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Anleitung für den Camera Sync Tester

Inhalt

Einführung

Die Software Camera Sync Tester wurde entwickelt um den Synchronisationsfehler von zwei oder mehr Kameras mit Hilfe des Elektronenstrahls eines Röhrenmonitors als Referenzbewegung zu messen. Die Kenntnis des Synchronisationsfehlers ist beispielsweise bei der Aufnahme von stereoskopischen Fotos oder Videos mittels zweier Kameras.

Zur Messung des Synchronisationsfehlers wird üblicherweise eine exakt definierte Bewegung aufgezeichnet, sodass aus den unterschiedlichen Bewegungsphasen zweier Aufnahmen der Zeit-Offset abgeleitet werden kann. Echte bewegte Objekte sind schwierig zu handhaben. Es ist wesentlich einfacher stattdessen den Elektronenstrahl eines Röhrenbildschirms als Referenzbewegung zu verwenden.

Wichtiger Hinweis: Dieser Aritkel wurde vor einigen Jahren verfasst als Röhrenmonitore und CCDs mit Global Shutter gebräuchlich waren. Die beschriebene Messmethode funktioniert nicht mit Flachbildschirmen und der Rolling Shutter von Kameras mit CMOS-Sensoren beeinträchtigt unter Umständen die Messung.

Kommandozeilenparameter

-x   Horizontale Bildschirmauflösung
-y   Vertikale Bildschirmauflösung, begrenzt auf 768 Pixel
-f   Bildwiederholrate

Beispiel: Synctest.exe -x1024 -y768 -r100 startet den Camera Sync Tester mit einer Auflösung von 1024 x 768 Pixel bei 100 Hz.

Verwendung des Camera Sync Testers

Zur Messung des Synchronisationsfehlers wird der Camera Sync Tester gestartet und dessen Bildschirmausgaben mit beiden Kameras aufgenommen. Die Belichtungszeit sollte dabei so kurz wie möglich gehalten werden. Bitte beachten Sie, dass nur Röhrenmonitore für diesen Zweck geeignet sind, LCD-Bildschirme nicht!

Vom Camera Sync Tester angezeigtes Testmuster. Mit jedem Bildwiederholzyklus erhöht sich die Zahl der vertikalen Streifen.

Anschließend müssen die korrespondierenden Aufnahmen der linken und rechten Kamera ausgewertet werden. Auf jeder Aufnahme lässt sich die Position des Elektronenstrahls zum Zeitpunkt der Aufnahme erkennen. Normalerweise wird die Position auf beiden Aufnahmen unterschiedlich ausfallen, außer die Kameras hätten 100% synchron gearbeitet. Aus der Differenz der untersten sichtbaren Zeilen folgt er Synchronisationsfehler. Je nach Belichtungszeit ist nicht nur eine sondern sind mehrere Bildschirmzeilen sichtbar. Wir empfehlen immer die Nummern der letzten sichtbaren Zeilen für die folgenden Berechnungen heranzuziehen weil diese zuletzt gezeichnet wurden (die oberen Zeilen verblassen langsam, sodass keine klar sichtbare Kante entsteht).

Für die folgenden Berechnungen wir die aktuelle Horizontal- (fHoriz) und Vertikalfrequenz (fVert) des Monitors benötigt. Das On-Screen-Menü des Monitors gibt diese Werte preis. Die Zeitdauer, welche der Elektronenstrahl zum Zeichnen einer Zeile benötigt, ergibt sich zu:

tLine = 1 / fHoriz

Die Dauer für ein vollständiges Bild ergibt sich zu:

tFrame = 1 / fVert

Zur Berechnung des Synchronisationsfehlers tOffset, muss tLine mit der Zeilennummerndifferenz der letzten sichtbaren Zeilen z1 und z2 des linken und rechten Bildes multipliziert werden:

tOffset = (z2 - z1) / fHoriz

Falls linkes und rechtes Bild nicht dieselbe Anzahl an vertikalen Streifen (b1, b2) zeigen, dann ist der Synchonisationsfehler größer als die Dauer eines Bildwiederholzyklus. In diesem Fall müssen ein oder mehrerer Bildwiederholzyklen (tFrame) zum vorherigen Ergebnis hinzuaddiert werden.

tOffset = (z2 - z1) / fHoriz + (b2 - b1) / fVert

Das Package des Camera Sync Tester enthält eine Excel-Tabelle, welche die Auswertung mehrerer Messungen vereinfacht.

Beispiel

Werfen Sie einen Blick auf diese Aufnahmen. Wie sie sehen können wurde das rechte Bild geringfügig später aufgenommen, da der Elektronenstrahl erst Zeile  z1 = 223 erreicht hat, während er im linken Bild bereits Zeile z2 = 403 erreicht hat. Beide Bilder wurden während dem gleichen Bildwiederholzyklus aufgenommen, da die Anzahl horizontaler Streifen gleich ist (b1 = b2 = 2).

In unserem Fall wurde der Bildschirm im VGA-Modus mit 60 Hz betrieben, während diese Bilder aufgenommen wurden (fHoriz = 31.5 kHz, fVert = 60 Hz). Verwechseln Sie bitte nicht die Horizontal- und Vertikalfrequenz. Die Horizontalfrequenz ist immer höher als die Vertikalfrequenz, die üblicherweise im Bereich von 60 - 200 Hz liegt.

tOffset = (403 - 223) / 31500 Hz + (2 - 2) / 60 Hz = 5.7 ms

Wahl von Auflösung und Bildwiederholrate

Welche Bildschirmauflösung und Bildwiederholrate sollte für die Messungen gewählt werden? Für Videokameras ist der Standardwert von 640 x 480 Pixel bei 60 Hz ausreichend. Eine höherer Auflösung macht keinen Sinn, da zusätzliche Bildzeilen ohnehin nicht unterschieden werden könnten, ebenso eine höhere Bildwiederholrate. Für hoch auflösende Fotokameras sind höhere Auflösungen jedoch durchaus angebracht.