Becken und Raum
Kameras, Bildrate und das ganze Becken im Blick
Die Kamera ist Ihr geduldigster Beobachter. Geben Sie ihr freie Sicht.
Jedes berichtete Maß ist nur so gut wie das Video, aus dem es stammt. Eine Kamera, die nicht das ganze Becken sieht oder Bilder verliert, verändert still Pfadlänge und Geschwindigkeit. So richten Sie sie ein, damit Sie den Zahlen trauen können.
Häufige Fragen
Sieht die Kamera mein ganzes Becken oder Labyrinth?
Der ganze Tracking-Bereich sollte das Kamerabild fast ausfüllen. Prüfen Sie vor dem Kauf eines Beckens, ob Deckenhöhe und Objektiv es erfassen. Falls nicht, wenden Sie sich an HVS. Ihre örtliche Ethikkommission, Ihre Genehmigungsauflagen und Ihr Tierarzt haben immer Vorrang.
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HVS: Der Tracking-Bereich sollte das Bild von oben nach unten oder links nach rechts fast füllen; Objektive vorher auf einem Stativ im gleichen Abstand testen [HVS]. Alle Seiten müssen sichtbar sein [Nunez 2008].
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Zur Veranschaulichung: Ein 60°-Objektiv erfasst eine Breite von etwa dem 1,15-Fachen seiner Höhe über dem Wasser; ein 2-m-Becken braucht also mindestens etwa 1,75 m plus Reserve.
Wie sollte die Kamera positioniert werden?
Positionieren Sie die Kamera so, dass Becken oder Labyrinth das Bild fast füllt. 1) Höhe oder Objektiv anpassen, bis die Arena das Bild nahezu füllt. 2) Kameraeinstellungen im ganzen Experiment gleich lassen. 3) Passt das Becken nicht, HVS über die Support-Schaltfläche oder die Kontaktseite kontaktieren.
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Positionieren Sie die Kamera so, dass der Tracking-Bereich möglichst groß ist und das Bild von oben nach unten oder links nach rechts fast füllt. Mit der HVS Image LabCam testen Sie Objektive, indem Sie die Kamera auf eine Wand im gleichen Abstand wie die Labyrinthfläche richten. Halten Sie die Kameraeinstellungen im ganzen Experiment konstant. Passt das Becken nicht ins Bild, kontaktieren Sie HVS über die Support-Schaltfläche oder die Kontaktseite.
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Kameraeinstellungen mitten im Experiment zu ändern bricht die Übereinstimmung mit der Kalibrierung; richten Sie daher alles ein und testen Sie mit Probedurchgängen vor den echten Durchgängen.
Wie wähle ich ein Objektiv und richte die LabCam oder eine Fremdkamera ein?
Wählen Sie das Objektiv, das auf Ihren Montageabstand scharf stellt und die Arena das Bild fast füllen lässt; halten Sie dann die Kameraeinstellungen im ganzen Experiment fest. 1) Objektive auf einem Stativ vor einer Wand im gleichen Abstand testen. 2) Bei einer Webcam HVS Image schließen, mit der kameraeigenen Software fokussieren und dann den Autofokus abschalten. 3) Anti-Flimmern auf Ihre Netzfrequenz stellen. 4) Einstellungen notieren.
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Befestigen Sie die LabCam auf einem Stativ, gerichtet auf eine Wand im gleichen Abstand wie später die Labyrinthfläche, und probieren Sie Objektive, bis eines scharf stellt und der Tracking-Bereich das Kalibrierfenster fast füllt. Behalten Sie dieselben Kameraeinstellungen über ein ganzes Experiment; sie zu ändern (wie das Licht zu ändern) kann Daten ungültig machen, notieren Sie sie also für den Fall, dass die Kamera abgesteckt wird. Bei einer Fremdkamera beenden Sie zuerst HVS Image (nur ein Programm kann die Kamera gleichzeitig nutzen), öffnen die Kamerasoftware (z. B. Logitech: Quick Capture, Video, Controls), lassen den Autofokus auf die Arena scharf stellen und deaktivieren ihn dann, damit er hält; Gesichtsverfolgung und automatische Lichtfunktionen abwählen; Helligkeit und Kontrast erst nach Optimierung der Laborbeleuchtung nutzen; Anti-Flimmern an Ihre Netzfrequenz anpassen. Für jede Kamera beim 3D-Tracking wiederholen.
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Ein leicht unscharfer Fokus kann beim Tracking dunkler Tiere auf weißem Open Field helfen, weil Kot und Schwänze heller verschwimmen als der Körper. Bei der LabCam mit manuellen Ringen: Abstand Objektiv-Boden messen, auf ein mausgroßes Objekt in diesem Abstand fokussieren, die Stellschrauben anziehen und den Blendenring offen lassen. Ein schwarzes Bild bei einer Fremd-Webcam bedeutet oft, dass ihre eigene Software die Kamera belegt; schließen Sie sie. Passt Ihr Tracking-Bereich nicht, wenden Sie sich an HVS.
Welche Bildrate sollte ich für das Tracking nutzen?
25-30 fps reichen für Pfad-, Latenz- und Zonenmaße völlig. Halten Sie Bildrate, Auflösung und Einstellungen für alle Tiere einer Studie gleich. Ihre örtliche Ethikkommission, Ihre Genehmigungsauflagen und Ihr Tierarzt haben immer Vorrang.
