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Film laden
Film abspielen
Automatische Positionserfassung
    Registerkarte Farbe
    Anzeige der Suchergebnisse
    Sucheinstellungen
    Suchgebiet einschränken
    Kalibrieren
Manuelle Positionserfassung
Stroboskopbild
Auswertung

Problemlösung

Automatische Videoanalyse
VIANA 3

Diese Datei soll eine kleine Hilfe bei der Bedienung des Programmes bieten.

VIANA ist ein Programm zur automatischen Positionserfassung gefilmter Objekte. Es ermöglicht eine Analyse physikalischer Filmsequenzen. Für die Positionserfassung wird die Eigenschaft der Farberkennung ausgenutzt. Nach erfolgreicher Filmanalyse können die gewonnenen Daten mit Hilfe verschiedener Tabellenkalkulationsprogramme ausgewertet werden.
Die Farbe kann durch den Benutzer durch Klicken auf eine beliebige Stelle im Videobild gewählt werden. Der Programmalgorithmus durchsucht dann jedes Bild des Filmes nach diesem Farbton. Zur Verdeutlichung der Farbwahl wird diese in einem speziellem Fenster sichtbar gemacht.
Das Programm ist für eine Auflösung von 1024x768 Pixel optimiert. Für die Auswertung ist es einfacher, wenn auf Ihrem Rechner MS-Excel installiert ist. Falls das nicht der Fall ist, müssen sie die Daten als Text-Datei (*.txt) oder als Daten-Datei (*.csv) speichern. Dabei werden aus technischen Gründen nur die Zeit- und die beiden Ortsinformationen übernommen.

Film laden

Nach dem Start von VIANA 3.0 erscheint das Eröffnungsfenster.In diesem hat der Benutzer die Möglichkeit über den Button Film laden einen Videofilm zu öffnen, dazu erscheint das Standard-Windowsfenster zum Öffnen einer Datei. In ihm werden alle vorhandenen Filme mit der Endung *.avi, *mov und *.mpg angezeigt, die Filme können je nach installierten Codecs verschieden komprimiert sein. Welche Codecs auf dem Rechner installiert sind, kann in der Systemsteuerung unter Mulitmedia in der Registerkarte Geräte nachgeschaut werden. Falls der richtige Codec nicht vorhanden ist, kann dieser nachinstalliert werden. Dies ist inbesondere für die M-JPEG (*.mpg) kodierten Filme notwendig. Um *.mov Dateien abspielen zu lassen, benötigen Sie den frei erhältlichen Quicktime-Player. http://www.apple.com/quicktime/download/
Nach der Wahl des Filmes wird dieser in der rechten oberen Ecke angezeigt und bei Bedarf auf 288x384 Pixel verkleinert. 

Film abspielen

Unter dem Videobild erscheinen die Bedienungselemente zum Abspielen den Videos . In der obersten Reihe sind die Standardelemente für Abspielen, Stop, kompletter Vorlauf und Zurückspulen bis Anfang zu sehen. Die Laufleiste darunter zeigt die aktuelle Bildposition an. Die Leiste erlaubt es den Film durch ''Drag and Drop'' bequem vor und zurück zu spulen. Beim Klicken auf die Pfeile rechts und links erhält man einen Einzelbildvorlauf bzw. -Rücklauf. Die Anzeige rechts daneben gibt die aktuelle Bildnummer und die Gesamtanzahl der Einzelbilder an. Mit den Laufleisten zwei und drei läßt sich der Film einkürzen, damit nur die wirklich interessanten Passagen analysiert werden. Die zweite Laufleiste markiert den Anfang und die dritte das Ende des Filmausschnittes. Abgespielt werden kann dieser Bereich mit dem kleinen Playbutton rechts daneben. Dabei wird jedes einzelne Bild angezeigt, so daß man einen Eindruck vom Verlauf der Bewegung erhält. Bei Filmen mit hoher Auflösung und älteren Rechner kann es beim Abspielen des eingeschränkten Filmbereichs zu Zeitlupeneffekten kommen. Die Informationen für die Bildrate können beim Laden eines Filmes nicht ausgelesen werden. Aus diesem Grund muß der Wert vom Benutzer eingegeben werden. Angegeben ist der Standardwert für Filme nach der PAL-Norm, 25 Bilder/s. Man sollte immer darauf achten, die richtige Bildrate anzugeben, denn das Programm ermittelt über diese Eingabe den Zeitabstand zwischen zwei Bildern. Bei einer falschen Bildrate erhält in der Auswertung ein falsches Ergebnis.

