgebiete gt Objektgr e die Anzeige des t rkis dargestellten Bereiches In Abb 54 wurde e die Filmanalyse beim fiinften Bild unterbrochen bevor die Zweitanalyse das rote Suchergebnis der Erstanalyse bermalen ry konnte In dem Beispiel waren die Einstellungen Toleranz 20 Zweittoleranz 100 Objektgr e 32 Abb 54 W hlt man anstelle der einfachen Suche die Option Position vorherbestim men so zeigt sich das letzte Eingabefeld Mit dieser Option hat man die M glichkeit sc INN den Analyseproze zu beschleunigen Durch Errechnen eines Geschwindig keitsvektors kann die erwartete Position vorhergesagt werden Durch das Eingabefeld hat man die M glichkeit die Gr e des Suchgebietes um diesen Punkt einzustellen Je nachdem wie gro die Beschleunigung auf das Objekt ist weicht es von dieser Position ab Um die Einstellung zu kontrollieren aktiviere man unter Suchgebiete gt Abweichung die Anzeige des gelben Gebietes Die ersten beiden Bilder k nnen nicht vorhergesagt daher auch keine Gebiete gezeichnet werden In Abbildung 55 wurde der Wert der m glichen Abweichung aus Darstel lungsgr nden sehr klein gew hlt Er sollte aber Abbildung 55 eher zu gro als zu klein
137. ze if Messagedlg Soll die Tabelle au er in der Zwischenablage noch in einer Datei gespeichert werden mtconfirmation mbyes mbno 0 mrno then exit datname if Forml savedialogl execute then Datname Form1 saveDialog1 Filename try Forml memol lines savetofile datname except end end unit Unit6 interface uses SysUtils WinTypes WinProcs Messages Classes Graphics Controls Forms Dialogs StdCtrls ExtCtrls Buttons type Form6 class TForm Bevell TBevel Labell TLabel Label2 TLabel Bevel2 TBevel Label3 TLabel Label4 TLabel Label5 TLabel Label6 TLabel DiagrammBtn TSpeedButton Kab cenba TSpeedButton SpeedButton2 TSpeedButton BitBtn1 TBitBtn Image1 TImage Image2 TImage Image3 TImage Label7 TLabel procedure FormClose Sender TObject var Action TCloseAction procedure kalibrierenbtnClick Sender TObject procedure DiagrammBtnClick Sender TObject procedure SpeedButton2Click Sender TObject procedure FormPaint Sender TObject procedure FormCreate Sender TObject procedure ImagelClick Sender TObject procedure Image2Click Sender TObject procedure Image3Click Sender TObject private Private Deklarationen public Public Deklarationen end var Form6 TForm6 eichfaktor real implementation usesunitl unit2 unit4 unit5 unit7 R DFM rocedure TForm6 FormClose Sender TObject var Action TCloseAction egin Form close Form1 medi

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