Versuch 3: Kamera 1. In diesem Programm sind die grundlegenden Funktionen der Kamera schon implementiert. Diese Funktionen sind:

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1 Versuch 3: Kamera 1 Was ist ein Bild? Ein Bild ist in diesem Versuch ein zweidimensionales Array vom Typ unsigned char. Jedes Element des Arrays entspricht einem Pixel des Bildes, dessen Wertebereich zwischen 0 und 255 liegt. Für die Darstellung werden die Werte des Arrays auf dem Bildschirm dargestellt. Der Wert 0 wird schwarz, der Wert 255 weiß, alle Werte dazwischen grau dargestellt. Wir beschäftigen uns hier also nur mit Graubildern, die keine Farbinformation enthalten. Die Hardware Bei diesem Versuch geht es darum, die Handhabung und die Programmierung einer digitalen Kamera zu erlernen. Hierzu stehen zwei Computer mit jeweils einer digitalen Kamera zur Verfügung. Bei den Kameras handelt es sich um Fire Wire Kameras der Firma Sony mit der Bezeichnung XCD-X700. Diese Kamera hat eine Auflösung vom 1024 x 768 Pixeln. Zur Abbildung werden Standard C-Mount Objektive verwendet. Die Kamera wird mit einem kleinen C-Programm bedient(siehe Anhang). Das Programm Es geht bei diesem Versuch nicht darum zu verstehen, warum z.b. die Kamera genau so initialisiert werden muss. Das Ziel des Versuches ist es den Umgang mit Bildern in digitaler Form zu erlernen und diese Bilder für eine sinnvolle Darstellung bzw. Auswertung zu verändern. Trotzdem wird hier das Programm beschrieben, damit Interessierte sich vielleicht tiefer einarbeiten können. In diesem Programm sind die grundlegenden Funktionen der Kamera schon implementiert. Diese Funktionen sind: - die Initialisierung - Aufnehmen eines Bildes - Darstellung des aufgenommen Bildes - die Speicherung des Bildes - eine Funktion zur Veränderung des Bildes und Darstellung dieses Bildes Hier eine kurze Beschreibung des Programms: Am Anfang werden verschiedene Headerdateien eingebunden, diese werden benötigt, damit die notwendigen Funktionen verfügbar sind. Besonders zu beachten ist die Datei mil.h, diese stellt alle Funtionen zur Verfügung, um die Kamera zu bedienen. Danach folgt die Deklaration der benutzten globalen Variablen. Die Variablen vom Typ MIL_ID werden nur für die Kamera gebraucht. Die Funktion ini() führt eine Initialisierung der Kamera durch und erzeugt zwei Bildpuffer,

2 die in zwei Fenstern dargestellt werden. Die Funktion fertig() gibt die Resourcen, die durch ini() belegt wurden wieder frei. fertig() muss immer zum Programmende aufgerufen werden. Die Aufnahme eines Bildes erfolgt in der Funktion bild_0(). Dort wird ein Bild von der Kamera in den Bildpuffer0 eingelesen. Sobald das Bild eingelesen ist wird es auf dem Bildschirm dargestellt, weil Bildpuffer0 mit Fenster0, in dem die Darstellung stattfindet verbunden ist (siehe MdispSelect(Fenster0, Bilpuffer0); in der Funktion ini()). Der Befehl MbufGet2d(...) schreibt den Inhalt von Bildpuffer0 in die Variable Bild (siehe Deklaration der Variablen). Die Funktion Test() ist ein Beispiel, in dem der Variable Bild1 fünf mal der Wert von Bild zugewiesen wird. Das Bild1 wird danach in dem Bildpuffer1 abgelegt und damit im Fenster1 dargestellt. In der Fuktion Einstellen() läuft eine Schleife, die ein Bild aufnimmt (bild_0(); ) und dieses verändert ( Test(); ). Die Schleife läuft so lange bis eine Taste gedrückt wird. Die Funktion Programmablauf() stellt eine kleines Menu zur Verfügung, womit verschiedene Funktion per Tastendruck ausgeführt werden können. Das Ende des Programms wird hier auch generiert mit der Taste <ESC> ( while (a!=27); ) In der Funktion main() werden die Funktionen aufgerufen die das eigentliche Programm ausmachen. Die Aufgaben: Um die nachfolgenden Aufgaben durchführen zu können muss das Programm kompiliert und ausgeführt werden. Dies wird unter dem Menuepunkt Erstellen mit dem Befehl Ausführen von???.exe Strg+F5 erreicht. auf dem Bildschirm erscheint dann eine Abfrage, dass neue Dateien erstellt werden müssen. Diese Abfrage muss mit ja bestätigt werden. Ist das Programm fehlerfrei, dann wird im Kontrollfenster (unterer Bildschirmbreich) 0 Fehler ausgegeben und auf dem Monitor erscheinen drei Fenster. In den Fenstern mit den Bezeichnungen Display #1 und Display #2 werden die Bilder aus dem Bildpuffer0 bzw. Bildpuffer1 dargestellt. Im Konsolenfenster ( C:\Programme\...) wird das Programm gesteuert. Zu Anfang sind alle Fenster schwarz. Durch drücken der Taste e wird das Programm gestartet. Dazu muss aber das Konsolefenster aktiv sein, weil nur in der Konsole Tastaureingaben gemacht werden können. Drücken der ESC Taste beendet das Programm. Aufgabe 1 Verändern Sie die Funktion Test() so, dass das Bild im Bildpuffer1 / Fenster1 ein negatives Bild (Abb. 2) des aufgenommen Bildes (Abb. 1) darstellt. Bei einem negativen Bild sind die Helligkeitswerte vertauscht. z.b.:

