Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra informatiky a výpočetní techniky

Za´padoˇceska´ univerzita v Plzni Fakulta aplikovanyćh vˇed Katedra informatiky a vy´poˇcetn´ı techniky

Bakal´ aˇ rsk´ a pr´ ace Syst´ em pro vizu´ aln´ı z´ aznam pomal´ ych dˇ ej˚ u

Plzeˇ n 2012

Pavel Kocábek

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem bakaláˇrskou práci vypracoval samostatnˇe a v´ yhradnˇe s pouˇzit´ım citovan´ ych pramen˚ u. V Plzni dne 19. ˇcervence 2012 Pavel Kocábek

Podˇ ekov´ an´ı T´ımto bych rád podˇekoval Ing. Kamilu Ekˇsteinovi, Ph.D. za veden´ı této práce a za zap˚ ujˇcen´ı zaˇr´ızen´ı. Za zap˚ ujˇcen´ı zaˇr´ızen´ı dˇekuji také BcA. Vojtˇechu Aubrechtovi a Janu Dˇzuganovi.

Abstract The goal of this work is to acquaint the reader with methods of capturing time lapse frames. Second part of this work is to implement a custom software which would make an alternative solution to the existing software bundles. This part should inform the reader about the methods and algorithms used in the designed software solution and explain the usage of the created application.

Obsah ´ 1 Uvod

1

2 Oˇ casosbˇ ern´ em sn´ım´ an´ı

2

3 Existuj´ıc´ı software 3.1 AnimatorHD . . . . . . . 3.2 HandyAvi 4.3 . . . . . . . 3.3 CandyLabs VideoVelocity 3.4 GBTimelapse . . . . . . . 3.5 DIYPhotobits.com Camera 3.6 Tilaphos . . . . . . . . . . 3.7 Perios . . . . . . . . . . . 3.8 Srovnán´ı . . . . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

6 6 6 7 7 8 8 8 9

4 Techniky u ´ pravy obrazu 4.1 Základn´ı pojmy . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Barevn´ y model RGB . . . . . . 4.1.2 Histogram . . . . . . . . . . . . 4.2 Stereoskopie . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Paralaxa . . . . . . . . . . . . . ´ 4.3 Upravy obrazu v programu FlyCatcher 4.3.1 Oˇrez . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Korekce barev a expozice . . . . 4.4 Detekce zmˇen . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1 Gaussovo rozostˇren´ı a konvoluce

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

10 10 10 10 11 12 12 12 12 15 15

. . . .

17 17 17 18 21

5 Programov´ a dokumentace 5.1 Aplikaˇcn´ı logika . . . . . 5.1.1 CivilGrabber . . 5.1.2 WiaGrabber . . . 5.1.3 NetworkGrabber

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Control . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

OBSAH

5.2

OBSAH ˇ ızen´ı chodu programu . . . . . . . 5.1.4 R´ 5.1.5 Manipulace s obrazem . . . . . . . 5.1.6 S´ıt’ová komunikace . . . . . . . . . Grafické uˇzivatelské rozhran´ı . . . . . . . . 5.2.1 Window . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Pr˚ uvodce . . . . . . . . . . . . . . 5.2.3 Panely oddˇedˇené od AbstractPanel 5.2.4 Plátno VideoCanvas . . . . . . . . 5.2.5 Ostatn´ı okna a dialogy . . . . . . . 5.2.6 Lokalizace . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

21 22 23 24 24 25 26 27 27 28

6 Z´ avˇ er

29

A Uˇ zivatelsk´ a dokumentace A.1 Poˇzadavky . . . . . . . . . . A.2 Pˇreklad a spuˇstˇen´ı programu A.2.1 Pˇreklad programu . . A.2.2 Spuˇstˇen´ı programu . A.3 Obsluha programu . . . . . A.3.1 Hlavn´ı okno . . . . . A.3.2 Sn´ımán´ı . . . . . . . A.3.3 Náhled videa . . . . ˇ A.3.4 Casov´ an´ı . . . . . . . A.3.5 Moˇznosti ukládán´ı .

34 34 34 34 34 35 35 35 37 38 39

. . . . . . . . . .

5

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

´ 1 Uvod Prvn´ı ˇca´st´ı této práce je seznámit ˇctenáˇre s metodami ˇcasosbˇerného sn´ımán´ı a existuj´ıc´ım softwarem pro tvorbu ˇcasosbˇern´ ych fotografi´ı a videa. C´ılem druhé ˇca´sti práce je navrhnout a vytvoˇrit systém pro ˇcasosbˇerné vizuáln´ı sn´ımán´ı pomal´ ych dˇej˚ u pomoc´ı digitáln´ıch videokamer ˇci fotoaparát˚ u, kter´ y bude alternativou dostupn´ ych program˚ u, zab´ yvaj´ıc´ıch se touto tématikou. V´ ysledn´ y program by mˇel umˇet zpracovávat sn´ımky z r˚ uzn´ ych zaˇr´ızen´ı pˇripojen´ ych k poˇc´ıtaˇci, jako jsou napˇr. webové kamery ˇci digitáln´ı zrcadlovky. ˇ ast práce je také vˇenována stereoskopickému sn´ımán´ı ze dvou zaˇr´ızen´ı naC´ jednou.

1

2 O ˇcasosbˇerném sn´ımán´ı Obsahem této kapitoly je seznámit ˇctenáˇre s principy ˇcasosbˇerného sn´ımán´ı a poskytnout mu tak základn´ı pˇrehled o metodách z´ıskáván´ı takovéhoto záznamu. ˇ Casosbˇ erné sn´ımán´ı je hojnˇe pouˇz´ıvaná fotografická a filmaˇrská technika, spoˇc´ıvaj´ıc´ı ve sn´ımán´ı scény niˇzˇs´ı rychlost´ı, neˇz je tomu u klasického videa. Zaznamenané video se zrychl´ı na bˇeˇznou sn´ımkovou frekvenci videa, typicky 25 nebo 30 sn´ımk˚ u za sekundu. Sn´ımkov´ ym rychlostem se v´ıce vˇenuje zdroj[5]. Na prvn´ı pohled se jako nejjednoduˇsˇs´ı metoda jev´ı záznam videa z videokamery v reálném ˇcase ˇci ukládán´ı vˇsech jednotliv´ ych sn´ımk˚ u ze zaˇr´ızen´ı. V´ yhodou této metody je, ˇze se uˇzivatel nemus´ı starat o sn´ımac´ı frekvenci a rychlost v´ ysledné videosekvence urˇc´ı aˇz ve video editoru. Nev´ yhodou je ovˇsem obrovské mnoˇzstv´ı soubor˚ u, které se na disk mus´ı v pr˚ ubˇehu sn´ımán´ı uloˇzit, a jejich velikost. Druhá, smysluplnˇejˇs´ı metoda, je ukládat pouze ty sn´ımky, které uˇzivatel ve svém videu vyuˇzije. Jednotlivé sn´ımky se tedy budou ukládat v pˇredem urˇcen´ ych intervalech. T´ımto zp˚ usobem se uloˇz´ı minimáln´ı poˇcet sn´ımk˚ u a sn´ıˇz´ı se zat´ıˇzen´ı procesoru a disku. Pˇri pouˇzit´ı této metody je rovnˇeˇz moˇzno ukládat pouze takové sn´ımky, které se liˇs´ı od pˇredchoz´ıch. Jaké intervaly je tedy vhodné pouˇz´ıt? Záleˇz´ı na situaci, kterou chceme sn´ımat. Existuj´ı dva r˚ uzné pohledy, podle kter´ ych sn´ımac´ı interval urˇcit, za pˇredpokladu, ˇze pˇredem známe sn´ımkovou frekvenci budouc´ıho videa (FPS): 1. Chceme video zrychlit oproti skuteˇcnosti v urˇcitém pomˇeru (napˇr. 10:1): interval I budeme volit jako pomˇer sn´ımkové frekvence videa ku poˇzaFPS = 25 = 2,5 s. dovanému zrychlen´ı, ˇcili I = zrychlen´ ı 10 2. Chceme video poˇzadované délky (napˇr. 24 hodin chceme napasovat do 5ti-minutového videa): interval I vypoˇcteme podle následuj´ıc´ıho vzorce: re´ aln´ a doba 86400 I = poˇzadovan´ = 300·25 = 11,52 s a d´ elka·F P S Zp˚ usoby sn´ım´ an´ı Nˇekterá zaˇr´ızen´ı maj´ı vestavˇenou podporu pro ˇcasosbˇerné sn´ımán´ı jiˇz ve svém firmware. K drtivé vˇetˇsinˇe digitáln´ıch zrcadlovek lze dokoupit extern´ı zaˇr´ızen´ı 2

O ˇcasosbˇerném sn´ımán´ı

– tzv. intervalometr. To je zaˇr´ızen´ı, které v pravideln´ ych intervalech dává pokyn zaˇr´ızen´ı pro exponován´ı sn´ımku. Tˇret´ı moˇznost´ı je pouˇz´ıt pro ˇcasosbˇerné sn´ımán´ı extern´ı program. Extern´ı programy ˇcasto nab´ız´ı oproti pˇredchoz´ım dvˇema moˇznostem r˚ uzné speciáln´ı funkce a ˇsiroké moˇznosti nastaven´ı.

Um´ıstˇ en´ı zaˇ r´ızen´ı Pˇri sn´ımán´ı mus´ı b´ yt zaˇr´ızen´ı nehybné. Jak´ ykoliv sebemenˇs´ı pohyb znamená znehodnocen´ı v´ ysledku. Ideáln´ı je zaˇr´ızen´ı um´ıstit na tˇeˇzk´ y a robustn´ı stativ. Stˇredov´ y sloupek zásadnˇe nevysouváme, jednotlivé nohy stativu necháváme pokud moˇzno také nevysunuty. Pro z´ıskán´ı maximáln´ı stability je vhodné stativ zat´ıˇzit zavˇeˇsen´ım tˇeˇzkého bˇremene za stˇredov´ y háˇcek.

