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Computergestützte Videoanalyse

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Computergestützte Videoanalyse ermöglicht es, rale lebensweltliche Bewegungen berührungsfrei kinematisch messbar zu machen. Hier soll kurz die Grundidee, die von uns präferierte Videoanalysesoftware ViAna und eine pragmatische Bedienungsanleitung in 5 Schritten gegeben werden, die auch für Schüler verständlich seien sollte.

Zuletzt werden weitere Videoanalyseprogramme, wissenschaftliche Arbeiten zu dieser Art Messwerterfassung  und eine Sammlung diverser analysierbarer Videos aufgelistet.

Gliederung:
  • Die Grundidee
  • Die Videoanalysesoftware VIANA
  • Die Vorgehensweise in 4 Schritten- vom Videodreh bis zur Auswertung
  • Weitere Videoanalyseprogramme
  • Videoarchieve
  • Wissenschaftliche Arbeiten rund um computergestützte Videoanalyse
Die Grundidee: 

Aus den einzelnen Bildern der Videos können Informationen über den Ort des zu untersuchenden Körpers abgeleitet werden. Durch die Zuordnung eines Abstandes auf dem Bild (in Pixeln) zu einer gemessenen Strecke (in Metern) können die realen Größenverhältnisse berechnet werden (Kalibrierung).

Die Bildfrequenz der Videos enthält die Information über den zeitlichen Ablauf der Bewegung. Die Bestimmung der Ortskoordinaten und der zugehörigen Zeitpunkte aus einer Filmsequenz ist der Kern dieser Art von Messwerterfassung.

Aus den Messwerten lassen sich davon abgeleitete Größen (wie z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigung,…) berechnen und in Tabellen und/oder Diagrammen darstellen (Auswertung). Durch Videoanalyse Software wird der Prozess der Messwerterfassung und Auswertung wesentlich erleichtert.

Die Videoanalysesoftware VIANA:

Für manuelle und automatische Videoanalysen steht die kostenlose Software VIANA der Universität Duisburg- Essen zur Verfügung.

http://www.didaktik.physik.uni-due.de/viana/

Für die automatische Analyse erfasst das Programm nach Bestimmung der Objektfarbe, automatisch die Position des zu analysierenden Objekts, anhand des Farbtons, in den einzelnen Bildern des Videos.

Darüber hinaus ist es möglich die Messwerte in verschiedenen Tabellenkalkulationsprogrammen für weiterführende Analyse (mechanische oder energetische Betrachtungen) auszuwerten.

Mehr Informationen: http://www.didaktik.physik.uni-due.de/viana/hilfe/

Vorgehensweise in 4 Schritten - Vom Videodreh bis zur Auswertung:

Schritt 1: Filmen der zu analysierenden Bewegung

Beim Filmen von Videos ist zu beachten:

  • ž     Den Maßstab im Video abbilden
  • ž     Die Kamera in gewissem Abstand und parallel zum Bewegungsverlauf aufstellen[1]

Zur anschließenden automatischen Analyse gilt ferner:

  • ž     Das zu untersuchende Objekt muss sich durch einen möglichst hohen Kontrast vom Hintergrung absetzen
  • ž     Das Objekt sollte – wenn möglich – gleich beleuchtet sein

Schritt 2: Einlesen des Videos in den Computer

Die Videoformate unterliegen einem ständigen Wandel. Um Videos auf dem Rechner mithilfe von ViAna bearbeiten zu können, müssen die Videos komprimiert werden.

Für ViAna sollte man mit einem Videobearbeitungsprogramm eine avi-Datei mit dem Cinepak-Videocodec erstellen. Für die Konvertierung in avi-Dateien ist das freeware-Programm Virtualdub sehr empfehlenswert)

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

Schritt 3: Analyse des Videos mit der Videoanalysesoftware

Sobald das Video mit der Videoanalysesoftware geöffnet wurde, muss man sich für eine manuelle oder automatische Analyse entscheiden.

Spätestens jetzt sollte der Film auf die untersuchende Sequenz zunächst zeitlich begrenzt werden, indem der Start- und Endregler entsprechend verschoben wird. Sobald die Kalibrierung und der Nullpunkt festgelegt wurden, können die Messwerte erfasst werden.

Bei einer manuellen Analyse müssen die Bilder ´von Hand` durchgeklickt werden.

Für eine automatische Analyse sollte der Bildausschnitt auf den wesentlichen Bereich der Bewegung eingeschränkt werden (Suchgebiet).

Mit Hilfe eines Mausklicks auf das zu analysierende Objekt oder durch das Eintragen der Objektfarbe wird der zu suchende Farbton bestimmt.

Vor der eigentlichen Filmanalyse empfiehlt es sich eine Bildanalyse durchzuführen. Die roten Punkte im weißen Feld stehen für die erfassten Pixel. Das schwarze Kreuz in diesem Feld markiert den Mittelwert dieser Pixel.

Sofern diese Einstellungen den Körperschwerpunkt nicht gut erfassen, kann man mit der Farbtoleranz und der Objektfarbe nachjustieren.

Mit einem Mausklick auf den Button „Filmanalyse“ erfasst das Programm die Messwerte in der zu untersuchenden Sequenz.

Schritt 4: Auswertung

ViAna bietet eine interne Auswertung, bei der die einzelnen Koordinaten, Geschwindigkeitskomponenten und Beschleunigungskomponenten über der Zeit abgetragen werden können. Durch die Stärke der Glättung werden die Kurven gemittelt (statistisch handelt es sich um ein gewichtetes Mittel).

Um die Messdaten anders darzustellen und weitere abgeleitete Größen zu berechnen, können die Daten per Mausklick in Excel exportiert werden.

Weitere Videoanalysesoftwareprogramme

Freeware

ViAna

VianaNET

Vimps

Kostenpflichtige Programme

Phywe Measure Dynamics

Vernier Video Physics

SimiMotion

Videoarchieve

Archieve von Vimps

de-motu Archiv (in Arbeit)

Wissenschaftliche Arbeiten rund um computergestützte Videoanalyse

[1] Um Objektivfehler zu verringern, die vor allem im starken Weitwinkel- und Telebereich auftreten

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