Hier meine Extraseite mit realen Messungen von analogen Videosignalen

Beim Digitalisieren wird jede der 576 Bildzeilen vom Video-Grabber mit einer bestimmten Frequenz horizontal abgetastet. Die Anzahl dieser Abtastwerte pro Bildzeile ergibt dann die horizontale Pixelanzahl im Digitalbild. Weil die Zeilenanzahl, also die vertikale Pixelanzahl, mit 576 fixiert ist, wären 768 horizontale Pixel notwendig um wieder ein H/V Verhältnis von 4/3 zu erhalten. Nur so ergibt sich das gleiche Verhältnis wie von der Kamera erfasst und Kreise werden auch wieder als Kreise im Digitalbild dargestellt. Eine Verzerrung des Kamerabildes beim Digitalisieren entsteht, wenn das H/V Pixel-Verhältnis des digitalen Ausgabebildes nicht mehr dem von 4/3 oder 768/576 entspricht.

Die Realität zeigt, dass nicht jeder Video-Grabber die vollen 768 Abtastwerte erreicht und als horizontale Pixelanzahl liefern kann. Wenn man aber nur 720 Werte pro Bildzeile erfasst ergibt das ein H/V Verhältnis von nur 720/576 oder 3,75/3. Alle Abstände werden daher horizontal entsprechend gestaucht und runde Objekte erscheinen am Bildschirm in hochgestellter Eiform. Bei Himmelsaufnahmen werden horizontale Abstände natürlich ebenfalls verfälscht.

Daher ist es für die Anwendung von Video-Grabber wichtig das Verhalten in den verschiedenen Ausgabeformaten genau zu kennen um die Bildinhalte richtig interpretieren zu können. So ist es später auch möglich das Format in einer Bildbearbeitung zu korrigieren.

Die Messung der Verzerrung des Bildformats beim Digitalisieren

Messung einer H/V Basisverzerrung im Vollformat
Die erste Messung sollte eine eventuell vorhandene Basisverzerrung Horizontal/Vertikal des Video-Grabbers bestimmen. Dazu muß man ein Format verwenden das noch unverzerrt und unbeschnitten ist. Bei CCIR (PAL) also das Format 768x576 und bei EIA (NTSC) das Format 720x480. Das Messergebnis kann später als Ausgangsbasis für die Korrektur aller weiteren kleineren Videoformate dieses Video-Grabbers herangezogen werden. Alle verkleinerten Videoformate werden aus dem Vollformat entweder durch Bildverzerrung, Bildausschnitt oder durch eine Kombination der beiden Methoden erzeugt.

Eine Basisverzerrung entsteht zum Beispiel, wenn der Video-Grabber horizontal 768 Messwerte erfasst aber dabei nicht die volle Bildzeile mit 52 Mikrosekunden Dauer auswertet. Wenn der Video-Grabber die 768 Messwerte in nur 51,5 Mikrosekunden erfasst, erscheint das digitalisierte Ausgabebild horizontal um etwa 1 Prozent gedehnt. Und das Bild enthält dadurch auch nicht die volle optische Bildinformation in der Breite.

Die Messung dieser H/V Basisverzerrung konnte nur am Video-Grabber DFG/USB2-lt von The Imaging Source durchgeführt werden. Mein zweiter Video-Grabber V_Stream von KWORLD unterstützt leider kein CCIR Vollformat 768x576. Daher sind hier spätere Bildentzerrungen nur mit etwas geringerer Genauigkeit möglich.

Für die Messungen wurde als Aufnahmeobjekt ein Messkreis-Diagramm am PC gezeichnet. Damit kann man horizontale und vertikale Abstände in Testaufnahmen einfach aber ausreichend genau bestimmen. Da jedoch auch ein sorgfältig erstellter Kreis am Papier nicht immer exakt rund ausgedruckt wird, mußte diese Testschablone nach dem Ausdruck am Papier zuerst exakt vermessen werden. Nur dadurch konnte später eine entsprechende H/V-Korrektur an den ermittelten Bilddaten angewendet werden um die erzielbare Genauigkeit zu erhöhen.

Ergebnis der Kreisvermessung an der Testschablone:
Horizontale Breite = 129.4 mm, Vertikale Höhe = 129.9 mm. Alle Abstände waren somit horizontal um 0.39% kleiner als die vertikalen Distanzen. Dieser Faktor 1.0039 mußte schon bei der Messung der Basisverzerrung des Video-Grabbers mit eingerechnet werden.

Tabelle zur Bestimmung der Basisverzerrung

Nr.	Video Kamera	USB Video-Grabber	Bildformat	Messergebnis
I	WAT-120N	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Horizontalaufnahme 768 x 576	H: 567 Px, V: 563 Px Verhältnis: 1.007 Korrigiert: 1.011 Horizontal 1.1% zu breit
II	WAT-120N	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Vertikalaufnahme 768 x 576	H: 569 Px, V: 562 Px Verhältnis: 1.013 Korrigiert: 1.009 Horizontal 0.9% zu breit

Man erkennt deutlich, dass der Video-Grabber DFG/USB2-lt von The Imaging Source beim Digitalisieren das Bild horizontal im Mittel um etwa 1% streckt. Wenn diese generelle Verbreiterung des Bildes bei diesem Video-Grabber in allen Bildformaten berücksichtigt wird, kann somit die Wiedergabegenauigkeit der Bilddaten entsprechend erhöht werden. Das kann relativ einfach durch eine entsprechende Entzerrung in einem Bildbearbeitungsprogramm erreicht werden.

