Konzipierung und Umsetzung eines Videoerfassungssystems in ... 1 Yasin Akgün-Ergonomie B… · Hierbei wird der Vorgehenszyklus nach Ehrlenspiel als Problemlösungs-Methode angewandt

Technische Universität München

Institut für Ergonomie

Yasin Akgün

Konzipierung und Umsetzung eines Videoerfassungssystems in einer realen

Fahrzeugumgebung zur Durchführung von Komfortuntersuchungen

Lehrstuhl für ErgonomieTechnische Universität München

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Geheimhaltungsvermerke: Es gelten die allgemeinen Geheimhaltungsbedingungen der Technischen Universität München und der BMW Group Lehrstuhl für Ergonomie Technische Universität München Boltzmannstraße 15 D - 85747 Garching in Zusammenarbeit mit: BMW AG Forschungs- und Innovationszentrum (FIZ) Knorrstraße 147 80937 München Abteilung ED-6 Verfasser: Yasin Akgün


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Erklärung

Ich versichere, dass ich diese Semesterarbeit ohne fremde Hilfe selbstständig

verfasst und nur die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Wörtlich

oder dem Sinn nach aus anderen Werken entnommene Stellen sind unter Angabe

der Quelle kenntlich gemacht.

München, den 18.1.2008

Ort, Datum Unterschrift


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Danksagung

Diese Semesterarbeit entstand in freundlicher Zusammenarbeit mit der BMW AG, die

mir für die Erarbeitung alle notwendigen Unterlagen und Hilfsmittel zur Verfügung

stellte.

Eine Semesterarbeit lässt sich natürlich nicht ohne Betreuung und Unterstützung

bewältigen. Daher möchte ich mich an dieser Stelle bei allen bedanken, die mir bei

der Realisierung geholfen haben.

Besonders danke ich meiner Betreuerin Frau MSc. Sonja Hermann und meinem

Betreuer Herrn Dipl.-Ing. Thomas Seitz, die über die gesamte Zeit hinweg immer ein

offenes Ohr für meine Probleme hatten.

Für seine Hilfe, insbesondere beim Versuchsaufbau, danke ich ebenso Kfz-Meister

Benjamin Jörke.

Herrn Prof. Dr. rer. nat. Heiner Bubb und Herrn Dr. Ernst Assmann danke ich für ihre

Unterstützung bei meiner Themenwahl und für die Offenheit, die sie meinen Ideen

und Vorschlägen entgegen brachten. Ganz besonders Herrn Prof. Lindemann, der

während des Studiums ein sehr guter Berater war.

Besonderer Dank gilt meiner Familie einschließlich meiner Freundin, die durch ihre

Unterstützung diese Arbeit erst ermöglichten.


5

Konstruktive Semesterarbeit

Verfasser: Yasin Akgün

Matrikel-Nr. : 1982081

Studienrichtung: Systematische Produktentwicklung und Informationstechnik

Betreuer: Prof. Dr. rer. nat. Heiner Bubb, Dipl.-Ing. Thomas Seitz

Industrielle

Betreuerin:

MSc. Sonja Hermann

Ausgabe am:

Abgabe am:


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Zusammenfassung

Um die Fahrerplatzgestaltung komfortgerecht zu gestalten ist es wichtig, die direkte

Arbeitsumgebung des Menschen, insbesondere den Sitz, soweit wie möglich nach

ergonomischen Gesichtspunkten zu gestalten. Da der Mensch seiner Konstruktion

nach als stehendes Wesen konzipiert ist, stellt die sitzende Körperhaltung die

problematischste Haltungsform des Menschen dar. Gesundes Sitzen und bequemes

Sitzen stehen, bezogen auf die Wirbelsäule, im Widerspruch zueinander. Es ist

Aufgabe des Fahrzeugsitzes, dafür zu sorgen, dass die Wirbelsäule einerseits ihre

natürliche Form beibehält, andererseits durch genügend große Abstützflächen die

Rückenmuskulatur soweit entlastet wird, dass der Eindruck von Komfort entsteht.