3 Aufnahme Wert Farbe Negativ Wert Farbe 0 Schwarz 255 Weiß 100 dunkles Grau 155 helles Grau 200 helles Grau 55 dunkles Grau 255 Weiß 0 Schwarz Abb. 1: Aufnahme Abb. 2: Negativ Verändern Sie die Einstellungen der Blende und beobachten Sie, wie sich die Bilder verändern. Aufgabe 2 Verändern Sie die Funktion Test() so, dass alle Pixel, deren Wert kleiner als ein Schwellwert sind, schwarz und, alle die heller als dieser Schwellwert sind, weiß dargestellt werden. Auch hier sollen der Einfluss der Blende auf das Ergebnis untersucht werden. Abb. 3 Schwellwert klein Abb. 4: Schwellwert groß

4 Aufgabe 3 Verändern Sie die Funktion Test() so, dass die Pixel im Bild1 um einen Faktor z.b. 10 heller sind. Abb. 5 und Abb. 6. Überlegen Sie, warum das zweite Bild etwas anders aussieht, als man es erwarten würde. Abb 5.: Original Abb. 6: Original * 10 Aufgabe 4 Versuchen Sie das Programm so zu ändern, dass ein Bild aufgenommen wird und alle nachfolgenden Bilder von diesem subtrahiert werden. Dieses Differenzbild soll im Bildpuffer1 angezeigt werden. Mit diesem Verfahren kann man z.b. Bewegungen detektieren. Also Programm schreiben und im Bild etwas verändern. Aufgabe 5 Erzeugen Sie ein Bild eines Gitters mit einer harmonischen Helligkeitsverteilung. Der Gittervektor liege parallel zur X-Achse und auf dem Bildschirm sollen 10 Perioden dargestellt werden. Oder erzeugen Sie einen zentrierten Siemensstern mit z.b. 100 Perioden. Oder beides. Abb. 7: Das Gitter Abb.8: Der Siemensstern

5 Wer noch Zeit und Lust hat kann sich Gedanken machen wie das Histogramm eines Bildes erzeugt werden kann.

6 Anhang: Das Programmlisting /* File name: mfocus.c * Synopsis: This program allows you to adjust your camera by * grabbing continuously until a key is pressed. /Die Header Dateien*/ #include <stdio.h> #include <mil.h> #include <math.h> #include <conio.h> #include <iostream.h> /* Deklaration der Variablen*/ #define nx 1024 #define ny 768 unsigned char Bild[ny][nx]; unsigned char Bild1[ny][nx]; MIL_ID MilApplication, /* Application identifier. */ MilSystem, /* MilSystem identifier. */ MilDisplay, /* Display identifier. */ Kamera0, MilImage, /* Image buffer identifier. */ Bildpuffer0, Bildpuffer1, Fenster0, Fenster1; void abspeichern(); void ini() MappAlloc(M_DEFAULT,&MilApplication); MsysAlloc(M_SYSTEM_METEOR_II_1394, M_DEV0, M_COMPLETE,&MilSystem); MdigAlloc(MilSystem,M_DEV0,M_CAMERA_SETUP,M_DEFAULT,&Kamera0); MbufAlloc2d(MilSystem, nx, ny, 8, M_IMAGE + M_GRAB +M_PROC + M_DISP, &Bildpuffer0); MbufAlloc2d(MilSystem, nx, ny, 8, M_IMAGE + M_GRAB + M_PROC + M_DISP, &Bildpuffer1); MdispAlloc(MilSystem, M_DEV0, "M_DEFAULT", M_GDI_OVERLAY+M_WINDOWED,&Fenster0);

7 MdispAlloc(MilSystem, M_DEV1, "M_DEFAULT", M_GDI_OVERLAY+M_WINDOWED,&Fenster1); MdispSelect(Fenster0, Bildpuffer0); MdispSelect(Fenster1, Bildpuffer1); MdispZoom(Fenster0,0.6,0.6); MdispZoom(Fenster1,0.6,0.6); void fertig() MdispFree(Fenster1); MdispFree(Fenster0); MbufFree(Bildpuffer1); MbufFree(Bildpuffer0); MdigFree(Kamera0); MsysFree(MilSystem); MappFree(MilApplication); void bild_0(void) MdigGrab(Kamera0,Bildpuffer0); MbufGet2d(Bildpuffer0,0,0,nx,ny,Bild); // BildKlein(); /* MgraLine(M_DEFAULT,Bildpuffer0,0,0,ny,ny); MgraLine(M_DEFAULT,Bildpuffer0,0,ny,ny,0); MgraLine(M_DEFAULT,Bildpuffer0,nx/2,0,nx/2,ny); */ void Test() int x,y; for(y=0;y<ny;y++) for(x=0;x<nx;x++) Bild1[y][x]=5*Bild[y][x]; MbufPut2d(Bildpuffer1,0,0,nx,ny,Bild1); void Einstellen() do bild_0(); Test(); while (!kbhit()); void Programmablauf() char a; do a=getch();

8 switch(a) case'e': case'e': Einstellen(); break; case's': case's': abspeichern(); break; while (a!=27); void abspeichern (void) FILE *outf; outf=fopen("c:\\temp\\monika1.agf","wb"); fwrite(bild1,1,sizeof(bild1),outf); fclose(outf); void main(void) ini(); Programmablauf(); fertig();