Die folgenden Tabellen zeigen die getesteten Videoformate mehrfach aber mit verschiedenen Kameras aufgenommen. Dadurch kann man neben den beiden Video-Grabbern auch noch zusätzlich die Unterschiede dieser Kameras in der Bildqualität vergleichen.

Um das richtige H/V Verhätnis im Bild zu erhalten, muß das Bildformat des Video-Grabbers auf das entzerrte Format (rechte Spalte) mit einem Bildbearbeitungsprogramm abgeändert werden.

Messtabellen mit der verwendeten Hardware, den Bildern und den Ergebnissen

Nr.	Video Kamera	USB Video-Grabber	Bildformat	Kommentar	Format entzerrt
1	WAT-120N	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 768 x 576	H: 100% => 101% (768 Px) V: 100% => 100% (576 Px)	760 x 576
2	WAT-120N	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 720 x 576	H: 100% => 94.7% (720 Px) V: 100% => 100% (576 Px)	760 x 576
3	WAT-120N	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 720 x 480	H: 100% => 94.7% (720 Px) V: 83.3% => 83.3% (480 Px) nur die obersten 480 Zeilen von 576	760 x 480
4	WAT-120N	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 640 x 480	H: 100% => 84.2% (640 Px) V: 83.3% => 83.3% (480 Px) nur die obersten 480 Zeilen von 576	760 x 480
5	WAT-120N	Kworld DVD Maker (V-Stream)	Bild 720 x 576 Detail Zoom (Horizontale Pixelpaare) ***	H: 100% => 91.9% (706 Px) V: 100% => 100% (576 Px) Bild hat nur 706 H-Pixel da links 4 und rechts 10 schwarze Spalten. !!! Horizontal Pixelpaare !!!	783 x 576
6	WAT-120N	Kworld DVD Maker (V-Stream)	Bild 640 x 576	H: 100% => 91.9% (706 Px) nur die zentralen 640 H-Pixel von 706 V: 100% => 100% (576 Px)	696 x 576
7	WAT-120N	Kworld DVD Maker (V-Stream)	Bild 640 x 480	H: 100% => 91.9% (706 Px) nur die zentralen 640 H-Pixel von 706 V: 83.3% => 83.3% (480 Px) nur die zentralen 480 V-Pixel von 576	696 x 480

 *** Diese Pixelpaare treten offensichtlich nicht bei jedem PC System auf.

Nr.	Video Kamera	USB Video-Grabber	Bildformat	Kommentar	Format entzerrt
8	WAT-902H2 Ultimate	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 768 x 576	H: 100% => 101% (768 Px) V: 100% => 100% (576 Px)	760 x 576
9	WAT-902H2 Ultimate	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 720 x 576	H: 100% => 94.7% (720 Px) V: 100% => 100% (576 Px)	760 x 576
10	WAT-902H2 Ultimate	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 720 x 480	H: 100% => 94.7% (720 Px) V: 83.3% => 83.3% (480 Px) nur die obersten 480 Zeilen von 576	760x480
11	WAT-902H2 Ultimate	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 640 x 480	H: 100% => 84.2% (640 Px) V: 83.3% => 83.3% (480 Px) nur die obersten 480 Zeilen von 576	760 x 480
12	WAT-902H2 Ultimate	Kworld DVD Maker (V-Stream)	Bild 720 x 576 Detail Zoom (Horizontale Pixelpaare) ***	H: 100% => 91.9% (706 Px) V: 100% => 100% (576 Px) Bild hat nur 706 H-Pixel da links 4 und rechts 10 schwarze Spalten. !!! Horizontal Pixelpaare !!!	783 x 576
13	WAT-902H2 Ultimate	Kworld DVD Maker (V-Stream)	Bild 640 x 576	H: 100% => 91.9% (706 Px) nur die zentralen 640 H-Pixel von 706 V: 100% => 100% (576 Px)	696 x 576
14	WAT-902H2 Ultimate	Kworld DVD Maker (V-Stream)	Bild 640 x 480	H: 100% => 91.9% (706 Px) nur die zentralen 640 H-Pixel von 706 V: 83.3% => 83.3% (480 Px) nur die zentralen 480 V-Pixel von 576	696 x 480