Automatische Positionserfassung

Registerkarte Farbe

Die Registerkarten Farbe1 und Farbe2 zeigen die Einstellungsmöglichkeiten für die jeweilige Farbe.
Die Farbe kann durch den Benutzer durch klicken auf eine beliebige Stelle im Videobild gewählt werden. Der Programmalgorithmus durchsucht dann jedes Bild des Filmes nach diesem Farbton. Zur Verdeutlichung der Farbwahl wird diese in einem speziellem Fenster sichtbar gemacht. Die Rot-, Grün-, und Blauanteile werden grafisch durch drei Balken auf einer Skala von 0--255 dargestellt, die Absolutwerte können in den nebenstehenden Editierfeldern gelesen und auch verändert werden.
Die Registerkarte ist standardmäßig auf Farbe1 eingestellt. Die Einstellungen für Farbe2 werden sichtbar, wenn Farbe2 im Register angeklickt wird oder die unteren Radioschalter auf Farbe2 zuweisen gestellt werden.
Die weiteren Einstellungen werden unter Sucheinstellungen erläutert, da sie für beide Farben gleich sind.

Anzeige der Suchergebnisse

Damit das Programm überhaupt arbeitet muß eine der beiden Optionen Farbe1 analysieren oder Farbe2 analysieren gewählt sein. Sind beide Optionen aktiviert, werden auch beide Farben bearbeitet. Ist nichts gewählt findet auch keine Analyse statt, deshalb sollte darauf geachtet werden, daß immer eine Farbe aktiviert ist.
Wird die Analyse gestartet (siehe Sucheinstellungen), öffnet sich ein neues Fenster mit den Abmessungen des Videofilmes und die gefunden Bildpunkte werden dort eingetragen. Mit der Option gefundene Bildpunkte hat der Benutzer nun mehrere Möglichkeiten sich diese darstellen zu lassen. Durch die Standardeinstellung werden alle erkannten Punkte bei der Erstsuche rot eingefärbt. Ist die Option gezielte Zweitsuche aktiviert, werden sie von schwarzen Punkten übermalt.
Für Farbe2 sind die Punkte der Erstsuche blau und werden bei der Zweitsuche mit rosa übermalt. Dadurch das alle erkannten Pixel angezeigt werden, kann man während der Analyse kontrollieren, ob vorher alle Sucheinstellungen richtig getroffen wurden.
Sollen viele Punkte aufgenommen oder eine Bewegung auf kleinem Raum betrachtet werden, können auch nur die Mittelpunkte als Kreuz oder Punkt angezeigt werden. Für Farbe1 werden die Markierungen in schwarz, für Farbe2 in rot gezeichnet.
Ist die Option Suchgebiet aktiviert, werden die Bereiche, in denen nach den Bildpunkten gesucht wird, eingefärbt. Durch die Option Hintergrund wird ein Originalbild in das Suchergebnisfenster kopiert und die Ergebnisse darüber gezeichnet. Das Ergebnis ist dem Stroboskopbild ähnlich.
Die ''Bremse'' des Vorgängers VIANA wurde entfernt, da es selten Sinn macht während der Analyse noch Sucheinstellungen zu verändern. Wenn man mit dem Ergebnis nicht zufrieden ist, müssen die Einstellungen angepaßt und die Routine neu gestartet werden.