Expozice a filtry Je známo, ˇze expozice závis´ı na tˇrech faktorech: na clonovém ˇc´ısle, ˇcase závˇerky a citlivosti ISO. S vyˇsˇs´ım clonov´ ym ˇc´ıslem roste hloubka ostrosti sn´ımku, s vyˇsˇs´ı citlivost´ı ˇsum a s delˇs´ım ˇcasem pohybová neostrost. Právˇe pohybová neostrost tvoˇr´ı ˇcasosbˇerné video plynulejˇs´ım. Je tedy vhodné pˇriclonit a zv´ yˇsit dobu expozice i na nˇekolik sekund (samozˇrejmˇe v závislosti na sn´ımané scénˇe). K dosáhnut´ı tohoto efektu nám m˚ uˇze pomoci neutráln´ı ˇsed´ y filtr, kter´ y omez´ı svˇetlo procházej´ıc´ı objektivem a zachová barevné podán´ı sn´ımku. Je nutno poˇc´ıtat s t´ım, ˇze souˇcet doby expozice a ˇcasu, potˇrebného ke zpracován´ı a uloˇzen´ı sn´ımku, nesm´ı pˇresáhnout délku naˇseho sn´ımac´ıho intervalu. Pˇri sn´ımán´ı krajiny je vhodné pouˇz´ıt polarizaˇcn´ı filtr, kter´ y polarizuje j´ım procházej´ıc´ı svˇetlo do kolmé roviny v˚ uˇci objektivu. Pomoc´ı polarizaˇcn´ıho filtru lze omezit dopadaj´ıc´ı polarizované svˇetlo z oblohy, ˇc´ımˇz dojde k jej´ımu ztmaven´ı. Mˇejme vˇsak na pamˇeti, ˇze m´ıra tohoto efektu závis´ı na u ´hlu sluneˇcn´ıho svitu v˚ uˇci objektivu, a proto bychom se polarizaˇcn´ımu filtru mˇeli vyhnout v pˇr´ıpadˇe, ˇze plánujeme scénu sn´ımat delˇs´ı dobu, pˇri které se slunce po obloze posune o velkou vzdálenost. V takovém pˇr´ıpadˇe je lepˇs´ı oblohu ztmavit pomoc´ı filtru pˇrechodového.

3


Blik´ an´ı Pˇri ˇcasosbˇerném sn´ımán´ı je silnˇe doporuˇceno nastavit zaˇr´ızen´ı na plnˇe manuáln´ı reˇzim. Toto doporuˇcen´ı neplat´ı pro sn´ımán´ı scény, v n´ıˇz chceme zaznamenat proces, pˇri nˇemˇz docház´ı k rapidn´ı zmˇenˇe svˇetla ve scénˇe. Napˇr´ıklad kdybychom pˇri sn´ımán´ı soumraku pouˇzili manuáln´ı reˇzim, svˇetlo ve scénˇe by postupem ˇcasu pokleslo natolik, ˇze by v´ ysledn´ y sn´ımek byl u ´plnˇe ˇcern´ y. Pokud to nen´ı zámˇer, je tˇreba tento u ´bytek svˇetla kompenzovat napˇr. pˇrepnut´ım zaˇr´ızen´ı do poloautomatického ˇci plnˇe automatického módu. Pokud nastav´ıme zaˇr´ızen´ı do reˇzimu priority ˇcasu, expoziˇcn´ı automatika bude dopoˇc´ıtávat vhodnou clonu tak, aby sn´ımek byl korektnˇe exponován. Zde ovˇsem nastává problém. Pokud zaˇr´ızen´ı vyhodnot´ı, ˇze by scéna byla d´ıky u ´bytku svˇetla podexponována, zmˇen´ı clonové ˇc´ıslo na niˇzˇs´ı (typicky o jeden krok). Po této zmˇenˇe projde za stejnou dobu objektivem dvojnásobné mnoˇzstv´ı svˇetla, ˇc´ımˇz se v´ ysledn´ y sn´ımek bude jevit jako svˇetlejˇs´ı. Protoˇze clonové ˇc´ıslo nelze nastavit spojitˇe, pˇriˇcemˇz by se clona nastavila adekvátnˇe pro kaˇzd´ y sn´ımek, docház´ı k jeho nastaven´ı nepravidelnˇe skokovˇe, a proto se nám sekvence sn´ımk˚ u jev´ı jako blikaj´ıc´ı. Analogicky docház´ı ke skokové zmˇenˇe expozice pˇri pouˇzit´ı priority clony ˇci plnˇe automatického reˇzimu. K blikán´ı m˚ uˇze rovnˇeˇz doj´ıt, pokud pouˇzijeme automatické vyváˇzen´ı b´ılé. Proto je nutno vyváˇzen´ı b´ılé nastavit manuálnˇe. Nicménˇe, k m´ırnému blikán´ı m˚ uˇze docházet i pˇri pouˇzit´ı manuáln´ıho nastaven´ı digitáln´ıch zrcadlovek, tvrd´ı [6]. Clona v objektivech, urˇcen´ ych pro digitáln´ı zrcadlovky, se po exponován´ı sn´ımku zcela otevˇre, neˇz se opˇet nastav´ı na poˇzadovanou hodnotu. T´ımto zp˚ usobem mohou vznikat malé mechanické nepˇresnosti, které rovnˇeˇz zp˚ usob´ı blikán´ı obrazu. Pokud budeme clonit málo, tyto nepˇresnosti budou zanedbatelné, ale budeme muset pouˇz´ıt kratˇs´ı expoziˇcn´ı ˇcasy, které mohou b´ yt také nepˇresné. Jiné ˇreˇsen´ı je objektiv pootoˇcit tak, abychom odpojili elektrické kontakty u objektivu od tˇela zrcadlovky a clona tak z˚ ustala konstantn´ı. V pˇr´ıpadˇe sn´ımán´ı v (polo)automatickém reˇzimu je tˇreba k potlaˇcen´ı blikán´ı pouˇz´ıt post-processing1 . 1´

Uprava sn´ımk˚ u mimo zaˇr´ızen´ı, kter´ ym bylo poˇr´ızeno.

4


Vyuˇ zit´ı ˇ Casosbˇ erné video lze napˇr´ıklad uplatnit v následuj´ıc´ıch oblastech: • sn´ımán´ı r˚ ustu rostlin, • sn´ımán´ı oblaˇcnosti, • záznam j´ızdy dopravn´ımi prostˇredky, • monitorován´ı dopravy, • záznam pr˚ ubˇehu stavby ˇci demolice budov, • zamrzán´ı ploch vodn´ıch tok˚ u.

5

3 Existuj´ıc´ı software C´ılem této kapitoly je seznámit ˇctenáˇre s existuj´ıc´ım softwarem pouˇz´ıvan´ ym pro ˇcasosbˇerné sn´ımán´ı pomal´ ych dˇej˚ u, ukázat jejich funkce a provést srovnán´ı s navrhovan´ ym programem. Existuj´ıc´ıch program˚ u, urˇcen´ ych k ˇcasosbˇernému sn´ımán´ı, je celá ˇrada. Uvedeny budou pouze nˇekteré z nich.

3.1

AnimatorHD

AnimatorHD je profesionáln´ı nástroj, slouˇz´ıc´ı k vytváˇren´ı Stop Motion1 animac´ı a k ˇcasosbˇernému sn´ımán´ı. Program um´ı zpracovávat sn´ımky z webov´ ych kamer a digitáln´ıch zrcadlovek od firmy Canon a Nikon. Um´ı zpracovávat fotografie i z fotoaparát˚ u ostatn´ıch znaˇcek, ale pouze s pouˇzit´ım softwaru tˇret´ıch stran. Dokáˇze ukládat do r˚ uzn´ ych formát˚ u, um´ı vytvoˇrit i HDR2 záznam a um´ı zobrazit ˇziv´ y náhled. Dovede sn´ımat z v´ıce zaˇr´ızen´ı souˇcasnˇe, komunikovat s pojezdov´ ymi zaˇr´ızen´ımi pˇres sériov´ y port, náhled a export sn´ımk˚ u ve anaglyfovém formátu, ale pouze od verze Professional. Z uloˇzen´ ych sn´ımk˚ u je schopen zpracovat videosekvence. Pro vyzkouˇsen´ı je zdarma dostupná demoverze, umoˇzn ˇuj´ıc´ı uloˇzit ze zaˇr´ızen´ı 50 sn´ımk˚ u s logem softwaru. V´ıce informac´ı je dostupno na http://animatordv.com.

3.2

HandyAvi 4.3

HandyAvi je software, slouˇz´ıc´ı ke sn´ımán´ı a editaci ˇcasosbˇern´ ych vide´ı z webov´ ych kamer a televizn´ıch tuner˚ u. Podporuje detekci pohybu, blesk˚ u a mete1

Technika spoˇc´ıvaj´ıc´ı ve fotografován´ı nehybné scény, ve které jsou jednotlivé objekty manu´ alnˇe upravov´ any a posouv´ any o malé u ´seky tak, aby se po spojen´ı sn´ımk˚ u do videosekvence navodilo dojmu pohybu. 2 High Dynamic Range

6

Existuj´ıc´ı software

CandyLabs VideoVelocity

orit˚ u. Program dovede ovládat dalekohledy firmy Meade Instruments. Pro vyzkouˇsen´ı je k dispozici 10denn´ı verze zdarma. V´ıce informac´ı je dostupno z http://www.azcendant.com.

3.3

CandyLabs VideoVelocity

VideoVelocity je jednoduch´ y program, zpracovávaj´ıc´ı sn´ımky z webov´ ych kamer. Program um´ı ukládat jednotlivé sn´ımky ˇci rovnou generovat video, m˚ uˇze b´ yt ovládán z pˇr´ıkazové ˇrádky a t´ım b´ yt plnˇe automatizován. Umoˇzn ˇuje také sn´ımat v HD3 a podporuje Motion triggered sn´ımán´ı, kdy se sn´ımek uloˇz´ı pouze za pˇredpokladu, ˇze se liˇs´ı od pˇredchoz´ıho. Za tyto funkce si ale jiˇz mus´ıme pˇriplatit. Web produktu je na http://www.candylabs.com/videovelocity.

3.4

GBTimelapse

GBTimelapse je software, umoˇzn ˇuj´ıc´ı ˇcasosbˇerné sn´ımán´ı ze zrcadlovek firmy Canon. Program dovede sn´ımat v r˚ uzn´ ych formátech, dokáˇze sn´ımat v´ıce sn´ımk˚ u s r˚ uznou expoziˇcn´ı hodnotou a sestavit HDR sn´ımky. Disponuje ˇziv´ ym náhledem sn´ımk˚ u a interaktivn´ım náhledem videa. Má rozsáhlé nastaven´ı ˇcasován´ı – dokáˇze napˇr. spustit nahráván´ı v urˇcit´ y ˇcas pˇred západem slunce, apod. Ve verzi Pro um´ı synchronnˇe sn´ımat z v´ıce zaˇr´ızen´ı najednou. V´ yrobce vyv´ıj´ı také nástroj GBDeflicker, slouˇz´ıc´ı k odstranˇen´ı blikán´ı obrazu, dostupn´ y samostatnˇe nebo jako plugin do produkt˚ u firmy Adobe. Na internetu jsou dostupné zkuˇsebn´ı verze vˇsech v´ yˇse uveden´ ych produkt˚ u. 3

Video s rozliˇsen´ım vyˇsˇs´ım neˇz 800 × 600 bod˚ u.

