High-Speed-Kamera: NEX FS700K Technische Merkmale

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1 High-Speed-Kamera: NEX FS700K Technische Merkmale
Bilder 4K-Auflösung von x Pixel Lineare RAW mit 12-bit Auflösung Highspeed Movie Full HD Slow Motion bis zu 200 fps Videos liegen in komprimierter Form vor Frame rate 100 fps 200 fps 400 fps 800 fps resolution time 1920* sec 1920* sec 1920* sec High-Speed-Video

2 High-Speed-Kamera: Casio Exilim Pro EX-F1 Technische Merkmale
Bilder 60 fps bei 6 Megapixel (2816*2112) 1 Sekunde Aufnahmezeit Highspeed Movie - 512 × 384 (300 fps) - 432 × 192 (600 fps) - 336 × 96 (1200 fps) Videos liegen in komprimierter Form vor Full HD-Video Speicher – 8GB SanDisk Speicherkarten 12-fach optischer Zoom High-Speed-Video

3 High Speed F1- Bedienungsanleitung
Kamera: Casio Exilim F1 (Bedienungsanleitung liegt auf dem Server Kamera darf sich bei der Aufnahme nicht bewegen  Stativ und Fernauslöser benutzen Fernauslöser - Pfeile am Stecker und an der Kamera müssen zueinander zeigen

4 High Speed F1- Bedienungsanleitung
Bildbereich wählen Modusrad auf BS (Best Shot) Serienbildrad auf 1-60

5 High Speed F1- Bedienungsanleitung
Fokussieren: Bei der Grundeinstellung fokussiert die Kamera die Bildmitte. Falls sich beim Fokussieren (Auslöser wird leicht gedrückt) kein Objekt in der Bildmitte befindet, wird der Hintergrund fokussiert, wodurch die Testperson unscharf wird. Zur Lösung dieses Problems den Modus „manueller Fokus“ wählen.

6 High Speed F1- Bedienungsanleitung
Taste Focus drücken bis MF im Display erscheint

7 High Speed F1- Bedienungsanleitung
Abspielmodus Aufnahmemodus Fokussieren

8 High Speed F1- Bedienungsanleitung
Auflösung des Bildes Blitz aktiviert ISO Wert einstellen (kleiner Wert (100) Lichtunempfindlich, Vorteil - geringes Bildrauschen) Automatischer Weißabgleich Fokussierungsmethode Fokussierungsmittelpunkt Aufnahmefrequenz

9 High Speed F1- Bedienungsanleitung
Nach einer Aufnahme die Schärfe der Aufnahme kontrollieren. Dazu kann der Zoom Ring (Kamera vorne rechts) bei der Wiedergabe verwendet werden. Die Wiedergabe kann mit der SET Taste (Kamera hinten rechts) gestartet werden.

10 High Speed - Excurs Bewegungsunschärfe
Einfaches Beispiel: Ein Tennisball hat beim Aufschlag eine Geschwindigkeit von 215 km/h. Was für einen Weg legt er bei 134 μs, 1 ms und 4 ms zurück?

11 High Speed - Excurs Bewegungsunschärfe
Einfaches Beispiel: Ein Tennisball hat beim Aufschlag eine Geschwindigkeit von 215 km/h. Was für einen Weg legt er bei 134 μs, 1 ms und 4 ms zurück? 215 km/h = 59,7 m/s s = v * t = 60 * 0, = 8 mm = 6 cm und 24 cm Dies bedeutet, auf dem Bild scheint der Tennisball bei einer Belichtungszeit von 4 ms 30 cm lang zu sein (6 cm Durchmesser). Siehe Video „Service seit.avi“

12 High Speed - Excurs optische Abbildung
F F‘ Achse Z O‘ Z….optische Achse F….objektseitige Brennweite O…Position des Objekts F‘…bildseitige “ - O‘… - “ Bildes H….objektseitige Hauptebene der Linse H‘…bildseitige…. Alle Strahlen vom Objekt O werden auf O‘ abgebildet

13 High Speed - Excurs optische Abbildung
F F‘ Achse Z O‘ Unschärfe durch Verschieben der bildseitigen Hauptebene der Linse Die Linse kann immer nur für einen bestimmten Abstand „scharf“ gestellt werden.

14 High Speed - Excurs Blende
Die Blende (englisch aperture „Öffnung“, von lateinisch aperire „öffnen“) ist eine (normalerweise mechanische) Vorrichtung an Fotoapparaten, mit deren Hilfe der Lichteinfall durch das optische System (Objektiv) geregelt werden kann. Sie ist meist als Lamellenblende (auch Irisblende genannt) ausgeführt, bei der sich kreisförmig konzentrisch angeordnete Lamellen-Bleche so ineinander verschieben, dass der Lichtdurchlass enger oder weiter wird und so das einfallende Lichtbündel kleiner oder größer wird.

