Dreidimensionale Bewegungserfassung mit Consumer-Highspeedkameras: Eine Systementwicklung unter besonderer Berücksichtigung der Messunsicherheit

Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung und der Test eines auf Consumer-Highspeedkameras basierenden Bewegungserfassungssystems. Consumer-Kameras sind flexibler einsetzbar als kommerzielle Bewegungserfassungssysteme, zugleich kostengünstiger und werden daher oft in der sportwissenschaftlichen Forschung verwendet. Durch ihren Einsatz entstehen jedoch prinzipbedingt höhere Messunsicherheiten, deren Bestimmung in der vorliegenden Arbeit ein besonderer Stellenwert eingeräumt wird. Nach einem Überblick über aktuelle Bewegungserfassungssysteme und deren Genauigkeiten folgt eine Betrachtung der Messunsicherheit aus metrologischer Perspektive. Anschließend werden die Prozesse der Bilderfassung bei digitalen Consumer-Kameras sowie die zur Modellierung des Kameraabbildungsverhaltens notwendigen Parameteridentifikationsmethoden dargestellt. Diese reichen vom häufig genutzten DLT-Verfahren über Methoden mit Verzeichnungskorrektur bis zu Bündelausgleichsverfahren. Im Anschluss werden die für die verwendeten Kameras geeigneten Methoden auf Basis funktionaler Hardwaretests ausgewählt und weitere für das Bewegungserfassungssystem notwendige Softwarekomponenten diskutiert. Dazu gehören neben der automatisierten Video- und Bildverarbeitung, spezielle Verfahren zur Korrektur von Consumer-Kamera-spezifischen Abweichungen, z.B. die Korrektur von Rolling-Shutter-Verzerrungen. Im zweiten Teil der Arbeit richtet sich der Fokus auf die Simulation der Effekte von Parameterungenauigkeiten auf die Systemgenauigkeit sowie auf die Validierung und den Test des implementierten Systems. Dabei konnte die Rekonstruktionsgenauigkeit von 11.86mm bei einer Referenzrahmenkalibration durch den Einsatz der Kalibrationsmethode mit Bündelausgleichsverfahren von Svoboda u. a. (2005) auf maximal 4.126mm (M=0.073 mm; SD=1.486 mm) reduziert werden. Diese Methode erlaubt zudem eine einfachere Kalibration größerer Messvolumen ohne aufwändige Referenzrahmen und ist daher ideal für den sportwissenschaftlichen Einsatz geeignet. Ein weiteres Ergebnis der Arbeit ist die theoretische Ableitung der Fehlerfortpflanzung für die Prozessschritte der Bewegungserfassung. In Kombination mit der entwickelten Simulationsumgebung wird damit die Grundlage für eine Prädiktion der erreichbaren Messunsicherheit bereits vor der eigentlichen Messung gelegt.

Die Kamerabrillenmethode – eine erkenntnistheoretische Begründung

Beobachtung und Videografie haben eine lange Tradition in der psychologischen Forschung. In unseren Studien erfassen wir die Umwelten von aggressiven Jungen und Mädchen mit einer neu entwickelten Kamerabrillenmethode. Die Jugendlichen tragen die Brillen über ganze Tagesverläufe und registrieren so das Geschehen aus ihrer räumlichen Perspektive. Die Forschenden kodieren diese Aufnahmen am Computer. Im vorliegenden Artikel wird nun der methodische Neuansatz vor einem erkenntnistheoretischen Hintergrund kritisch reflektiert. Was geschieht eigentlich, wenn wir beobachten? Wie lässt sich der Erkenntnisprozess als mehrfache Reduktion und Konstruktion fassen? Inwieweit unterscheidet sich das Wahrnehmungsfeld der Brillentragenden und der Forschenden? Welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede bestehen zwischen einer Kamerabrille und dem menschlichen Auge? Videografie verleitet zu der Annahme, Realität könne mit einer Kamera abgebildet werden. Erkenntnis entsteht jedoch in einem hoch reduktiven und konstruktiven Prozess der Welterzeugung. Aus verschiedenen Arten der Welterzeugung resultieren verschiedene Weltversionen. Dies darf aber keinesfalls als Aufforderung zur Beliebigkeit verstanden werden. Die erzeugten Versionen der Welt müssen den Kriterien der Viabilität und der Intersubjektivität genügen.

GoCARB: Smartphone-App zur Kohlenhydratberechnung bei Typ-1-Diabetes

Smartphone-App zur Kohlenhydratberechnung Neue Technologien wie Blutzuckersensoren und moderne Insulinpumpen prägten die Therapie des Typ-1-Diabetes (T1D) in den letzten Jahren in wesentlichem Ausmaß. Smartphones sind aufgrund ihrer rasanten technischen Entwicklung eine weitere Plattform für Applikationen zur Therapieunterstützung bei T1D. GoCARB Hierbei handelt es sich um ein zur Kohlenhydratberechnung entwickeltes System für Personen mit T1D. Die Basis für Endanwender stellt ein Smartphone mit Kamera dar. Zur Berechnung werden 2 mit dem Smartphone aus verschiedenen Winkeln aufgenommene Fotografien einer auf einem Teller angerichteten Mahlzeit benötigt. Zusätzlich ist eine neben dem Teller platzierte Referenzkarte erforderlich. Die Grundlage für die Kohlenhydratberechnung ist ein Computer-Vision-gestütztes Programm, das die Mahlzeiten aufgrund ihrer Farbe und Textur erkennt. Das Volumen der Mahlzeit wird mit Hilfe eines dreidimensional errechneten Modells bestimmt. Durch das Erkennen der Art der Mahlzeiten sowie deren Volumen kann GoCARB den Kohlenhydratanteil unter Einbeziehung von Nährwerttabellen berechnen. Für die Entwicklung des Systems wurde eine Bilddatenbank von mehr als 5000 Mahlzeiten erstellt und genutzt. Resümee Das GoCARB-System befindet sich aktuell in klinischer Evaluierung und ist noch nicht für Patienten verfügbar.