7


DIYPhotobits.com Camera Control

V´ıce informac´ı je k dispozici na http://www.granitebaysoftware.com/Products/ProductGBTEOS.aspx.

3.5

DIYPhotobits.com Camera Control

Jedná se o skript, umoˇzn ˇuj´ıc´ı sn´ımán´ı fotografi´ı ze zrcadlovek firmy Nikon. Umoˇzn ˇuje nastavit parametry fotoaparátu jako je napˇr. clona, ˇcas závˇerky, ISO, atd. a má vestavˇenou podporu pro ˇcasosbˇerné sn´ımán´ı. Skript je lze stáhnout na stránce http://www.diyphotobits.com/download-diyphotobitscom-cameracontrol.

3.6

Tilaphos

Tilapshos je jednoduch´ y volnˇe dostupn´ y nástroj pro zpracován´ı sn´ımk˚ u z webov´ ych kamer. Ukládá jednotlivé sn´ımky do pevnˇe definované sloˇzky. Z tˇechto sn´ımk˚ u dokáˇze vytvoˇrit video. Program je moˇzno stáhnout z http://tilaphos.sourceforge.net.

3.7

Perios

Perios je volnˇe dostupn´ y program, zpracovávaj´ıc´ı sn´ımky z webov´ ych kamer. Rovnˇeˇz dovede poˇrizovat sn´ımky z kamer pˇres protokol HTTP. Z uloˇzen´ ych sn´ımk˚ u umoˇzn ˇuje vytvoˇrit videosekvenci. Program obsahuje pouze základn´ı nastaven´ı a nen´ı uˇz vyv´ıjen. Program je k dispozici na http://perios.ic.cz.

8


3.8

Srovnán´ı

Srovn´ an´ı

Jak je vidˇet v pˇredchoz´ıch odstavc´ıch, vˇetˇsina kvalitnˇejˇs´ıch program˚ u je placená. Volnˇe dostupné programy a volnˇe dostupné verze placen´ ych program˚ u disponuj´ı pouze jednoduch´ ymi funkcemi. Navrhovan´ y program FlyCatcher nab´ız´ı k tˇemto program˚ um alternativu. Srovnán´ı jednotliv´ ych program˚ u podle podpory zaˇr´ızen´ı je provedeno v tabulce 3.1 a jejich vybrané vlastnosti v tabulce 3.2. Program Webkamery Canon Nikon Ostatn´ı foto Jiná zaˇr. AnimatorHD Ano Ano Ano Ano* Ano HandyAvi Ano Ne Ne Ne Ano GBTimelapse Ne Ano Ne Ne Ne DIYPhotobits Ne Ne Ano Ne Ne VideoVelocity Ano Ne Ne Ne Ne Tilaphos Ano Ne Ne Ne Ne Perios Ano Ne Ne Ne Ano FlyCatcher Ano Ne Ano Ne Ano Tabulka 3.1: Moˇznosti pˇripojen´ı zaˇr´ızen´ı: Tabulka ukazuje, která zaˇr´ızen´ı jsou podporov´ ana jednotliv´ ymi programy. * Pouze sn´ım´ a obsah urˇcitého adresáˇre

Program Detekce pohybu Stereoskopie Korekce barev ˇ asteˇcnˇe C´ AnimatorHD Ne Ano HandyAvi Ano Ne Ne GBTimelapse Ne Ne Ano* DIYPhotobits Ne Ne Ne VideoVelocity Ano Ne Ne Tilaphos Ne Ne Ne Perios Ne Ne Ne FlyCatcher Ano** Ano Ano** Tabulka 3.2: Speci´ aln´ı funkce program˚ u: ukázka vybran´ ych nadstandardn´ıch funkc´ı jednotliv´ ych program˚ u. * s programem GBDeflicker ** neplat´ı pro zrcadlovky

9

4 Techniky u´pravy obrazu 4.1 4.1.1

Z´ akladn´ı pojmy Barevn´ y model RGB

Barevn´ y model RGB1 patˇr´ı v poˇc´ıtaˇcové grafice mezi nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı zp˚ usoby uloˇzen´ı barevné informace. Jeho jednotlivé barevné sloˇzky R, G a B jsou udávány procentuálnˇe v rozsahu h0, 1i nebo pomoc´ı tzv. bitové hloubky. Bitová hloubka obsahuje typicky 8 bit˚ u na sloˇzku, kde b´ yvá reprezentována 3 uzn´ ych barevn´ ych hodnotami [0 − 255] a model tud´ıˇz dokáˇze zobrazit 256 r˚ kombinac´ı. Model RGB je aditivn´ı, tzn. ˇc´ım vyˇsˇs´ı je hodnota jednotliv´ ych sloˇzek, t´ım svˇetlejˇs´ı je v´ ysledná barva.

4.1.2

Histogram

Histogram je grafické znázornˇen´ı distribuce jasu v obrázku. Nejˇcastˇeji b´ yvá reprezentován grafem, v jehoˇz x-ové ose je vynesen jas a v jeho y-ové ose relativn´ı poˇcet pixel˚ u odpov´ıdaj´ıc´ıch pˇr´ısluˇsnému jasu. Dokáˇzeme z nˇej urˇcit, zda byl sn´ımek správnˇe exponován a jeho vlastnosti, mezi které patˇr´ı napˇr. jas a kontrast. Ukázky závislosti histogram˚ u na nastaven´ı expozice nalezneme na obr. 4.1.

RGB histogram RGB histogram je histogram, ve kterém je kaˇzdá barevná sloˇzka obrázku vynesena zvláˇst’, viz obr. 4.2. 1

ˇ barevné sloˇzky Red (Cerven´ a), Green (Zelená) a Blue (Modrá)

10

Techniky u ´pravy obrazu

(a)

Stereoskopie

(b)

(c)

Obr´ azek 4.1: Uk´ azky histogram˚ u: (a) podexponovan´ y sn´ımek; (b) správnˇe exponovan´ y sn´ımek; (c) pˇreexponovan´ y sn´ımek

Obr´ azek 4.2: RGB histogram sn´ımku (b) z obr. 4.1

4.2

Stereoskopie

Slovo stereo pocház´ı z ˇreˇctiny a má význam prostorový. Stereoskopie se pak ” zabývá prostorovým zobrazován´ım. Tedy tvorbˇe a prohl´ıˇzen´ı obraz˚ u, které obsahuj´ı informaci pro obˇe oˇci, d´ıky n´ıˇz si vytvoˇr´ıme vjem hloubky prostoru.“ [7, s. 5] Protoˇze navrhovaná aplikace umoˇzn ˇuje stereoskopické sn´ımán´ı ze dvou zaˇr´ızen´ı, uved’me si nyn´ı pojem paralaxy, kter´ y ke stereoskopickému sn´ımán´ı neodmyslitelnˇe patˇr´ı a na nˇejˇz bude pozdˇeji odkazováno.

11


4.2.1

´ Upravy obrazu v programu FlyCatcher

Paralaxa

Paralaxou se rozum´ı u ´hel, kter´ y sv´ıraj´ı pˇr´ımky, vedouc´ı ze stˇredu objektiv˚ u sn´ımac´ıch zaˇr´ızen´ı do jednoho bodu v prostoru, ˇr´ıká [12]. Tento bod bude na sn´ımc´ıch posunut o vektor u ´mˇern´ y paralaxe. Paralaxu rozdˇelujeme na horizontáln´ı a vertikáln´ı. Horizontáln´ı paralaxa navozuje prostorov´ y dojem, kdeˇzto vertikáln´ı jej m˚ uˇze rozb´ıt. Pro odstranˇen´ı vertikáln´ı paralaxy je nutno zaˇr´ızen´ı um´ıstit do stejné roviny tak, aby pˇr´ımky kolmé k plochám senzor˚ u zaˇr´ızen´ı byly rovnobˇeˇzné. V´ıce se této problematice vˇenuje zdroj [7].

4.3 4.3.1

´ Upravy obrazu v programu FlyCatcher Oˇ rez

Oˇr´ıznut´ı odstraˇ nuje okrajové ˇcásti obrazu, zkvalitˇ nuje rámován´ı a kompo” zici, zvýrazˇ nuje pˇredmˇety nebo mˇen´ı pomˇer stran.“ [13] Kromˇe v´ yˇse uveden´ ych u ´kon˚ u m˚ uˇzeme oˇrez provést pˇri stereoskopickém sn´ımán´ı k ˇca´steˇcnému odstranˇen´ı vertikáln´ı paralaxy.

4.3.2

Korekce barev a expozice

Pˇri sn´ımán´ı scény, v n´ıˇz se mˇen´ı svˇetelné podm´ınky (napˇr. v´ ychod a západ slunce, j´ızda autem), zaˇr´ızen´ım s automatick´ ym nastaven´ım expozice a vyváˇzen´ım b´ılé (typicky webové kamery) m˚ uˇze nastat jev, pˇri kterém se skokovˇe zmˇen´ı svˇetelnost nebo barevn´ y tón dvou po sobˇe jdouc´ıch sn´ımk˚ u. Pro odstranˇen´ı skokové zmˇeny expozice slouˇz´ı algoritmus pˇrizp˚ usoben´ı histogramu, kter´ y popisuje [4]. Mˇejme dva obrázky, referenˇcn´ı a upravovan´ y. Z histogram˚ u obou obrázk˚ u vypoˇcteme distribuˇcn´ı funkce FR a FU . Pro kaˇzdou jasovou hodnotu f1 ∈ [0 − 255] nalezneme odpov´ıdaj´ıc´ı jasovou hodnotu f2 takovou, ˇze FR (f1 ) = FU (f2 ). Z´ıskanou mapovac´ı funkci f2 → f1 aplikujeme na kaˇzd´ y pixel upravovaného sn´ımku. [9]

12



Algoritmus v této podobˇe um´ı pouze ovlivˇ novat jas upravovaného obrázku. Aby dovedl opravit i barevn´ y posun, mus´ı se aplikovat mapovac´ı funkce f2 → f1 pro kaˇzdou barevnou sloˇzku zvláˇst’. To vyˇzaduje v´ ypoˇcet histogramu a jeho distribuˇcn´ı funkce zvláˇst’ pro ˇcervenou, zelenou a modrou sloˇzku. V´ ysledky algoritmu lze vidˇet na obr. 4.3.