15 High Speed - Excurs Blende
Die Aperturblende kontrolliert die Helligkeit, die Schärfentiefe und das Ausmaß der Vignettierung (Abschattung zum Bildrand hin) des Abbildes.

16 High Speed - Excurs Blende
Die Blende erfüllt zwei wichtige Funktionen: Einerseits steuert sie die Stärke der Beleuchtung des Films, Fotopapiers oder Bildsensors: Je größer die Blendenzahl wird, desto weniger Licht kann durch das Objektiv dringen. Zum Beispiel bei der Blendenzahl-Einstellung 2.8 lässt das Objektiv mehr Licht durch als bei 5.6. So wird in Verbindung mit der Belichtungszeit die Belichtung des Films bzw. Chips geregelt. Andererseits beeinflusst die Blende die Schärfentiefe: Mit größerer Blendenzahl und damit kleinerer Blendenöffnung wird nicht nur die wirksame Lichtmenge verringert, auch die Unschärfenkreise werden durch den spitzeren Lichtkegel kleiner. Folglich vergrößert sich der Bereich des Motivs, der noch als scharf wahrgenommen wird, bis der zulässige Grenzwert erreicht wird. Der Bereich der scharfen Abbildung (Schärfentiefe) nimmt beim Schließen der Blende also zu. (Wikipedia) Um eine hohe Bewegungs- und Tiefenschärfe zu erreichen wird „viel“ Licht benötigt. Bei geringerer Lichtintensität sind ein großes Objektiv und „große“ Licht-Sensoren erforderlich.

17 High Speed - Excurs Blende
Funktionsprinzip einer Aperturblende: Die Aperturblende liegt zwischen Eintritts- und Austrittsöffnung des Systems und begrenzt den Raumwinkel aller konusförmiger Strahlenbündel deren Spitzen im Bildraum liegen. Achse Z O O‘

18 High Speed - Excurs optische Abbildung
Achse Z O‘

19 Beispiel: Andi Knotenpunkt 1: Knotenpunkt 2: Knotenpunkt 3:

20 Higshpeed Video in Bilder umwandeln mit VLC Player
Langsamer abspielen Schneller abspielen Bilder einzeln vorgehen Bild abspeichern Zur nächsten Videodatei

21 Higshpeed Video in Bilder umwandeln mit Kinovea

22 Higshpeed Video in Bilder umwandeln
Vorsicht, Kinovea bricht teilweise die Bilderstellung bei längeren Videos frühzeitig ab und oftmals wird nicht jedes Bild exportiert. Mit dem Programm VirtualDub funktioniert das Exportieren der Bilder fehlerfrei. Allerdings muss für die Videos zuerst eine Script Datei mit dem Programm avisynth.exe erstellt werden.

23 Bei eigenem Rechner: Installationsprogramm ausführen
Laufanalyse: Methode Bei eigenem Rechner: Installationsprogramm ausführen Bilder digitalisieren  „DigiBild2012.exe“ Reihen- und Serienbilder  „Serien_Reihenbild_ exe“ Kombinierte Darstellung in Power Point anfertigen

24 Bedienungsanleitung „DigiBild2012. exe“ http://sport1. uibk. ac
Bei Verkleinern oder Vergrößern muss die Bildnummer verändert werden, damit die Veränderung sichtbar wird. Reihenfolge: 1-Ballen, 2-Sprungg., 3-Knieg., 4 Hüftg., 5-Schulterg.

25 Serienbild rechts Serienbild links gespiegelt Serienbild links

26 Bewegungsanalyse - 2D Bsp.: Kraularmzug

27 Digitalisieren

28 Digitalisieren: Auswertung
In der *.kox Datei sind in den Spalten die X- und Y- Koordinaten der digitalisierten Punkte als Pixelwerte abgespeichert. Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Bildnr. X Y 1 39 170 89 166 190 123 2 45 168 94 162 186 3 51 164 101 158 181 4 62 159 107 155 176 5 71 152 113 172 124 6 81 147 120 148 0/0 X-Werte Y-Werte

29 Digitalisieren: Auswertung Tennis

30 Digitalisieren: Auswertung Schwimmen
Digitalisieren: Finger Handgelenk Ellbogen Schulter

31 Schwimmen: Maßstab ermitteln
Mit dem Programm DigiSchwimmen erstes Bild der Aufnahme vom Stab laden Mit dem Cursor zum Punkt 1 und 2 fahren und jeweils die horizontalen und vertikalen Pixelwerte (stehen unter dem Bild) ablesen. Der Maßstab berechnet sich aus:   √(x2 – x1)² + (y2 – y1)² x1 …Pixelwert horizontal Punkt 1 M = y1 …Pixelwert vetikal Punkt 1 l l…...Länge Stab Abbildung 1: schematische Darstellung einer Aufnahme mit Stab Beispiel: Punkt 1: (200,80) Punkt 2: (800, 70) Länge Stab: 2 m Ergibt sich für M: 300,04