Sucheinstellungen

Über die Sucheinstellungen wird die Qualität der Analyse gesteuert.
Als erstes kann die Toleranz verändert werden, sie besagt inwieweit die gefundene Farbe von der Suchfarbe abweichen darf. Dabei wird der komplette Bildbereich durchsucht. Mit der Zweittoleranz wird nur in einer kleinen Umgebung (Objektgröße) um die gefundenen Bildpunkte gesucht. Dieser Wert kann wesenlich größer sein als die Toleranz.
Durch die Farbübernahme wird die gefunden Mittelpunktsfarbe als neue Suchfarbe definiert, wenn sie innerhalb der Toleranz bleibt. Es ist zu empfehlen, die Farbübernahme zu aktivieren, da es durch Unregelmäßigkeiten in der Beleuchtung zu Farbverschiebungen kommen kann.
Für die Einstellungen der Suchtoleranzen sollte die folgende Reihenfolge beachtet werden:

1. die Toleranz ermitteln, bei der alle Pixel des Objektes erkannt werden. Auf Bildpunkte in einiger Entfernung braucht keine Rücksicht genommen werden. Die Zweitsuche sucht nur in der direkten Umgebung des Objektes.
2. diesen Wert trägt man für die Zweittoleranz ein.
3. die Toleranz der Erstsuche sollte deutlich darunter liegen.
4. die Objektgröße sollte etwas größer als die tatsächliche Größe gewählt werden. Zur Kontrolle aktiviere man Suchgebie Objektgröße.
   

Durch die Option Position vorherbestimmt kann die Suche beschleunigt werden, das Programm ermittelt dazu einen Vektor, um die neue Position vorhersagen zu können. Um diesen neuen Punkt wird dann in einem Kreis der Größe Mögliche Abweichung nach den Bildpunkten gesucht.
Durch aktivieren von Suchgebiete, werden die Objektgröße und die Abweichungen der vorherbestimmten Suche in das Suchergebnissfenster eingeblendet.

Suchgebiet einschränken

Erfolgt die Bewegung der Objekte nicht über den ganzen Bildbereich, kann dieser mit durch Betätigung des Buttons Suchgebiet eingeschränkt werden. Danach kann bei gedrückter Maustaste ein Rechteck um den interessanten Bereich gezogen werden. Mit dieser Option lassen sich auch Teile des Bildes, die die gesuchte Farbe enthalten, von der Analyse ausklammern. Außerdem wird die Analyse beschleunigt.

Kalibrieren

Damit bei der späteren Auswertung quantitative Aussagen möglich sind, kann das Videobild geeicht werden. Nach Betätigen des Kalibrieren-Buttons wird der Benutzer aufgefordert die Endpunkte einer Strecke bekannten Ausmaßes zu markieren. Die Eichstrecke ist entweder in der Form eines Lineals im Film zu sehen oder das erste Bild enthält eine Markierung mit der entsprechenden Längenangabe. Sind die Endpunkte ausgewählt, öffnet sich ein Fenster in dem die Länge angegeben werden soll. Abgeschlossen wird die Kalibrierung durch eine Nullpunktsverschiebung.

Manuelle Positionserfassung

Nach Laden des Filmes sollte zunächst das Start- und Endbild des Filmes über die Laufleisten, sowie die Bildrate eingestellt werden (s.o.). Nach Betätigen des Manuell-Buttons öffnet sich das Videobild in einem neuen Fenster. Dabei wird es unabhängig von der Originalgröße auf dem ganzen Bildschirm dargestellt. Bei Filmen mit geringer Auflösung führt dies zu einer groben Rasterung, welche die Analyse oft erschwert. Neben dem Videobild erscheint auch die Schaltfläche mit den Bedienelementen. Dieses Fenster kann beliebig auf dem Videobild verschoben werden.
Die Steuerung des Filmes erfolgt über die Videoleiste durch die Schalter Abspielen, Stop, Zurückspulen, Einzelbild zurück und Einzelbild vor. Zusätzlich kann der Film durch Drücken der rechten Maustaste ein Bild vorgespult werden.
Vor der Analyse sollte noch die Eichung wie in Abschnitt Kalibrieren beschrieben durchgeführt werden. Die Positionserfassung erfolgt durch einen Klick mit der linken Maustaste auf die Objektposition. Zur genaueren Bestimmung des Mittelpunktes stehen drei verschiedene Mauszeiger zur Verfügung. Wurden Bilder vergessen wird der Benutzer darauf hingewiesen, daß bei der folgenden Auswertung undefinierte Werte auftauchen.