 *** Diese Pixelpaare treten offensichtlich nicht bei jedem PC System auf.

Nr.	Video Kamera	USB Video-Grabber	Bildformat	Kommentar	Format entzerrt
15	Modul SK-1004XC	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 768 x 576	H: 100% => 101% (768 Px) V: 100% => 100% (576 Px)	760 x 576
16	Modul SK-1004XC	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 720 x 576	H: 100% => 94.7% (720 Px) V: 100% => 100% (576 Px)	760 x 576
17	Modul SK-1004XC	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 720 x 480	H: 100% => 94.7% (720 Px) V: 83.3% => 83.3% (480 Px) nur die obersten 480 Zeilen von 576	760 x 480
18	Modul SK-1004XC	The Imaging Source (DFG/USB2-lt)	Bild 640 x 480	H: 100% => 84.2% (640 Px) V: 83.3% => 83.3% (480 Px) nur die obersten 480 Zeilen von 576	760 x 480
19	Modul SK-1004XC	Kworld DVD Maker (V-Stream)	Bild 720 x 576 Detail Zoom (Horizontale Pixelpaare) ***	H: 100% => 91.9% (706 Px) V: 100% => 100% (576 Px) Bild hat nur 706 H-Pixel da links 4 und rechts 10 schwarze Spalten. !!! Horizontal Pixelpaare !!!	783 x 576
20	Modul SK-1004XC	Kworld DVD Maker (V-Stream)	Bild 640 x 576	H: 100% => 91.9% (706 Px) nur die zentralen 640 H-Pixel von 706 V: 100% => 100% (576 Px)	696 x 576
21	Modul SK-1004XC	Kworld DVD Maker (V-Stream)	Bild 640 x 480	H: 100% => 91.9% (706 Px) nur die zentralen 640 H-Pixel von 706 V: 83.3% => 83.3% (480 Px) nur die zentralen 480 V-Pixel von 576	696 x 480

*** Diese Pixelpaare treten offensichtlich nicht bei jedem PC System auf.

Nr.	Video Kamera	USB Video-Grabber	Bildformat	Kommentar	Format entzerrt
22	Webcam PCVC740K	Keiner (Direktverbindung)	Bild 640 x 480	H: 100% => 100% (640 Px) V: 100% => 100% (480 Px)	640 x 480
23	Webcam PCVC740K	Keiner (Direktverbindung)	Bild 352 x 288	H: 55% => 55% (352 Px) nur die zentralen 352 H-Pixel von 640 V: 60% => 60% (288 Px) nur die zentralen 288 V-Pixel von 480	352 x 288
24	Webcam PCVC740K	Keiner (Direktverbindung)	Bild 320 x 240	H: 100% => 50% (320 Px) V: 100% => 50% (240 Px)	320 x 240

Bei der Webcam tritt bei der Digitalisierung keine Bildverzerrung auf. Daher muß das Ausgabeformat auch nicht mit einer Bildbearbeitungssoftware entzerrt werden. Der Bildsensor einer Webcam arbeitet nicht im interlaced Verfahren wie eine Videokamera sondern mit Progressiv Scan. Das gesamte Bild wird auf einmal belichtet und die Pixelwerte dann ausgelesen und digital zum PC übertragen. Kameras mit Progressiv Scan liefern durch den digitalen Signalweg ein unverzerrtes Bild.

Limovie Einstellung für die richtige Reihenfolge der Video Halbbilder

Für die Auswertung der Videoaufnahmen von Sternbedeckungen eignet sich besonders gut die Software Light measurement tool "Limovie" von Kazuhisa Miyashita - Japan. Diese Software kann ein Video (NTSC, EIA oder PAL, CCIR) auch in der vollen Halbbildauflösung auswerten. Dabei ist es aber besonders wichtig, dass man in Limovie die richtige Reihenfolge der beiden Halbbilder "ungerade" und "gerade" einstellt. Leider arbeiten die zahlreichen Videograbber am Markt nicht alle einheitlich. Die Ursache kann in der unterschiedlichen Hardware oder bei den verwendeten Softwaretreibern liegen. Aus diesem Grund kann man in Limovie die tatsächlich verwendete Reihenfolge der Halbbilder einstellen "Odd first" oder "Even first".

Um die richtige Einstellung für einen Videograbber zu finden kann man ein kurzes Video von einer gepulsten LED aufnehmen und analysieren. Die Pulsfrequenz der LED sollte dabei so gewählt werden, dass die Ein- und Ausschaltzeiten jeweils mindestens mehrere Halbbilder lang sind. Dafür eignet sich auch eine LED, angesteuert vom 1PPS Ausgang eines GPS Empfängers, der auf 100ms Dauer programmiert wurde.

Eine richtige Reihenfolge der Halbbilder erkennt man an den klaren Anstiegs- und Abfallflanken in der Signalgrafik von Limovie. Wenn in einer Flanke eine kurze Umkehr der Signalveränderung sichtbar ist, dann ist die eingestellte Reihenfolge der Halbbilder falsch.

Meine USB Videograbber von Kworld, The Imaging Source und Vivanco
Kworld DVD Maker - Even first (richtig)		Kworld DVD Maker - Odd first (falsch)
The Imaging Source - Odd first (richtig)		The Imaging Source - Even first (falsch)
Vivanco - Odd first (richtig)		Vivanco - Even first (falsch)

Ergebnis:
Der USB Videograbber von Kworld liefert die Video Halbbilder in anderer Reihenfolge als die beiden Videograbber von The Imaging Source und von Vivanco.

Link zu meiner Seite über externe USB Videograbber

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