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HVS Image tastet mit bis zu 60 Hz ab und glättet für seine Maße auf eine Position pro 100 ms [HVS]. Halten Sie die Kameraeinstellungen konstant [HVS]. Glättung ist nötig, weil Tracking-Rauschen Strecke und Geschwindigkeit verzerrt [Hen 2004].
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Zur Veranschaulichung: Bei 20 cm/s bedeuten 25 fps 0,8 cm pro Bild. Die Latenzauflösung beträgt 40 ms, vernachlässigbar bei Durchgängen von 10-120 s.
Warum ändern sich Pfadlänge oder Geschwindigkeit mit der Bildrate?
Niedrige Raten schneiden enge Kurven ab (Pfad zu kurz); hohe Raten fügen Zittern hinzu (Pfad zu lang), sofern die Daten nicht geglättet werden. Deshalb glättet HVS die Positionen auf 100 ms. Ihre örtliche Ethikkommission, Ihre Genehmigungsauflagen und Ihr Tierarzt haben immer Vorrang.
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Die Pfadlänge ist die zurückgelegte Strecke, summiert zwischen aufeinanderfolgenden Positionen, und die Geschwindigkeit ist diese Strecke geteilt durch die Zeit; beide hängen also davon ab, wie oft Positionen abgetastet werden. Niedrige Bildraten schneiden enge Kurven ab und unterschätzen den Pfad; hohe Bildraten fügen Positionszittern hinzu, das ihn überschätzt. Tracking-Merkmale sind rauschempfindlich und brauchen Glättung [Hen 2004]; HVS glättet auf 100 ms [HVS].
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Veranschaulichende Simulation: 0,2 cm Zittern verlängerte einen 100-cm-Pfad ungeglättet bei 10, 25 und 60 Hz um etwa 1 %, 7 % und 44 %; 100-ms-Mittelung stellte ihn wieder her. Eine Kurve mit 2 cm Radius wird bei 5 Hz um etwa 16 % und bei 25 Hz um unter 1 % unterschätzt.
Was ist die Nyquist-Frequenz und warum ist sie wichtig?
Um eine Bewegung zu erfassen, muss man mehr als doppelt so schnell abtasten, wie sie abläuft. Bei 25 fps liegt die Grenze bei 12,5 Hz: gut für Lauf- und Schwimmpfade, nicht aber für Whisking oder Tremor. Ihre örtliche Ethikkommission, Ihre Genehmigungsauflagen und Ihr Tierarzt haben immer Vorrang.
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Die Nyquist-Frequenz ist die halbe Abtastrate: die schnellste Bewegung, die eine Aufnahme erfassen kann; um eine Bewegung aufzuzeichnen, muss man also mit mehr als ihrer doppelten Frequenz abtasten. Abtasttheorem [Nyquist 1928; Shannon 1949]. Exploratives Whisking liegt bei 5-15 Hz, foveales bei 15-25 Hz [Berg & Kleinfeld 2003]; theoretisch braucht es also mindestens 50 fps, praktisch Hochgeschwindigkeitsvideo.
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Faustregel: mit dem 5- bis 10-Fachen der schnellsten interessierenden Bewegung abtasten. Aliasing lässt sich nach der Aufnahme nicht entfernen. Glättung ist ein Tiefpassfilter: Ein 100-ms-Fenster unterdrückt Bewegungen ab etwa 10 Hz.
Mein Video pulsiert oder zeigt wandernde Streifen. Was passiert da?
Ihre Lampen flimmern in einem Takt, der mit der Bildrate der Kamera schwebt. Stellen Sie das Anti-Flimmern der Kamera auf Ihre Netzfrequenz (50 Hz im Vereinigten Königreich) und nutzen Sie flimmerfreie Lampen. Ihre örtliche Ethikkommission, Ihre Genehmigungsauflagen und Ihr Tierarzt haben immer Vorrang.
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Anti-Flimmern auf die Netzfrequenz stellen [HVS]. LED-Strommodulation behandelt IEEE 1789 [IEEE 2015]. Lampen an 50-Hz-Netz flimmern mit 100 Hz.
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Die Schwebung zwischen Flimmern und Bildrate ist zeitliches Aliasing [Shannon 1949]. Prüfen Sie vor dem Start ein aufgenommenes Video.
Wie viele Pixel brauche ich pro Zentimeter?
Lassen Sie die Arena das Bild fast füllen. Für das Mittelpunkt-Tracking einer Maus oder Ratte reicht meist ein Standardbild mit 640 Pixeln über das Becken. Vermeiden Sie feine Streifen oder Gitter im Bild, die Moiré verursachen können. Ihre örtliche Ethikkommission, Ihre Genehmigungsauflagen und Ihr Tierarzt haben immer Vorrang.
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Es gibt kein festes Minimum, doch je mehr Kamerapixel jeden Zentimeter der Arena abdecken, desto genauer werden Position und Pfad gemessen. Der Tracking-Bereich sollte das Bild fast füllen [HVS]. Platzieren und zoomen Sie die Kamera also so, dass der Tracking-Bereich das Bild fast füllt und das Tier mindestens einige Pixel breit ist.
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Zur Veranschaulichung: 640 px über 130 cm sind etwa 4,9 px/cm (2 mm pro Pixel). Eine Maus umfasst etwa 40-50 px, eine 5-mm-Pfote aber nur 2-3 px und wird daher nicht zuverlässig aufgelöst.
Kameraplatzierung und Kalibrierung gehören zusammen; siehe Kalibrierung des Morris-Wasserlabyrinths.
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