(a)

(b)

(c)

Obr´ azek 4.3: Korekce barev a expozice: (a) referenˇcn´ı sn´ımek; (b) následuj´ıc´ı sn´ımek; (c) opraven´ y následuj´ıc´ı sn´ımek

Sekvence sn´ımk˚ u V´ yˇse uveden´ y algoritmus se zab´ yvá korekc´ı jednoho obrázku podle referenˇcn´ıho. Pˇri sn´ımán´ı v´ıce sn´ımk˚ u se ovˇsem mus´ıme zamyslet nad t´ım, podle kterého sn´ımku se budou dalˇs´ı sn´ımky opravovat. Nab´ız´ı se dvˇe moˇznosti, kaˇzdá ovˇsem podává jiné v´ ysledky:

13



0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5

⁞

⁞

⁞

⁞

255

255

255

255

(1)

(2)

(3)

(4)

Obr´ azek 4.4: Zˇretˇezené mapován´ı: (1) p˚ uvodn´ı referenˇcn´ı sn´ımek; (2) opraven´ y sn´ımek podle (1) a referenˇcn´ı sn´ımek pro (3); apod.

1. Prvn´ı sn´ımek jako referenˇcn´ı: Tento zp˚ usob podává uspokojivé v´ ysledky za pˇredpokladu, ˇze se barevnost a svˇetelnost scény nemˇen´ı drasticky. Pokud se scéna v´ yznamnˇe mˇen´ı, m˚ uˇze docházet k redukci dynamického kontrastu upravovan´ ych obrázk˚ u. 2. Pˇredchoz´ı sn´ımek jako referenˇcn´ı: Pokud kaˇzd´ y pˇredchoz´ı opraven´ y sn´ımek pouˇzijeme jako referenˇcn´ı, kaˇzd´ y následuj´ıc´ı sn´ımek bude disponovat menˇs´ım nebo rovn´ ym dynamick´ ym rozsahem, jako sn´ımek referenˇcn´ı. To vypl´ yvá z Dirichletova principu, kter´ y popisuje zdroj [10]. Kaˇzdá nenulová hodnota upravovaného histogramu je namapována na jedinou hodnotu. Pokud tato jediná hodnota bude stejná pro v´ıce nenulov´ ych hodnot upravovaného histogramu, dojde v obrázku ke sn´ıˇzen´ı poˇctu barev a t´ım pádem dynamického kontrastu, viz obr. 4.4. Protoˇze u zp˚ usobu ˇc. 1 docház´ı k menˇs´ı a netrvalé ztrátˇe informace, na rozd´ıl od druhého zp˚ usobu, je tedy lepˇs´ı pouˇz´ıt prvn´ı sn´ımek jako referenˇcn´ı. Abychom eliminovali i tuto ztrátu, je tˇreba informace do histogramu postupnˇe doplˇ novat. Velmi dobré v´ ysledky podává metoda, pˇri n´ıˇz se do referenˇcn´ıho histogramu pˇridá ˇca´st histogramu nejnovˇejˇs´ıho neupraveného obrázku. Nov´ y referenˇcn´ı histogram bude tedy váˇzen´ ym pr˚ umˇerem p˚ uvodn´ıho histogramu a histogramu neupraveného nejnovˇejˇs´ıho obrázku. Velmi dobr´ ych v´ ysledk˚ u dosáhneme, pokud váha p˚ uvodn´ıho referenˇcn´ıho histogramu bude ˇcinit 95 %. Pˇri niˇzˇs´ı váze m˚ uˇze jiˇz b´ yt patrná skoková zmˇena expozice, pˇri vyˇsˇs´ı zase doˇcasná ztráta dynamického rozsahu sn´ımk˚ u. 14


4.4

Detekce zmˇen

Detekce zmˇ en

Pro vyhodnocen´ı m´ıry shody dvou obrázk˚ u pouˇz´ıvám následuj´ıc´ı algoritmus: Na obrázek se nejprve aplikuje Gaussovo rozostˇren´ı, které odstran´ı ˇsum z obrázku a poté se obrázek pixelizuje a zmˇen´ı na velikost 16 x 16 pixel˚ u. Jednotlivé barevné sloˇzky kaˇzdého pixelu se od sebe odeˇctou a jejich absolutn´ı hodnoty AR (x, y), AG (x, y) a AB (x, y) se zpracuj´ı podle následuj´ıc´ıho vzorce: 15 P 15 P

S=

x=0 y=0

AR (x, y) + AG (x, y) + AB (x, y) 256 · 3 · 2.55

ˇ ıslo S znaˇc´ı m´ıru shody a pohybuje se v rozmez´ı od 0 do 100. Nyn´ı se C´ pod´ıváme podrobnˇeji na Gaussovo rozostˇren´ı.

4.4.1

Gaussovo rozostˇ ren´ı a konvoluce

Gaussovo rozostˇren´ı se poˇc´ıtá pomoc´ı tzv. diskrétn´ı konvoluce. Konvoluce je binárn´ı matematick´ y operátor, znaˇcen´ y symbolem * a definovan´ y následuj´ıc´ım vzorcem: X g(i, j) = f (i + k, j + l)h(k, l) k,l

Funkce f pˇredstavuje p˚ uvodn´ı obrázek, g je novˇe vypoˇctená svˇetelnost pixelu na souˇradnic´ıch (i,j) a h je tzv. konvoluˇcn´ı jádro. Pˇredchoz´ı vztah lze zapsat pomoc´ı zkrácené notace g = f ∗ h, uvád´ı [8]. Gauss˚ uv filtr lze implementovat dvˇema zp˚ usoby: 1. Dvoupr˚ uchodov´ y jednodimenzionáln´ı filtr: Nejprve se vypoˇctou data jednodimenzionáln´ıho konvoluˇcn´ıho jádra o velikosti 1 + polomˇer · 2 prvk˚ u. Jednotlivé body se spoˇc´ıtaj´ı podle následuj´ıc´ı funkce: r2 1 G(r) = √ e− 2σ2 2πσ 2 kde r je vzdálenost bodu od stˇredu jádra a rozptyl σ se vol´ı jako 1/3 polomˇeru. Poté provedeme konvoluci obrazu s t´ımto jádrem orientovan´ ym na ˇs´ıˇrku a následnˇe na v´ yˇsku.

15


Detekce zmˇen

Obr´ azek 4.5: Princip diskrétn´ı dvojrozmˇerné konvoluce; pˇrevzato z [11]

2. Dvojdimenzionáln´ı filtr: Spoˇc´ıtáme parametry dvojdimenzionáln´ıho konvoluˇcn´ıho jádra o velikosti [1 + polomˇer ∗ 2, 1 + polomˇer ∗ 2] podle následuj´ıc´ı funkce: G(x, y) =

1 − x2 +y2 2 e 2σ 2πσ 2

Parametry x a y jsou vzdálenosti ve smˇeru x a y od stˇredu jádra. S t´ımto jádrem provedeme konvoluci obrazu. Asymptotická sloˇzitost v´ ypoˇctu dvoupr˚ uchodového jednodimenzionáln´ıho filtru bude tedy O(2W Hn), sloˇzitost jednopr˚ uchodového dvojdimenzionál2 n´ıho filtru O(W Hn ), kde n je velikost strany jádra, W ˇs´ıˇrka obrazu a H jeho v´ yˇska v pixelech. V´ yhodnˇejˇs´ı je tedy pouˇz´ıt jednodimenzionáln´ı filtr se dvˇema pr˚ uchody.

16

5 Programová dokumentace 5.1

Aplikaˇ cn´ı logika

Aplikaˇcn´ı logika je kl´ıˇcová ˇca´st aplikace. Jej´ı UML1 diagram tˇr´ıd je zobrazen na obr. 5.1. Vˇsechny tˇr´ıdy, spadaj´ıc´ı do aplikaˇcn´ı logiky, jsou um´ıstˇeny v bal´ıˇcku grabber. Základem aplikace je rozhran´ı Grabbable. Toto rozhran´ı deklaruje veˇskeré potˇrebné metody pro komunikaci s nahrávac´ımi zaˇr´ızen´ımi. Toto rozhran´ı implementuj´ı ˇctyˇri tˇr´ıdy. Tˇri z tˇechto tˇr´ıd pˇristupuj´ı pˇr´ımo k nahrávac´ım zaˇr´ızen´ım – budeme jim ˇr´ıkat grabbery. Konkrétnˇe to jsou následuj´ıc´ı tˇr´ıdy: • CivilGrabber: Stará se sn´ımán´ı z webov´ ych kamer a kamer pˇripojen´ ych pˇres FireWire. • WiaGrabber: Stará se o sn´ımán´ı z digitáln´ıch zrcadlovek a fotoaparát˚ u. • NetworkGrabber: Stahuje sn´ımky z kamer dostupn´ ych pˇres protokol http. Posledn´ı tˇr´ıda, implementuj´ıc´ı rozhran´ı Grabbable, je NetworkHost a jej´ı u ´ˇcel je lehce odliˇsn´ y od grabber˚ u. O té si pov´ıme pozdˇeji. Nyn´ı se pod´ıváme na jednotlivé grabbery.

5.1.1

CivilGrabber

CivilGrabber je tˇr´ıda, slouˇz´ıc´ı pro pˇripojen´ı k zaˇr´ızen´ım, které poskytuj´ı kontinuáln´ı datov´ y tok obrazu. Jednotlivé obrázky dokáˇze poskytovat instanci tˇr´ıdy implementuj´ıc´ı rozhran´ı ImageProcessor pro dalˇs´ı vyuˇzit´ı. CivilGrabber vyuˇz´ıvá sluˇzeb knihovny LTI-CIVIL[1]. LTI-CIVIL je volnˇe dostupná knihovna, umoˇzn ˇuj´ıc´ı sn´ımán´ı z v´ yˇse uveden´ ych zaˇr´ızen´ı. Postup pro vyb´ırán´ı a konfiguraci zaˇr´ızen´ı je jednoduch´ y: 1

Unified Modeling Language

17

Programová dokumentace

Aplikaˇcn´ı logika

GrabberHolder

1..2 «interface» ImageProcessor

NetworkClient

sends sync sends images

NetworkImageProcessor

provides images

CivilGrabber

«interface» Grabbable

WiaGrabber

NetworkGrabber

NetworkHost

RenderImageProcessor

1..2 1 ImageComposer

VideoCanvas

ImageSaver

Obr´ azek 5.1: UML diagram aplikaˇcn´ı logiky programu

1. Vytvoˇr´ı se sn´ımac´ı systém. 2. Ze systému se z´ıská seznam zaˇr´ızen´ı a k jednomu se pˇripoj´ı. 3. Z pˇripojeného zaˇr´ızen´ı se z´ıská seznam formát˚ u a jeden se zvol´ı. 4. Spust´ı se sn´ımán´ı. Z´ıskané sn´ımky se pomoc´ı zabudované funkce pˇrevedou na instanci BufferedImage, které se dále zpracovávaj´ı.

