Kamera

Ballerfassung mit Hilfe einer Kamera

Informationen zur verwendeten Hardware

Kamera

Bei der Kamera handelt es sich um eine schwarzweiß-Hochgeschwindigkeitskamera der Firma Mikrotron, die MC1302. Diese Kamera ist mit bis zu 118 Bilder/s bei maximaler Auflösung (1280x1024Pixel) für die Ballerkennung völlig ausreichend, zumal bei geringerer Auflösung die Bildwiederholrate noch gesteigert werden könnte. Als Ansprechpartner bei Mikrotron stellte sich Hr. Ertl, ein ehemaliger Diplomant der FH München, zur Verfügung.

Objektiv

Das zunächst verwendete Objektiv CANON LENS FD 20mm 1:2,8 hat den Nachteil, dass der nötige Abstand zum Objekt, dem Spielfeld, bei einer Auflösung von 640x480 (Grund für diese Auflösung weiter unten!) viel zu groß sein müsste. Bei einem Spielfeld, das 125cm x 68,5cm bemisst wäre ein Abstand von Kamera zu Spielfeld von etwa 3,38m nötig. Diese Annahme ergibt sich aus zwei Messungen und der Tatsache, dass sich der Blickwinkel nicht verändert und somit bei doppeltem Abstand auch eine doppelte Länge bzw. Breite erfasst werden kann (Abweichungen durch Scharfstellen und dem damit verbundenen verändern der Linsen vernachlässigt!).

CANON LENS FD 20mm 1:2,8

• 1. Messung:

Abstand: ca. 66cm, erfasstes Feld: 25cm x 18,7cm

• 2. Messung:

Abstand: ca. 110cm, erfasstes Feld: 40,3cm x 31,2cm

• Nötiger Abstand, um vollständiges Feld zu erfassen:

Der Quotient Abstand/Spielfeldlänge beträgt etwa 2,7. Daher ergibt sich eine notwendige Höhe von etwa 2,7*125cm= 3,38m, was sehr schwer umzusetzen wäre. Es ist also nötig, ein weitwinkligeres Objektiv zu verwenden, mit dem ein geringerer Abstand ausreicht.

Ein besseres Resultat wird mit einem Objektiv mit geringerer Brennweite erzielt. Dafür stehen zum einen ein Objektiv mit 12.5mm (PENTAX TV LENS 12.5mm 1:1.4) oder mit 8mm (MEGAPIXEL CCTV LENS 0814MP f8mm F1.4 A6314) zur Verfügung.

Rechner, ggf. Grapperkarte etc - TODO

RAM: 1GB CPU: AMD Athlon 64 3200

Infos zu verwendeter, vorläufiger Software

Kamera konfigurieren

Um die Kamera zu konfigurieren wird die Software MC1302_25 Mikrotron GMbH (korrekter Programmname?) verwendet. Gute Werte wurden erzielt, indem das User Profile 2 geladen wurde, dir 'shutter-mode' auf Async timer gesetzt wurde und die 'exposure time [sec]' den Lichtverhältnissen angepasst wurde. <TODO: genauere Konfiguration angeben!>. Diese Software wurde durch durch einen Download von Mikrotron auf den aktuellen Stand gebracht (firmware: V1.43-F2.45) <Versionsnummer überprüfen!>

Resultate der Kamera betrachten und Bildfolgen abspeichern

Um sofort überprüfen zu können, ob die verwendeten Einstellungen zu gebrauchen sind bietet sich die Verwendung des Programms VCAM von Mikrotron an. Dieses zeigt zum einen die aktuellen Bilder der Kamera wieder, zum anderen gibt es auch die Möglichkeit, Bildfolgen direkt auf die Festplatte abzuspeichern, um sie anschliesend auszuwerten. Dabei fiel allerdings auf, dass selbst bei einer geringen Auflösung von 640x480Pixeln die Geschwindigkeit der Festplatte das Bottleneck des Speichervorgangs darstellt. Folgende Messreien zeigen deutlich, dass bei einer hohen Bildwiederholrate nicht alle Bilder abgespeichert werden können (Speicherung einer Bildreihe von einer Uhr mit Zehntel Sekunden):

4x .7
4x .8
3x .9
4x .0
3x .1
4x .2
3x .3
3x .4
3x .5
4x .6
4x .7
Betrachtet man dabei die fett markierte Sekunde, so erhält man statt den eingestellten 137fps lediglich 35fps.

6x .4
6x .5
6x .6
5x .7
6x .8
4x .9
5x .0
5x .1
5x .2
4x .3
3x .4
5x .5
Auch hier bleibt man mit den 49fps weit unter den eingestellten 260fps. Allerdings fällt auf, dass sich die effektive Bildwiederholrate gegenüber der vorherigen Messung erhöht hat. Grund müsste laut Hr. Ertl die eingeschränkte Schreibgeschwindigkeit auf Festplatte sein. Da das Programm VCAM ein Demonstationsprogramm darstellt ist es nicht darauf ausgelegt, so viele Bilder innerhalb kürzester Zeit abzuspeichern. Da der Grapper keinen eigenen Speicher besitzt und die Bilder auch nicht im RAM zwischengelagert werden verwirft VCAM alle Bilder, die vor der Beendigung des vorherigen Schreibvorgangs geliefert werden. Dies wäre auch eine erklärung, warum in der 2. Messung mehr fps erreicht werden, da sich die Wartezeit zwischen beendetem Schreibvorgang und der Lieferung des nächsten Bildes kleiner wird.

Sollte das der alleinige Grund für die Reduzierte Abspeicherrate sein, so lässt sich dieses Problem vorläufig mit der Verwendung einer RAM-Disk, also einer virtuellen Festplattenpartition im RAM, lösen.

Ramdisk erstellen (Linux):

sudo mount -t ramfs ramfs /media/RAM-Disk

Geschwindigkeit RAM-Disk an Referenzrechner (AmiloPa2530): Testfile: 700MB

date1=`date '+%s%N'` && cp testdatei1 testdatei2 && expr '(' `date '+%s%N'` - $date1 ')' / 1000000

• HDD -> HDD: 42273msec
• HDD -> RAM: 12886msec
• RAM -> RAM: 875msec
• RAM -> HDD: 18567msec

Ramdisk erstellen (Win2000):

///TODO: Bisher nicht getestet da Win2000 nur in Labor verfügbar!

1. ///TODO: Softwareimplementation

...will be continued