[Greiff]

Die hier vorliegende Arbeit handelt von der Entwicklung und vom Aufbau eines

Versuchs in einem realen Fahrzeug, um Komfortuntersuchungen am Fahrzeugsitz

durchzuführen. Dazu werden drei Chipkameras kleiner Größe im Fahrzeug installiert,

um die relevanten Körperteile für die Komfortuntersuchungen zu erfassen. Diese

Kamerasignale werden durch eine spezielle Videokompressionskarte namens

„Piranha II“ komprimiert und auf die Festplatte eines Computers, der im Kofferraum

des Versuchsfahrzeug installiert ist, geschrieben. Eines der Besonderheiten dieser

PC-Karte ist die dazugehörige Software „iGuard“, welche einen Bewegungsmelder

beinhaltet. Dieser ermöglicht eine Aufzeichnung bei einer zuvor erkannten

Bewegung. Zusätzlich besteht die Option, die Vorgeschichte dieser Bewegung mit

aufzuzeichnen, was unentbehrlich für die Versuchsauswertung ist. Dies geschieht

durch einen Voralarm, eines der herausragenden Merkmale der Software „iGuard“,

Zusätzlich beinhaltet sie andere Werkzeuge, um die Videoaufzeichnungen

auszuwerten.

Zunächst wird ein Überblick über die unterschiedlichen Komforttheorien gegeben.


7

In der Erforschung des Stands der Technik im Bereich der Videoaufzeichnung und

der Datenreduktion wird neben den Vorteilen der digitalen Medientechnik detailliert

ein Überblick auf die einzelnen Bilddatenreduktionsverfahren (JPEG, MGEG-

Standards) gegeben.

Folgend wird in der Versuchsplanung der Versuchsaufbau festgelegt.

Hierbei wird der Vorgehenszyklus nach Ehrlenspiel als Problemlösungs-Methode

angewandt. Danach wird das vorliegende Problem zunächst geklärt, unterschiedliche

Lösungen gesucht und die beste Lösung ausgewählt. Nach der Lösungsauswahl

wird auf die Eigenschaften der Videokompressionskarte Piranha II und der

zugehörigen Software iGuard eingegangen.

Abschließend wird der Versuchsaufbau im realen Fahrzeug mit den

unterschiedlichen Komponenten (Chipkameras, Piranha II-Videokompressionskarte)

durch Abbildungen und Erklärungen erläutert.

Inhaltsverzeichnis

Erklärung .................................................................................................................... 3

Danksagung ............................................................................................................... 4

Zusammenfassung ..................................................................................................... 6

Inhaltsverzeichnis ....................................................................................................... 8

Abbildungsverzeichnis.............................................................................................. 11

Tabellenverzeichnis.................................................................................................. 12

1 Einleitung........................................................................................................... 13

2 Aufgabenstellung............................................................................................... 15

3 Handlungsbedarf ............................................................................................... 16

4 Versuchsplanung und Aufbau ........................................................................... 20

4.1 Vorgehensweise bei der Versuchsplanung.......................................................................................... 20 4.1.1 Anforderungsliste............................................................................................................................... 23 4.1.2 Lösungssuche..................................................................................................................................... 24 4.1.3 Lösungsauswahl durch Morphologischen Kasten............................................................................. 27

4.2 Versuchsaufbau..................................................................................................................................... 31

4.3 Aufzeichnung der Videodaten durch Piranha II................................................................................ 32 4.3.1 Piranha II............................................................................................................................................ 32 4.3.2 Eigenschaften der Software iGuard ................................................................................................... 35

4.3.2.1 Voraussetzungen ...................................................................................................................... 37 4.3.2.2 Alarm-Szenario ........................................................................................................................ 37 4.3.2.3 Langzeitaufzeichnung............................................................................................................... 38 4.3.2.4 Ringaufzeichnung..................................................................................................................... 39 4.3.2.5 Bewegungserkennung (Kamera als Videosensor) .................................................................... 39