Stroboskopbild

Soll der ganze Bewegungsablauf in einem Bild festgehalten werden, kann das durch ein Stroboskopbild erreicht werden. Zum Starten einer Stroboskopaufnahme wähle man unter dem Menüpunkt Extras Stroboskopbild. Es öffnet sich dann eine neue Bedienfläche am linken unteren Bildrand.
Vor Betätigen des Buttons, sollte man sich vergewissern, daß alle Sucheinstellungen optimiert sind, dabei sollte besonders auf die Objektgröße geachtet werden. Nach Anklicken des Buttons erscheint im Suchergebnisfenster ein Bild des Hintergrundes, um die Objektmittelpunkte werden kleine Bereiche kopiert und in das Ergebnisfenster eingefügt. Sollen die Objekte nicht die Originalfarbe der Sucheinstellungen erhalten muß die Option Objekt einfarbig? Mitttelpunktsfarbe aktiviert werden. Die Objekte erscheinen nun rot (Farbe1) oder blau (Farbe2), bei Mittelpunktsfarbe wird die aktuelle Suchfarbe verwendet.
Mit der Option mit Rand? können die einzelnen Positionen bei kleinen Bewegungsänderungen besser unterschieden werden.

Auswertung

Die dem Programm angegliederte Auswertung soll nur einen ersten Eindruck über die Eigenschaften des analysierten Problems geben. Eine qualitative Bewertung der Daten ist hiermit nicht möglich, sie soll in Tabellenkalkulationsprogrammen erfolgen.
Wird nach der automatischen oder der manuellen Analyse der Auswertung-Button angeklickt, öffnet sich ein Fenster zur Darstellung von Diagrammen und Tabellen. Vorausgesetzt es wurden vor mindestens drei Positionen erfaßt.
Den unteren Teil des Fensters nehmen die beiden Tabellen für die Farbe1 (gelb) und Farbe2 (grün) ein. In ihnen werden die Zeitwerte, die gefundenen Koordinaten, sowie die berechneten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen angezeigt.
Die Schaltfläche am linken Rand ist für die Steuerung der Diagrammfläche zuständig. Neben der Wahl der erkannten Farbe (oben) können verschiedene Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdiagramme angezeigt werden. Neben der Normalraumdarstellung, bietet das Programm die Möglichkeit die Ergebnisse im Phasenraum darzustellen.
Das Speichern der ermittelten Daten erfolgt nach drücken des Speichern-Buttons. Je nach aktivierter Option darunter werden die Daten gesichert. Die einfachste Methode ist das Speichern in Excel, die Daten werden direkt aus den unteren Tabellen in eine Exceltabelle kopiert. Bei den beiden anderen Methoden Text-Format und Daten(*.csv) können wegen der Dateieigenschaften des Memos nur bis zu 2400 Meßwerte gesichert werden.
Alle gespeicherten Dateien können von den gängigen Tabellenkalkulationsprogrammen geöffnet und bearbeitet werden.

Problemlösung

• Auf einigen Computern kann Viana zwar geöffnet werden, aber der Versuch der Farbwahl misslingt. Dies kann bei *.mpg - Dateien passieren. Aber wenn man Viana ein zweites Mal startet und denselben Film auswählt, ist die Farbwahl erfolgreich.
• Kann ein Film nicht geöffnet werden, ist der richtige Codec möglicherweise nicht installiert. Um nachzuschauen mit welchen Codec der Film erstellt wurde, öffnen Sie den Explorer und wählen mit der rechten Maustaste die Option Eigenschaften. In dem nun geöffneten Fenster erhalten Sie alle Informationen über den Film.
  Der Ordner Codecs auf der CD enthält zwei Codec die unbedingt installiert werden sollten. Einen M-JPEG-Dekodierer und die neuste Version des Indeo-Dekodierers.
  

Bei weiteren Problemen oder Fragen wenden Sie sich bitte an Thomas Kersting.