High-Speed-Video

1. High-Speed-Kamera: NEX FS700K Technische Merkmale High-Speed-Video • Bilder • 4K-Auflösung von 4.096 x 2.160 Pixel • LineareRAW mit12-bit Auflösung • Highspeed Movie • Full HD Slow Motion biszu 200 fps • Videosliegen in komprimierter Form vor http://www.tundratree.com/sony-nex-fs700-a-great-camera-for-wildlife/ http://www.videodata.de/shop/products/de/Kameras-Camcorder/NXCAM-AVCHD/Sony-NEX-FS700E.html

2. High-Speed-Kamera: Casio Exilim Pro EX-F1 Technische Merkmale High-Speed-Video • 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

3. High Speed F1- Bedienungsanleitung • Kamera: Casio Exilim F1 (Bedienungsanleitung liegt auf dem Server http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Angewandte/ex-f1_pdf • 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 * 0,000134 = 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 H H‘ O Achse Z F F‘ 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 H H‘ O Achse Z F F‘ 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. O Achse Z O‘ 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.

18. High Speed - Excurs optische Abbildung H H‘ O Achse Z O‘

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

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

21. Higshpeed Video in Bilder umwandelnmit 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. Laufanalyse: Methode • Bei eigenem Rechner: Installationsprogramm ausführen • http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Programme/Installer.zip • Bilder digitalisieren  „DigiBild2012.exe“ • http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Programme/Digitalisieren/ • Reihen- und Serienbilder  „Serien_Reihenbild_ 2012.exe“ • http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Programme/Serien_Reihenbilder/ • Kombinierte Darstellung in Power Point anfertigen

24. Bedienungsanleitung „DigiBild2012.exe“http://sport1.uibk.ac.at/lehre/kurt/Programme/Digitalisieren/ 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. Serienbildrechts Serienbildlinks gespiegelt Serienbildlinks

26. Bewegungsanalyse - 2DBsp.: 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. 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)²x1 …Pixelwert horizontal Punkt 1 M = ----------------------------y1…Pixelwert vetikal Punkt 1 ll…...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 • Funktioniertnur auf Uni PCs mitLabview

34. Themen zur Auswahl • Vom Laufen Serien und Reihenbilder erzeugen • High Speed Videos vom Fuß (möglichst Bildfüllend) mit 300 600 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 Eingänge, wobei beim BM nur drei verwendet werden. MODE = 2 ASCII = N Baud = 8 Frequency = 400..... 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 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 fallsLOGCON.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 +/- 9.81 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.