5.1.2

WiaGrabber

WiaGrabber je tˇr´ıda, umoˇzn ˇuj´ıc´ı pˇripojen´ı k digitáln´ım zrcadlovkám za pomoci WIA2 Automation Library[3]. 2

Windows Image Acquistion

18



WIA Windows Image Acquistion je platforma firmy Microsoft, zprostˇredkovávaj´ıc´ı komunikaci mezi sn´ımac´ımi zaˇr´ızen´ımi (pˇredevˇs´ım skenery a fotoaparáty) a aplikacemi na platformˇe Microsoft Windows. WIA API3 má podle zdroje [3] zabudovanou podporu pro následuj´ıc´ı ˇcinnosti: • zobrazen´ı seznamu dostupn´ ych zaˇr´ızen´ı, • moˇznost pˇripojen´ı se na v´ıce zaˇr´ızen´ı souˇcasnˇe, • ˇcten´ı a zápis vlastnost´ı zaˇr´ızen´ı, • pˇrenos dat ze zaˇr´ızen´ı se zachován´ım vˇsech jejich vlastnost´ı, • notifikace o stavu zaˇr´ızen´ı a ˇr´ızen´ı událost´ı.

Propojen´ı jazyka Java s WIA Pro komunikaci s WIA je pouˇzita knihovna Com4J, zprostˇredkovávaj´ıc´ı rozhran´ı pro spolupráci Javy a Microsoft COM4 , uvád´ı [2]. Pro pˇr´ıstup k zaˇr´ızen´ım slouˇz´ı knihovna WIA Automation Library, um´ıstˇená v souboru wiaaut.dll. Aby bylo moˇzno pouˇz´ıvat metody knihovny WIA Automation Library, je nutné vytvoˇrit hlaviˇckové soubory s deklaracemi jej´ıch metod, umoˇzn ˇuj´ıc´ı napojen´ı Javy na COM. Tuto práci za nás udˇelá Com4J. Spuˇstˇen´ım programu ze souboru tlbimp.jar, dostupného v bal´ıku Com4J, pomoc´ı pˇr´ıkazu java -jar tlbimp.jar -o wsh -p vytvoˇr´ıme rozhran´ı pro Javu. Kaˇzdé rozhran´ı je identifikováno jednoznaˇcn´ ym ˇretˇezcem zvan´ ym GUID5 , podle nˇehoˇz dokáˇze Com4J vyhledat definici metody v systému. 3

Aplication Programming Interface Component Object Model – Komponentová technologie firmy Microsoft 5 Globally Unique Identifier 4

19



Implementace grabberu Postup pro pˇripojen´ı se k zaˇr´ızen´ı je podobn´ y postupu pro pˇripojen´ı kamery pˇres LTI-CIVIL: 1. Vytvoˇr´ı se manaˇzer, slouˇz´ıc´ı pro zprostˇredkován´ı informac´ı o dostupn´ ych zaˇr´ızen´ıch. 2. Z´ıská se seznam zaˇr´ızen´ı a k jednomu se pˇripoj´ı. 3. Registruje se posluchaˇc, kter´ y v pˇr´ıpadˇe vytvoˇren´ı nového sn´ımku provede jeho zpracován´ı. 4. M˚ uˇze se zaˇc´ıt sn´ımat. Kaˇzdé pˇripojené zaˇr´ızen´ı obsahuje následuj´ıc´ı poloˇzky: • Seznam vlastnost´ı: Obsahuje veˇskeré vlastnosti zaˇr´ızen´ı. Nˇekteré vlastnosti jsou pouze informativn´ıho charakteru (název zaˇr´ızen´ı, stav baterie, verze firmwaru...), jiné slouˇz´ı pro ˇcten´ı i zápis (clonové ˇc´ıslo, rychlost závˇerky, ISO, vyváˇzen´ı b´ılé...). • Pˇr´ıkazy: Seznam pˇr´ıkaz˚ u, které je moˇzno pos´ılat do zaˇr´ızen´ı z aplikace. Aby bylo moˇzné poˇr´ıdit obrázek, mus´ı dané zaˇr´ızen´ı podporovat pˇr´ıkaz Take Picture. • Poloˇzky: Obsahuje poloˇzky uloˇzené v zaˇr´ızen´ı (typicky fotografie na pamˇet’ové kartˇe). • Události: Seznam událost´ı, které mohou v zaˇr´ızen´ı nastat. Tˇemto událostem lze pˇriˇradit posluchaˇce, kteˇr´ı pˇri vyvolán´ı dané události vyvolaj´ı metodu void onEvent() z rozhran´ı _IDeviceManagerEvents. WiaGrabber vyuˇz´ıvá této metody k pˇrenosu fotografie do poˇc´ıtaˇce a jej´ı uloˇzen´ı na pevn´ y disk. Protoˇze je knihovna Com4J stále ve v´ yvoji, nelze vyuˇz´ıt vˇsech moˇznost´ı, které by ˇsly vyuˇz´ıt napˇr. v jazyce C#. Z tohoto d˚ uvodu nelze pˇristupovat k jednotliv´ ym pixel˚ um obrázku a pˇrevést jej na BufferedImage. Proto se poˇr´ızené fotografie pˇr´ımo ukládaj´ı na pevn´ y disk.

20


5.1.3


NetworkGrabber

NetworkGrabber slouˇz´ı ke stahován´ı obrázk˚ u z kamer dostupn´ ych pˇres pro6 tokol HTTP . Sn´ımky jsou stahovány periodicky a pˇrevádˇeny do BufferedImage, které se pos´ılaj´ı k dalˇs´ımu zpracován´ı instanci tˇr´ıdy implementuj´ıc´ı rozhran´ı ImageProcessor.

5.1.4

ˇ ızen´ı chodu programu R´

Systém podporuje jeden aˇz dva souˇcasnˇe bˇeˇz´ıc´ı grabbery. K uchován´ı informac´ı, o jaké grabbery se jedná, slouˇz´ı tˇr´ıda GrabberHolder. Tato tˇr´ıda má za u ´kol udrˇzovat referenˇcn´ı promˇenné na právˇe pouˇz´ıvané grabbery. Dále disponuje metodami pro ˇr´ızen´ı chodu programu: Um´ı uchovávané grabbery jednotnˇe spouˇstˇet ˇci zastavovat a nastavovat ˇcasován´ı. ˇ Casov´ an´ı ˇ Casov´ an´ı spoˇc´ıvá ve vytvoˇren´ı vlákna, které po kaˇzdém uplynut´ı ˇcasového intervalu nechá uloˇzit sn´ımky. GrabberHolder um´ı nastavit následuj´ıc´ı vlastnosti ˇcasován´ı: • Zaˇcátek ˇcasován´ı: ihned, v zadan´ y ˇcas nebo po uplynut´ı urˇcené doby. • Zastaven´ı ˇcasován´ı: ruˇcnˇe, v zadan´ y ˇcas, po uplynut´ı urˇcité doby ˇci po uloˇzen´ı stanoveného poˇctu sn´ımk˚ u. • Interval ˇcasován´ı, sloˇzku pro ukládán´ı dat a název souboru.

Tˇ r´ıdy implementuj´ıc´ı ImageProcessor GrabberHolder je zodpovˇedn´ y i za pˇriˇrazován´ı tzv. procesor˚ u grabber˚ um. Procesorem se rozum´ı tˇr´ıda implementuj´ıc´ı rozhran´ı ImageProcessor. ImageProcessor disponuje jednou metodou, a to void processImage(BufferedImage img), která pˇredá dodan´ y sn´ımek dedikované tˇr´ıdˇe. Existuj´ı dvˇe tˇr´ıdy implementuj´ıc´ı ImageProcessor: 6

Hypertext Transfer Protocol

21



1. RenderImageProcessor: slouˇz´ı k pˇredáván´ı obrázk˚ u instanci tˇr´ıdy ImageComposer, která transformuje pˇredávan´ y obrázek pro zobrazen´ı na obrazovku programu nebo pro uloˇzen´ı. 2. NetworkImageProcessor: slouˇz´ı k pˇredán´ı obrázk˚ u s´ıt’ovému klientovi, kter´ y jej odeˇsle po s´ıti hostuj´ıc´ı instanci FlyCatcheru. S´ıt’ová komunikace bude podrobnˇe popsána pozdˇeji.

5.1.5

Manipulace s obrazem

Pro manipulaci s obrazem slouˇz´ı tˇr´ıda ImageComposer. Této tˇr´ıdˇe jsou periodicky dodávány obrázky ze zaˇr´ızen´ı urˇcené k zobrazen´ı na vykreslovac´ı plátno nebo k uloˇzen´ı. Kaˇzd´ y dodávan´ y sn´ımek projde zpracovávac´ım cyklem, ve kterém je patˇriˇcnˇe upraven. Pˇri dodáván´ı sn´ımk˚ u v reˇzimu stereoskopie se mus´ı tyto sn´ımky synchronizovat za pomoci semafor˚ u. Nyn´ı si uved’me pˇrehled metod, pomoc´ı nichˇz m˚ uˇze ImageComposer dodávané obrázky upravovat: • cropImage(): Oˇr´ızne obrázek na podle nastaven´ ych parametr˚ u. • createAnaglyphImage(): Zadané obrázky pˇrevede do formátu ˇcervenoazurového anaglyfu. • createAdjacentImage(): Ze zadan´ ych obrázk˚ u vytvoˇr´ı nov´ y obrázek dvojnásobné ˇs´ıˇrky, kter´ y bude obsahovat data z obou obrázk˚ u vedle sebe. • createBlendedImage(): Prolne obrázky s 50% pr˚ uhlednost´ı pˇres sebe. • convertToGrayscale(): Pˇrevede obrázek do ˇcernob´ılé ˇskály pomoc´ı vestavˇené funkce. • mosaic(): Pixelizuje obrázek. • gaussianBlur(): Aplikuje na obrázek Gaussovo rozostˇren´ı. • expandEdges(): Zvˇetˇs´ı plochu obrázku na okraj´ıch o zadan´ y poˇcet pixel˚ u tak, aby bylo moˇzno provést konvoluci v kaˇzdém bodˇe obrázku. • applyTables(): Aplikuje tabulky s barevnou korekc´ı.

22



• transform(): Provede transformaci obrázku – pokud je nastaven oˇrez, obrázek oˇr´ızne, a poté zmˇen´ı velikost obrázku na nastavenou ˇs´ıˇrku a v´ yˇsku.

