Videoanalyse mit Stroboskopbildern
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Sollte die App nicht flüssig laufen, probiere die folgende reduzierte Version:
Beschreibung
In den folgenden Abschnitten findest dueine Kurzanleitung,
Tipps zur Aufnahme von Videos,
Werkzeuge zur Auswertung von Stroboskopbildern,
eine Beschreibung des Prinzips der Videoanalyse,
Beispiele und
Hinweise zur Offlinenutzung.
Mit dieser Web-App kannst du aus Videos Stroboskopbilder erstellen lassen. Stroboskopbilder zeigen alle sich bewegenden Objekte aus einem Video in einer einzigen Aufnahme.
Eine erste Auswertung des Bildes ist direkt in der App möglich. Dazu steht dir ein Werkzeug zur Längenmessung und eine Möglichkeit Geschwindigkeitspfeile einzuzeichnen zur Verfügung.
Hinweis für die Nutzung mit Smartphones:
Auf dem Smartphone kann es passieren, dass die Adressleiste die Sicht auf die App versperrt, die Bildgröße verringert oder nur Teile der App zu sehen sind.
In diesen Fällen hilft es das Smartphone um 90° zu drehen und danach wieder zurückzudrehen, um so zwischen dem Quer- und dem Hochformat hin und her zu wechseln.
Die Web-App ist aufgrund von Limitierungen des Android-Betriebsystems nur bedingt mit Android-Geräten kompatibel. Hohe Bildwiederholungsraten ab 6 fps werden auch auf leistungstareken Geräten zu Problemen führen.
Durchführung
Kurzanleitung
- Nimm ein Video auf. Halte dich dabei an die Tipps von unten.
- Schneide das Video auf den interessanten Zeitraum zurecht.
- Öffne die Web-App und wähle mit "Datei auswählen" dein Video aus.
- Stelle mit dem Schieberegler die Bildrate ein, also die Zeit zwischen den einzelnen Bildern.
- Klicke auf "Rendern" und lasse das Video ein bis zweimal durchlaufen.
Sollten zu viele oder zu wenige Objekte im Stroboskopbild erscheinen, passe die Bildrate wie in Schritt 4 an und wiederhole diesen Schritt.
Sollte das Video auf dem Kopf stehen, wiederhole Schritt 1 und halte das Smartphone bei der Aufnahme um 180° gedreht. - Wechsle mit der Schaltfläche "Ansicht" zwischen der Darstellung von Strecken zur Längenmessung oder Pfeilen.
- Miss die Länge des Vergleichsmaßes im Bild mit der schwarzen Strecke.
- Trage die reale Länge des Vergleichsmaßes in das Feld in der Mitte der schwarzen Strecke ein. Die Länge der blauen Strecke wird automatisch in die reale Länge umgerechnet.
- Miss die Abstände zwischen den sich bewegenden Objekten in Metern.
- Anschließend kannst du zum Beispiel die Durchschnitsgeschwindigkeiten berechnen, oder untersuchen, wie sich die Geschwindigkeitspfeile aus Anfangs-, End- und Zusatzgeschwindigkwit zusammensetzen.
- Speichere deine Ergebnisse mit "Speichern" als Bild.
Tipps zur Aufnahme von Videos
- Halte die Kamera absolut still. Stelle das Smartphone dazu auf einen festen Untergrund oder verwende ein Stativ.
- Achte darauf, dass ein Vergleichsmaß (z. b. ein Lineal) im Video vorhanden ist.
- Die Bewegung muss parallel zu Kamera verlaufen. Das Objekt darf sich also nicht zur Kamera hin oder von ihr weg bewegen.
- Achte darauf, dass sich im Hintergrund möglichst wenig bewegt, denn auch diese Bewegungen erscheinen im Stroboskopbild und können die gewünschte Bewegung verdecken.
- Das sich bewegende Objekt sollte sich farblich möglichst stark vom Hintergrund unterscheiden.
- Videos im Hochformat werden nicht unterstützt.
- Nimm das Video wenn möglich mehrmals auf. So lassen sich Fehler vermeiden.