32 Programm zur statischen Analyse der Gelenksmomente

33 Automatisches Digitalisieren
Mit dem Programm Optical Flow Feature Tracking Bilder.vi Funktioniert nur auf Uni PCs mit Labview

34 Themen zur Auswahl Vom Laufen Serien und Reihenbilder erzeugen
High Speed Videos vom Fuß (möglichst Bildfüllend) mit und 1200 Hz beim Sprung erzeugen Kniebeuge mit Serienbilder (2 Hz Aufnahmefrequenz) Sprunghöhe mit High Speed Video (300 Hz) bestimmen Hanteltraining (langsame und schnelle Ausführung) mit 300 Hz filmen

35 Beschleunigung 3d-Beschleunigungsmesser (BM) Sensor ADXL321
Messbereich +/- 2, 4 und 6g Messfrequenz 400 Hz 10bit Analog Digital Konverter Koordinatensystem

36 Beschleunigung: Messablauf
Konfiguration des Messprotokolls (Logcon.txt) BM Kalibrieren BM am Messobjekt anbringen Messung starten (Einschalten des BM) Messung beenden (Ausschalten des BM) Messdaten auf PC übertragen

37 Konfiguration der BM LOGCON.TXT - Datei Der Datenlogger hat 8 analoge
MODE = 2 ASCII = N Baud = 8 Frequency = gesamt max. 1450Hz (= Anzahl Kanäle * Frequenz) Trigger Character = $ Text Frame = 100 AD1.5 = Y .....quer AD1.4 = Y .....längs AD1.3 = Y normal AD0.3 = N AD0.2 = N AD0.1 = N AD1.7 = N AD1.6 = N Saftey On = Y Der Datenlogger hat 8 analoge Eingänge, wobei beim BM nur drei verwendet werden. Anderes Gerät: AD1.3 = Y .....quer-6g AD0.3 = N AD0.2 = N AD0.1 = N AD1.2 = Y .....längs-6g AD0.4 = N .....quer-18g AD1.7 = N .....vertikal-18g AD1.6 = Y .....vertikal-6g

38 Beschleunigung Achtung Logcon.txt nicht vom PC auf den BM kopieren, da diese Datei dann nicht erkannt wird.Sollten mehrere Dateien wie Recyler usw. auf der SD Karte sein, unbedingt formatieren. Vorgangsweise falls LOGCON.TXT Datei gelöscht wurde Karte formatieren mit FAT (nicht Fat32) Beschleunigungsmessgerät einschalten (BM schreibt Logcon.txt Datei auf die Karte) Logcon.txt Datei abändern und abspeichern

39 Beschleunigung: Kalibrierung
BM einschalten BM auf den Tisch legen damit die X-Achse vertikal nach unten ausgerichtet ist. 5 Sekunden warten. Vorgang mit X-Achse nach oben wiederholen. Vorgang für Y- und Z-Achse wiederholen BM ausschalten Messdaten (SD Karte) auf den PC kopieren Programm BM_2012.exe starten

40 BM 2012.exe Verstärkung und Nullabgleich derart einstellen, damit die Beschleunigungswerte beim Kalibrierungsfile +/ m/s² ergeben.

41 Allgemeines zur Beschleunigungsmessung
Das Koordinatensystem des BM ist auf das Gehäuse bezogen. Bei Anbringung an einen beweglichen Teil, wie z.B. den Fuß verändert sich das Koordinatensystem zu einem fixen Koordinatensystem im Raum. Dadurch wirkt die Erdbeschleunigung unterschiedlich auf die einzelnen Kanäle. Um von der Beschleunigung auf die wirkende Kraft zu rechnen, wird die exakte Masse benötigt. So kann z.B. mit der Beschleunigung am Fuß nicht die Bodenkontaktkraft berechnet werden. Bei Rotationsbewegungen wie z.B. bei einem Golfschlag können die Zentrifugalbeschleunigen sehr groß werden. a = v²/r …(20m/s)^2 / 1,5m = 266m/s² = 26,6g

42 Allgemeines zu Beschleunigungsmessungen
Mit BM können Beschleunigungen mit minimalem Aufwand erhoben werden. Die Rückrechnung auf Kräfte ist meist nur bei Fixkörpern möglich. Die Rückrechnung auf die Geschwindigkeit ist meist stark fehlerbehaftet. Für Frequenzanalysen bis zur Hälfte der Messfrequenz ist der BM gut geeignet. Aufgabe: Mit dem BM Messungen mit hoher Reliabilität durchführen und eine kurze Analyse in Powerpoint erstellen. Zielsetzung für eine Beschleunigungsmessung schreiben.