5.1.6

S´ıt’ov´ a komunikace

Program je moˇzno provozovat v s´ıt’ovém reˇzimu. Tento reˇzim nalezne vyuˇzit´ı v pˇr´ıpadˇe, ˇze z technick´ ych d˚ uvod˚ u nelze sn´ımat ve stereoskopickém reˇzimu ze dvou zaˇr´ızen´ı najednou. S´ıt’ov´ y reˇzim spoˇc´ıvá ve spuˇstˇen´ı dvou instanc´ı programu: v instanci programu, ke které je pˇripojena levá kamera, se spust´ı server. T´ım se vytvoˇr´ı instance tˇr´ıdy NetworkHost, která otevˇre zadan´ y port a zaˇcne na nˇem naslouchat. Ve druhé instanci se nastav´ı kamera pro pravé oko a program se pˇripoj´ı k námi pˇredem vytvoˇrenému serveru. Pˇri této akci se vytvoˇr´ı instance tˇr´ıdy NetworkClient, která se automaticky pˇripoj´ı k naˇsemu serveru. Po pˇripojen´ı se na serverové stranˇe ve tˇr´ıdˇe GrabberHolder nastav´ı sekundárn´ı grabber na NetworkHost a spust´ı se sn´ımán´ı. T´ımto se odeˇsle pˇr´ıkaz klientské stranˇe, která jako reakci zaˇcne periodicky pos´ılat serveru obrázky. Ty se pak zpracovávaj´ı bˇeˇzn´ ym zp˚ usobem. Je nutno podotknout, ˇze jako klient se sm´ı pˇripojit pouze program, kter´ y vyuˇz´ıvá grabber s automatick´ ym exportem obrázk˚ u v BufferedImage. WiaGrabber tedy pˇripojit nep˚ ujde.

S´ıt’ov´ y protokol ˇ ıdic´ı povely se pos´ıKlient se serverem komunikuj´ı hybridn´ım protokolem. R´ laj´ı v textové formˇe a obrázky ve formˇe binárn´ı. Pod´ıvejme se jeˇstˇe na formát ˇr´ıdic´ıch sekvenc´ı: • Klient → Server – r <ˇ sı ´ˇ rka> : Klient je pˇripraven pos´ılat obrázky o zadané velikosti. – i : Klient bude pos´ılat obrázek zadaného typu o délce v bytech. Typ je zat´ım nemˇenn´ y – v budouc´ıch verz´ıch bude

23


Grafické uˇzivatelské rozhran´ı

urˇcovat zp˚ usob, zda bude obrázek urˇcen pro vykreslen´ı nebo uloˇzen´ı. – x: Klient se odpojuje. • Server → Klient – r: Server je pˇripraven. – i: Server ˇceká na obrázek. – f<stav>: Zmˇena stavu pos´ılán´ı obrázk˚ u. Stav 1: Klient má zaˇc´ıt pos´ılat obrázky; stav 0: Klient má pˇrestat pos´ılat obrázky. – x: Server se ukonˇcuje.

5.2

Grafick´ e uˇ zivatelsk´ e rozhran´ı

Grafické uˇzivatelské rozhran´ı programu FlyCatcher se skládá z 28 veˇrejn´ ych tˇr´ıd. Vˇsechny tyto tˇr´ıdy jsou zobrazeny v UML diagramu na obrázku 5.2. Veˇskeré tˇr´ıdy, spadaj´ıc´ı do GUI jsou um´ıstˇeny v bal´ıˇcku grabber.gui.

5.2.1

Window

Hlavn´ım stavebn´ım kamenem GUI je tˇr´ıda Window. Jedná se o tˇr´ıdu oddˇedˇenou od JFrame, staraj´ıc´ı se o vykreslován´ı hlavn´ıho okna. Tato tˇr´ıda slouˇz´ı jako vstupn´ı bod programu, tj. obsahuje metodu main(String[] args). Tato tˇr´ıda se stará o vytvoˇren´ı celého uˇzivatelského rozhran´ı. Protoˇze je GUI celkem obsáhlé a trvalo by velmi dlouho, kdyby se mˇely instance vˇsech tˇr´ıd vytvoˇrit pˇri startu programu, je zde z velké ˇcásti pouˇzita odloˇzená inicializace. To znamená, ˇze instance z˚ ustávaj´ı neinicializovány a k jejich inicializaci dojde aˇz ve chv´ıli, kdy maj´ı b´ yt pouˇzity. Typick´ ym pˇr´ıkladem je tˇr´ıda s nápovˇedou. Vˇetˇsina uˇzivatel˚ u nápovˇedu vyuˇz´ıvat nebude, a proto nen´ı zapotˇreb´ı ji od poˇcátku udrˇzovat v pamˇeti. Nyn´ı se vrát´ıme zpˇet k hlavn´ımu oknu. To obsahuje menu a nástrojovou liˇstu. Nástrojová liˇsta obsahuje vybrané poloˇzky z menu. Abych nemusel programovat funkˇcnost poloˇzek v menu a tlaˇc´ıtek na liˇstˇe dvakrát, vyuˇzil jsem tˇr´ıdu AbstractAction, od které jsem oddˇedil potomky, které zastupuj´ı právˇe

24



WaitDialog

Help

WaitingForClientDialog

VideoCanvas Wizard

ConnectionDialog

«interface» GrabberConfig

CaptureDialog

TimingDialog

CropBar

Window

ResizeBar

AbstractPanel

TimingPanel

DeviceTypePanel

SchedulingPanel

CivilPanel

AboutDialog

TriggeredActivityPanel

WiaPanel

CorrectionPanel

NetworkPanel

PhotoConfigDialog

SummaryPanel StereoDecisionPanel

SavingOptionsDialog

Model

Lang

Obr´ azek 5.2: UML diagram uˇzivatelského rozhran´ı aplikace

tyto spoleˇcné poloˇzky. Vˇsechny tyto akce“ jsou ve tˇr´ıdˇe Window uloˇzeny jako ” vnitˇrn´ı tˇr´ıdy.

5.2.2

Pr˚ uvodce

Dalˇs´ı d˚ uleˇzitou ˇca´st´ı uˇzivatelského rozhran´ı jsou dialogy typu pr˚ uvodce. Vˇsechny tˇr´ıdy, spadaj´ıc´ı do této skupiny jsou uloˇzeny v bal´ıˇcku wizard. Spoleˇcnou tˇr´ıdou tˇechto pr˚ uvodc˚ u je tˇr´ıda Wizard, oddˇedˇená od JPanel. Disponuje obrázkem ve své levé ˇcásti a tˇremi r˚ uzn´ ymi tlaˇc´ıtky vespod pro pohyb v pr˚ uvodci. Z tˇechto tlaˇc´ıtek jsou viditelná vˇzdy jen dvˇe. Tlaˇc´ıtko pro posun dále m˚ uˇze b´ yt nahrazeno tlaˇc´ıtkem pro uzavˇren´ı dialogu. Na hlavn´ı ploˇse tˇechto dialog˚ u je panel s rozvrˇzen´ım CardLayout, na kterém se zobrazuj´ı pˇr´ısluˇsné panely s obsahem. Tyto panely sd´ıl´ı vlastnosti abstraktn´ı tˇr´ıdy AbstractPanel. Tyto panely se dˇel´ı do dvou skupin podle typu pr˚ uvodce. V programu existuj´ı dva pr˚ uvodce: pr˚ uvodce sn´ımán´ım (CaptureDialog) a pr˚ uvodce ˇcasován´ım a ukládán´ım (TimingDialog).

25



Nyn´ı se pod´ıvejme podrobnˇeji na obsahové panely a jejich obsah.

5.2.3

Panely oddˇ edˇ en´ e od AbstractPanel

Kaˇzd´ y panel, oddˇedˇen´ y od tˇr´ıdy AbstractPanel má svého rodiˇcovského ” pr˚ uvodce“, do kterého je pˇriˇrazen. Mus´ı rovˇeˇz implementovat abstraktn´ı metody pro obnovu pˇri zpˇetném posunu v pr˚ uvodci a kompletn´ı obnovu. Dále tyto panely obsahuj´ı metodu pro zmˇenu jazyka, ke které se dostaneme pozdˇeji.

Panely patˇ r´ıc´ı do dialogu pro sn´ım´ an´ı • DeviceTypePanel: Jedná se o panel, ve kterém uˇzivatel vyb´ırá typ zaˇr´ızen´ı. Pouˇzit je GridLayout. • CivilPanel: Panel, slouˇz´ıc´ı k v´ ybˇeru a nastaven´ı vlastnost´ı webov´ ych kamer pˇres knihovnu LTI-CIVIL. • WiaPanel: Jedná se o panel, slouˇz´ıc´ı k v´ ybˇeru digitáln´ıch zrcadlovek pomoc´ı Windows Image Acquitsion. • NetworkPanel: Jedná se o panel, slouˇz´ıc´ı ke konfiguraci pˇripojen´ı ke kameˇre pˇres protokol HTTP. • StereoDecisionPanel: Panel, ve kterém jsou uˇzivateli nab´ıdnuty zp˚ usoby pˇripojen´ı sekundárn´ı kamery.

Panely patˇ r´ıc´ı do dialogu pro ˇ casov´ an´ı • TimingPanel: Jedná se o panel, ve kterém uˇzivatel vyb´ırá základn´ı vlastnosti ukládán´ı sn´ımk˚ u. M˚ uˇze zde nastavit cestu do sloˇzky, kam se budou soubory ukládat, ˇcasov´ y interval sn´ımán´ı a název soubor˚ u. • SchedulingPanel: Panel, ve kterém je moˇzno nastavit plánován´ı poˇcátku a konce ukládán´ı. • TriggeredActivityPanel: Jedná se o panel, slouˇz´ıc´ı k aktivaci Activity Triggered reˇzimu. • CorrectionPanel: Jedná se o panel, slouˇz´ıc´ı k aktivaci korekc´ı barev. 26



Panel SummaryPanel je pro oba druhy dialog˚ u spoleˇcn´ y a obsahuje pouze textovou informaci o zavˇren´ı pr˚ uvodce. Za zm´ınku jeˇstˇe stoj´ı WaitDialog a jeho potomci ConnectionDialog a WaitingForClientDialog, slouˇz´ıc´ı jako informaˇcn´ı boxy pˇri vytváˇren´ı s´ıt’ového propojen´ı dvou instanc´ı programu.

5.2.4

Pl´ atno VideoCanvas

VideoCanvas je plocha oddˇedˇená od JPanel, slouˇz´ıc´ı pro zobrazen´ı náhledu videa. Je zde pˇrekryta metoda public void paint(Graphics g), slouˇz´ıc´ı k vykreslen´ı komponenty. V té jsou na vyˇzádán´ı vykreslovány jednotlivé obrázky, poskytované tˇr´ıdou ImageComposer, slouˇz´ıc´ı ke skládán´ı v´ ysledného obrazu.

5.2.5

Ostatn´ı okna a dialogy

V programu se nacház´ı jeˇstˇe dalˇs´ı dialogy a okna, jejichˇz princip je tˇreba vysvˇetlit. Konkrétnˇe se jedná o tˇr´ıdu PhotoConfigDialog, která slouˇz´ı pro interaktivn´ı nastaven´ı parametr˚ u digitáln´ıch zrcadlovek, pˇripojen´ ych pˇres WIA. Toto dialogové okno obsahuje tabulku, na jej´ıchˇz ˇra´dc´ıch se nacház´ı jednotlivé parametry nastaven´ı, jako je napˇr. clona, ˇcas závˇerky ˇci citlivost ISO. Protoˇze je knihovna Com4J stále ve v´ yvoji, nelze zat´ım vyuˇz´ıvat vˇsech funkc´ı tˇechto rozhran´ı, a proto zde nen´ı moˇzné vyb´ırat jednotlivé moˇznosti nastavené z drop-down seznamu (JComboBox), coˇz je docela ˇskoda.