Auswertung
Mit der folgenden Tabelle kannst du aus der Zeit zwischen den Bilder und den Strecken bzw. Streckendifferenzen die durchschnittlichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen berechnen lassen. Zudem werden die zugehörigen Graphen erstellt:Excel-Tabelle zur Auswertung von Stroboskopbildern
Das Prinzip der Videoanalyse
Mit der Videoanalyse ist es uns möglich, auch schnelle Bewegungen zu analysieren und zum Beispiel Geschwindigkeiten und ihre Änderungen zu bestimmen. In einem Stroboskopbild werden dazu die Einzelbilder des Videos so übereinander gelegt, dass die sich bewegenden Objekte zu verschiednene Zeitpunkten in einer Aufnahme dargestellt werden.Diese Darstellung ermöglicht es uns unter anderem Durchschnittsgeschwindigkeiten zwischen verschiedenen Zeitpunkten zu berechnen.
Besonders an der Videoanalyse ist dabei, dass die Zeit zwischen den Einzelbildern immer konstant ist. Diese ergibt sich aus der Bildrate des Videos bzw. den fps (frames per second = Bilder pro Sekunde). Wir müssen also lediglich die Längen messen, die das Objekt zwischen den Bildern zurücklegt.
Mit der Formel
Durchschnittsgeschwindigkeit = zurückgelegte Strecke / Zeitraum
lassen sich Geschwindigkeiten bestimmen.
Beispielhaft wollen wir die Bewegung des Spielzeugautos in folgendem Video analysieren.
Im Stroboskopbild sieht die Bewegung wie folgt aus:
Stroboskopbild: Spielzeugauto
Um das obige Bild auszuwerten, wollen wir zunächst den Abstand zwischen den Autos messen. Auf einem Display können wir den Abstand zunächst nur in Pixel, d.h. Bildpunkten angeben. Für die Umrechnung in Metern brauchen wir ein Vergleichsmaß.
Wie du im unten stehenden Bild erkennen kannst, haben wir dazu die Länge des Lineals mit der schwarzen Strecke gemessen und angegeben, welcher Länge diese in der Realität entspricht.
Mit diesen Information kann die reale Länge gefunden werden. Dazu messen wir mit der blauen Strecke die Abstände zwischen den Motorhauben der Autos aus und notieren die Werte in einer Tabelle.
Stroboskopbild mit Streckenmessung
Die Zeit zwischen den Bildern wird unten rechts im Bild angezeigt.
Die Durchschnittsgeschwindigkeiten lassen sich jetzt mit der Formel von oben berechnen.
Wir können aber bereits anhand der Abstände zwischen den Autos erkennen, dass die Geschwindigkeit des Autos zugenommen hat.
Beispiele
Hier findest du einige Beispielvideos zu Themen aus der Sekundarstufe I und II.Torschuss
Das folgende Video lässt sich durch Geschwindigkeitsvektoren auswerten:Man erkennt, dass die Endgeschwindigkeit (hell grüner und gelber Pfeil) sich aus der Anfangsgeschwindigkeit (roter und türkiser Pfeil) und der Zusatzgeschwindigkeit (blauer und lila Pfeil) zusammensetzt.
Stroboskopbild mit Geschwindigkeitspfeilen
Schiefe Ebene
Die folgenden Videos zeigen die Fahrt zweier Wagen mit unterschiedlicher Masse auf schiefen Ebenen:Freier Fall
Das folgende Video zeigt den freien Fall:Den freien Fall kannst du mit folgenden Excel-Tabellen auswerten:
Excel-Tabelle zur Auswertung des freien Falls
Online-Excel-Tabelle zur Auswertung des freien Falls
Senkrechter Wurf
Das folgende Video zeigt einen senkrechten Wurf:Schiefer Wurf
Das folgende Video zeigt den Wurf eines Basketballs:Kreisbewegungen
Das folgende Video zeigt die Kreisbewegung an einem Windrad:
Offline-Version der Web-App
ZIP-Datei für den Offline-Einsatz: Videoanalyse mit StroboskopbildernEntpacke die ZIP-Datei. Öffne nun die Datei "index.html" in einem Browser. Unter iOS nutze den in der App "Documents" integrierten Browser.
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