N´ apovˇ eda Okno nápovˇedy je JFrame, obsahuj´ıc´ı stromov´ y seznam prvk˚ u nápovˇedy po levé stranˇe. Zbytek plochy je vˇenován pro zobrazen´ı obsahu nápovˇedy, jej´ıˇz text ve formátu HTML je zobrazován v needitovateln´ ych JEditorPane. Tyto panely jsou opˇet um´ıstˇeny v CardLayout.

27


5.2.6


Lokalizace

Program obsahuje statickou tˇr´ıdu Lang pro lokalizaci, kterou vyuˇz´ıvá drtivá vˇetˇsina komponent v GUI. Proto na v UML diagramu na obr. 5.2 nejsou uvedeny propojen´ı na tuto tˇr´ıdu, protoˇze by se schéma stalo velice nepˇrehledn´ ym. Tˇr´ıda Lang obsahuje tˇri statické metody. Metodu Locale getLanguage() a setLanguage(Locale locale), slouˇz´ıc´ı k nastavován´ı jazyka (a jeho zjiˇstˇen´ı) a metodu String val(String key), slouˇz´ıc´ı k z´ıskán´ı jedné lokalizované hodnoty ze souboru Texts_cs_CZ.properties nebo Texts_en_GB.properties, v závislosti na pouˇzitém jazyce. Ostatn´ı tˇr´ıdy, vyuˇz´ıvaj´ıc´ı tuto lokalizaˇcn´ı tˇr´ıdu disponuj´ı metodou void changeLanguage(), ve které na poˇzadavek z tˇr´ıdy hlavn´ıho okna zmˇen´ı veˇskeré své texty.

28

6 Závˇer C´ılem této práce bylo navrhnout a napsat softwarov´ y systém pro ˇcasosbˇerné vizuáln´ı sn´ımán´ı pomal´ ych dˇej˚ u pomoc´ı videokamer ˇci fotoaparát˚ u. Vyvinut´ y systém zadán´ı splˇ nuje: Um´ı sn´ımat pomoc´ı webov´ ych kamer, videokamer, kamer pˇres protokol HTTP a digitáln´ıch zrcadlovek znaˇcky Nikon pˇres Windows Image Acquistion. Program byl odladˇen na zrcadlovce Nikon D40, testován byl i na Nikon D2X. Zrcadlovky ostatn´ıch v´ yrobc˚ u nepodporuj´ı vzdálené sn´ımán´ı pˇres WIA, a proto ve vytvoˇreném systému nejdou pouˇz´ıt. Ne´ uspˇechem skonˇcily testy zrcadlovek Canon EOS D5 Mark II, Canon EOS Rebel XTi a Olympus E-510. Program dále dovede: • Sn´ımán´ı ve stereoskopickém reˇzimu: Sn´ımán´ı prob´ıhá ze dvou libovoln´ ych zaˇr´ızen´ı souˇcasnˇe. • Activity-triggered sn´ımán´ı: Sn´ımek se uloˇz´ı pouze tehdy, bude-li se liˇsit od pˇredchoz´ıho uloˇzeného sn´ımku. • Korekce expozice a vyváˇzen´ı b´ılé: Ukládané sn´ımky budou barevnˇe synchronizovány, aby nedocházelo k blikán´ı obrazu. Program, kter´ y jsem napsal, se tedy stává velmi zaj´ımavou alternativou k existuj´ıc´ımu software. Mezi jeho nev´ yhody ovˇsem patˇr´ı vyˇsˇs´ı nároˇcnost na v´ ypoˇcetn´ı v´ ykon procesoru, zvláˇstˇe pokud je vykreslováno video v HD rozliˇsen´ı, protoˇze rendering prob´ıhá softwarovˇe.

Pl´ any do budoucna V budoucnu bych se rád v´ yvoji tohoto programu dále vˇenoval. Konkrétnˇe bych rád pˇridal moˇznost hardwarové podpory pro vykreslován´ı videa a moˇznost exportu nejen série statick´ ych sn´ımk˚ u, ale i videa, do kterého se nyn´ı mus´ı pˇrevádˇet sn´ımky v extern´ıch programech, jako je napˇr. VirtualDub.

29

Literatura [1] Larson Technologies Inc.: LTI-CIVIL. 2007, [Online; navˇst´ıveno 14. 06. 2012]. URL http://lti-civil.org/ [2] Com4J. 2012, [Online; navˇst´ıveno 14. 06. 2012]. URL http://com4j.java.net/ [3] Microsoft: Windows Image Acquisition. 2012, [Online; navˇst´ıveno 19. 06. 2012]. URL http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/ desktop/ms630368%28v=vs.85%29.aspx [4] Burger, W.; Burge, M. J.: Digital Image Processing: An Algoritmic Introduction using Java. Springer Science+Business Media, 2008, ISBN 978-1-84628-379-6. [5] Chaney, M.: Video Frame Rates (24p, 25p, 30p, 60i). 2009, [Online; navˇst´ıveno 12. 07. 2012]. URL http://ddisoftware.com/tech/articles/ march-2009-video-frame-rates-%2824p-25p-30p-60i%29/ [6] Chylinski, R.: Time-lapse Photography: A Complete Introduction to Shooting, Processing and Rendering Time-lapse Movies with a DSLR Camera. 2012, ISBN 978-0-9853757-0-6. ˇ ıˇzek, P.: Prostorové zobrazován´ı. Diplomová práce, Západoˇceská uni[7] C´ verzita v Plzni, 2005. [8] Szeliski, R.: Computer Vision: Algorithms and Applications. 2010. [9] Wikipedia: Histogram matching — Wikipedia, The Free Encyclopedia. 2011, [Online; navˇst´ıveno 12. 06. 2012]. 30

LITERATURA

LITERATURA

URL http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Histogram_ matching&oldid=443295324/ [10] Wikipedie: Dirichlet˚ uv princip — Wikipedie: Otevˇrená encyklopedie. 2012, [Online; navˇst´ıveno 19. 06. 2012]. URL http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Dirichlet% C5%AFv_princip&oldid=8179951/ [11] Wikipedie: Konvoluce — Wikipedie: Otevˇrená encyklopedie. 2012, [Online; navˇst´ıveno 13. 06. 2012]. URL http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title= Konvoluce&oldid=8549411/ [12] Wikipedie: Paralaxa — Wikipedie: Otevˇrená encyklopedie. 2012, [Online; navˇst´ıveno 19. 06. 2012]. URL http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title= Paralaxa&oldid=8372807/ [13] Wikipedie: V´ yˇrez — Wikipedie: Otevˇrená encyklopedie. 2012, [Online; navˇst´ıveno 12. 06. 2012]. URL http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=V%C3%BD%C5% 99ez&oldid=8296372/

31

Seznam obr´ azk˚ u

4.1

Ukázky histogram˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.2

RGB histogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.3

Korekce barev a expozice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.4

Zˇretˇezené mapován´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.5

Princip diskrétn´ı dvojrozmˇerné konvoluce . . . . . . . . . . . . 16

5.1

UML diagram aplikaˇcn´ı logiky programu . . . . . . . . . . . . 18

5.2

UML diagram uˇzivatelského rozhran´ı aplikace . . . . . . . . . 25

A.1 Hlavn´ı okno programu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

32

Seznam tabulek

3.1

Moˇznosti pˇripojen´ı zaˇr´ızen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

3.2

Speciáln´ı funkce program˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

A.1 Poˇrizován´ı sn´ımk˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

33

A Uˇzivatelská dokumentace A.1

Poˇ zadavky

Pro spuˇstˇen´ı programu je tˇreba m´ıt nainstalováno Java JRE1 verze 6 nebo vyˇsˇs´ı. Pro moˇznost sn´ımán´ı z webov´ ych kamer a kamer pˇripojen´ ych pˇres FireWire je tˇreba program spouˇstˇet na 32-bitové JVM platformˇe, pro sn´ımán´ı ze zrcadlovek je tˇreba program spouˇstˇet v operaˇcn´ım systému Windows.

A.2

Pˇ reklad a spuˇ stˇ en´ı programu

Program je primárnˇe urˇcen pro operaˇcn´ı systém Windows. Na ostatn´ıch systémech nebyl jeho bˇeh testován a proto nemus´ı fungovat správnˇe.

A.2.1

Pˇ reklad programu

Pˇreklad se provád´ı pomoc´ı pˇriloˇzeného Ant skriptu build.xml pˇres target fat-jar. Po vytvoˇren´ı jar souboru je nutno do sloˇzky s jar souborem nakop´ırovat sloˇzku s nativn´ımi knihovnami native a sloˇzku img s grafikou.

A.2.2

Spuˇ stˇ en´ı programu

V operaˇcn´ım systému Windows je tˇreba spustit program pˇr´ıkazem java -jar -Djava.library.path="native/win32-x86"Grabber.jar nebo spuˇstˇen´ım souboru start.bat. V ostatn´ıch operaˇcn´ıch systémech se bude spouˇstˇec´ı pˇr´ıkaz liˇsit pouze v parametru java.library.path, kter´ y uvád´ı cestu ke sloˇzce, ve které má JVM hledat nativn´ı knihovny. V systému Linux bude hodnota parametru native/linux-x86 nebo native/linux-amd64 (v závislosti na architektuˇre) a v Mac OS X native/macosx-universal. 1

Java Runtime Enviroment

34

Uˇzivatelská dokumentace

Obsluha programu

Obr´ azek A.1: Hlavn´ı okno programu: Na obrázku lze vidˇet hlavn´ı okno programu v reˇzimu stereoskopického sn´ımán´ı

A.3

Obsluha programu

Po naˇcten´ı programu se zobraz´ı hlavn´ı okno, viz obr. A.1, na kterém uˇzivatel nalezne vˇsechny základn´ı ovládac´ı prvky programu.

A.3.1

Hlavn´ı okno

Hlavn´ı okno programu se skládá z plochy pro video, menu, nástrojové liˇsty a doln´ı stavové liˇsty.

A.3.2

Sn´ım´ an´ı

Kliknut´ım na tlaˇc´ıtko Nové sn´ımán´ı...“ v menu Soubor se uˇzivateli zobraz´ı ” Pr˚ uvodce v´ ybˇerem zaˇr´ızen´ı a reˇzimu sn´ımán´ı. Uˇzivatel provede v´ ybˇer typu zaˇr´ızen´ı, které bude pˇripojeno jako primárn´ı.

35


Obsluha programu

Pˇ ripojen´ı videokamery Tento typ sn´ımán´ı vyuˇz´ıvá knihovnu LTI-CIVIL. [1] Pro správné nastaven´ı sn´ımán´ı je tˇreba vybrat zaˇr´ızen´ı a poté jeho parametry, kter´ ymi jsou barevn´ y formát, velikost sn´ımku a zobrazovac´ı frekvence ve sn´ımc´ıch za sekundu.

Pˇ ripojen´ı digit´ aln´ı zrcadlovky Pˇri sn´ımán´ı pˇres WIA je nutné vybrat zaˇr´ızen´ı a pˇr´ıponu implicitn´ıho formátu, ve kterém fotoaparát sn´ımky ukládá. Typicky JPG ˇci NEF (Nikon). Po zavˇren´ı sn´ımac´ıho dialogu se zpˇr´ıstupn´ı poloˇzka Konfigurace fotoaparát˚ u v menu Nástroje. Zde je moˇzno mˇenit základn´ı nastaven´ı fotoaparátu za bˇehu.

Sn´ım´ an´ı ze s´ıt’ov´ e kamery Pro s´ıt’ové sn´ımán´ı je tˇreba zadat URL obrázku, kter´ y je periodicky aktualizován. Po zadán´ı adresy uˇzivatel ovˇeˇr´ı jej´ı platnost kliknut´ım na tlaˇc´ıtko Ovˇeˇrit.

Stereoskopick´ e sn´ım´ an´ı Na dalˇs´ı stranˇe dialogu lze pˇridat druhé zaˇr´ızen´ı pro stereoskopické sn´ımán´ı a nebo zahájit sn´ımán´ı pouze s jedn´ım zaˇr´ızen´ım. Stereoskopické sn´ımán´ı lze nastavit dvˇema zp˚ usoby: 1. Lokáln´ı sn´ımán´ı: Toto nastaven´ı je preferováno a podporováno vˇsemi typy zaˇr´ızen´ı. Druhé zaˇr´ızen´ı (pro pravé oko) lze pˇridat po zvolen´ı moˇznosti Pˇridat druhé zaˇr´ızen´ı“. ” 2. S´ıt’ové sn´ımán´ı: Toto nastaven´ı je doporuˇceno pouˇz´ıt v pˇr´ıpadˇe, ˇze z technick´ ych d˚ uvod˚ u nelze pˇripojit obˇe zaˇr´ızen´ı k jednomu poˇc´ıtaˇci. Nejprve je nutno vytvoˇrit server. Uˇzivatel tedy oznaˇc´ı moˇznost Vytvoˇrit ” server“, poté spust´ı program na druhém poˇc´ıtaˇci, otevˇre dialog pro nové sn´ımán´ı, vybere zaˇr´ızen´ı a zvol´ı moˇznost Pˇripojit se jako klient“. Do ” pole Adresa pak vypln´ı IP adresu hostitelského poˇc´ıtaˇce, kter´ y ˇceká na pˇripojen´ı klienta a stiskne tlaˇc´ıtko Hotovo“. Jako klient nelze po” uˇz´ıt program s pˇripojenou digitáln´ı zrcadlovkou, ponˇevadˇz se poˇr´ızené 36


Obsluha programu

sn´ımky ze zrcadlovky daj´ı ukládat pouze na lokáln´ı disk. Proto je nutno jej nastavit jako server a nebo pˇripojit lokálnˇe.

A.3.3

N´ ahled videa

Pokud pouˇz´ıváme zaˇr´ızen´ı, umoˇzn ˇuj´ıc´ı náhled videa, zpracované sn´ımky se budou automaticky zobrazovat na ploˇse hlavn´ıho okna. Uˇzivatel si m˚ uˇze mˇenit styl zobrazen´ı tˇechto sn´ımk˚ u na obrazovce, aniˇz by ovlivnil formát ukládan´ ych sn´ımk˚ u. K tomuto u ´ˇcelu slouˇz´ı poloˇzky v menu Zobrazit“. ” Z´ akladn´ı n´ astroje • Zobrazit video: Slouˇz´ı pro zobrazen´ı nebo skryt´ı videa na obrazovce. Pokud je video zobrazeno, program potˇrebuje v´ıce v´ ykonu CPU pro jeho rendering. • Barevn´ y náhled: Zapne ˇci vypne ˇcernob´ılé zobrazen´ı videa.

N´ astroje k form´ atu zobrazen´ı stereoskopick´ eho videa • Anaglyf: Video bude zobrazeno ve formˇe ˇcerveno-azurového anaglyfu. • Vedle sebe: Videa z kamer budou zobrazena vedle sebe. • Pˇrekryt´ı: Videa z kamer se budou pˇrekr´ yvat. Toto nastaven´ı slouˇz´ı pˇreváˇznˇe k eliminaci vertikáln´ı paralaxy, vzniklé natoˇcen´ım kamer v˚ uˇci sobˇe.

N´ astroje pro zmˇ enu velikosti videa • P˚ uvodn´ı velikost: Video bude zobrazeno v p˚ uvodn´ı velikosti bez ohledu na velikost okna programu. • Roztáhnout video: Video bude roztaˇzeno tak, aby vyplnilo celou oblast okna. • Minimáln´ı velikost: Pokud se video nevejde do okna, zmenˇs´ı se.

37


A.3.4

Obsluha programu

ˇ Casov´ an´ı

Kliknut´ım na tlaˇc´ıtko Nastavit ˇcasován´ı...“ v menu Soubor se uˇzivateli zob” raz´ı dialogové okno ve stylu pr˚ uvodce. Na prvn´ı stranˇe tohoto dialogu mus´ı vyplnit sn´ımac´ı interval a cestu ke sloˇzce, kam se budou zachycené sn´ımky ukládat. Rovnˇeˇz je zde moˇzno nastavit jméno ukládan´ ych soubor˚ u. Kaˇzd´ y uloˇzen´ y soubor bude obsahovat nastavené jméno souboru, poˇradové ˇc´ıslo sn´ımku a identifikaˇcn´ı znaˇcku, zda se jedná o lev´ y ˇci prav´ y obrázek a pˇr´ıponu souboru. Na dalˇs´ı stranˇe je moˇzno nastavit ˇcas spuˇstˇen´ı ukládac´ıho procesu. Uˇzivatel si m˚ uˇze vybrat mezi tˇremi zp˚ usoby: 1. Spustit hned: Ukládán´ı sn´ımk˚ u zaˇcne okamˇzitˇe po zavˇren´ı dialogu. 2. Spustit po uplynut´ı ˇcasového intervalu: Od zavˇren´ı dialogového okna se zaˇcne odeˇc´ıtat ˇcas, po jehoˇz uplynut´ı se zaˇcnou sn´ımky automaticky ukládat. Tento ˇcas je moˇzno sledovat ve stavové liˇstˇe programu. 3. Spustit v konkrétn´ı datum a ˇcas: Ukládán´ı sn´ımk˚ u zaˇcne ve stanoven´ y ˇcas. Uˇzivateli bude zobrazen zb´ yvaj´ıc´ı ˇcas do startu stejn´ ym zp˚ usobem jako v minulém pˇr´ıpadˇe. Na následuj´ıc´ı stranˇe uˇzivatel vybere zp˚ usob ukonˇcen´ı sn´ımán´ı. Podobnˇe jako v pˇredchoz´ı ˇca´sti dialogu si m˚ uˇze vybrat mezi nˇekolika moˇznostmi: 1. Zastavit manuálnˇe: Sn´ımán´ı mus´ı ukonˇcit uˇzivatel. 2. Zastavit po uloˇzen´ı zadaného poˇctu sn´ımk˚ u. 3. Zastavit po uplynut´ı ˇcasového intervalu. 4. Zastavit v konkrétn´ı datum a ˇcas. Na dalˇs´ı stanˇe pr˚ uvodce lze aktivovat tzv. Activity Triggered reˇzim. Nov´ y sn´ımek, pˇripraven´ y k uloˇzen´ı, se uloˇz´ı pouze tehdy, pokud se liˇs´ı od pˇredchoz´ıho uloˇzeného sn´ımku minimálnˇe o prahovou hodnotu. Prahová hodnota je udávána v procentech a je doporuˇceno ji nastavit v ˇrádu jednotek procent. Posledn´ı strana slouˇz´ı ke korekci obrazu. Ta odstran´ı blikán´ı obrazu pˇri zmˇenˇe expoziˇcn´ı hodnoty a vyváˇzen´ı b´ılé. Tuto funkci je doporuˇceno zapnout, 38


Obsluha programu

Typ zaˇ r´ızen´ı Automatické poskytován´ı Jednotné ukládán´ı Kamera (CIVIL) Ano Ano Zrcadlovka (WIA) Ne Ne S´ıt’ov´ a kamera Ano Ano Tabulka A.1: Poˇrizov´ an´ı sn´ımk˚ u: Zaˇr´ızen´ı s automatick´ ym poskytován´ım sn´ımk˚ u umoˇzn ˇuj´ı zobrazit své sn´ımky v hlavn´ım oknˇe programu; zaˇr´ızen´ı s jednotn´ ym ukl´ adán´ım zpracovávaj´ı své obrázky standardn´ım zp˚ usobem a lze na nˇe aplikovat filtry.

pokud je ke sn´ımán´ı pouˇz´ıváno zaˇr´ızen´ı s automatick´ ym nastaven´ım expozice a vyváˇzen´ı b´ılé. Rovnˇeˇz je funkci doporuˇceno aktivovat pˇri stereoskopickém sn´ımán´ı ze dvou kamer s odliˇsn´ ymi senzory, aby doˇslo ke sjednocen´ı barevného podán´ı obrazu z obou kamer. Referenˇcn´ı vahou se rozum´ı hodnota, s jakou se bude na barevném podán´ı ukládaného obrázku pod´ılet barevná struktura referenˇcn´ıho sn´ımku. Vyˇsˇs´ı hodnoty lépe redukuj´ı blikán´ı, ale novˇe ukládané obrázky budou náchylnˇejˇs´ı k doˇcasnému poklesu dynamického rozsahu sn´ımku.

A.3.5

Moˇ znosti ukl´ ad´ an´ı

Základn´ı nastaven´ı ukládán´ı se neprovád´ı v pr˚ uvodci ˇcasován´ım, ale v samostatném dialogu, pˇr´ıstupn´ ym z menu N´ astroje. Zde je moˇzno zvolit formát ukládaného obrázku (za pˇredpokladu, ˇze se nejedná o sn´ımán´ı ze zrcadlovky) a zp˚ usob uloˇzen´ı obrázk˚ u pˇri stereoskopickém sn´ımán´ı.

39

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra informatiky a výpočetní techniky

Recommend Documents