INHALTSVERZEICHNIS


9

4.3.2.6 Logbuch.................................................................................................................................... 43 4.3.2.7 Konfigurationsmodus ............................................................................................................... 44 4.3.2.8 Speicherbedarf (Kompression) ................................................................................................. 46 4.3.2.9 Auswertung von Videoaufzeichnungen.................................................................................... 48

4.4 Sitzdrucksensormatte und Auswertalgorithmus................................................................................ 49

4.5 Installation des Aufzeichnungsrechners ............................................................................................. 52

4.6 Installation und Positionierung der Kamera...................................................................................... 53

5 Versuchsdurchführung ...................................................................................... 57

5.1 Konfiguration von iGuard an die Anforderungen des Versuchs...................................................... 57

6 Ausblick ............................................................................................................. 60

7 Literaturverzeichnis ........................................................................................... 62

8 Anhang: ............................................................................................................. 66

8.1 Komfort ................................................................................................................................................. 66 8.1.1 Belastungs-Beanspruchungs-Konzept................................................................................................ 66 8.1.2 Komforttheorien................................................................................................................................. 68

8.2 Multimedia ............................................................................................................................................ 76

8.3 Vorteile der digitalen Medientechnik.................................................................................................. 77

8.4 Bilddatenreduktionsverfahren ............................................................................................................ 81 8.4.1 Differenzcodierung ............................................................................................................................ 83 8.4.2 Transformationscodierung ................................................................................................................. 84

8.4.2.1 Abtastung ................................................................................................................................. 85 8.4.2.2 Redundanzreduktion und Irrelevanzreduktion.......................................................................... 86 8.4.2.3 Psychooptik .............................................................................................................................. 88

8.4.3 Angewandte Kompressionsverfahren ................................................................................................ 89 8.4.3.1 Datenreduktion bei Standbild nach JPEG................................................................................. 89 8.4.3.2 Datenreduktion bei Bewegtbildern ........................................................................................... 93

8.5 Kameratechnik...................................................................................................................................... 98

INHALTSVERZEICHNIS


10

8.6 Videoproduktion ................................................................................................................................... 99 8.6.1 Elektronisches Schneiden: Assemble und Insert................................................................................ 99 8.6.2 Videobearbeitungstools.................................................................................................................... 101

8.7 Wichtige Internetadressen von Softwaretools für Bewegungsanalysen......................................... 101

ABBILDUNGSVERZEICHNIS


11

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 3-1: Belastungs-Beanspruchungsmodell nach Laurig (1982) .................. 66

Abbildung 3-2: Kognitionspsychologisches Komfortmodell nach Krist...................... 68

Abbildung 3-3: Bedürfnishierarchie (links) nach Maslow (1978) im Vergleich zur

Komforthierarchie (rechts) nach Bubb (1997).................................................... 71

Abbildung 4-1: Vorgehenszyklus nach Ehrlenspiel, Quelle: [Ehrlenspiel] ................. 20

Abbildung 4-2: Modellbildung des Problems............................................................. 22

Abbildung 4-3: Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus............................. 31

Abbildung 4-4: Die Videokompressionskarte Piranha II............................................ 32

Abbildung 4-5: Screenshot über die Einstellung der Bewegungserkennung ............ 40

Abbildung 9 Parametereinstellung im Konfigurationsmenu der Bewegungserkennung

.......................................................................................................................... 41

Abbildung 10: Maskeneinstellung im Konfigurationsmenu der Bewegungserkennung

.......................................................................................................................... 41

Abbildung 12: Maskenerstellung im Konfigurationsmenu der Bewegungserkennung

.......................................................................................................................... 43

Abbildung 13 Konfigurations-Fenster von iGuard ..................................................... 44

Abbildung 15: Dialogfenster Kamera Konfiguration iGuard Konfigurationsmenu...... 46

Abbildung 16: Konfiguration des Speicherbedarf und der Szenarien ....................... 47

Abbildung 4-14: Sitzdrucksensormatte ..................................................................... 50

Abbildung 4-15: Benützeroberfläche des Auswertealgorithmus ............................... 51

Abbildung 4-16: Versuchsaufbau im Kofferraum des Versuchsfahrzeugs................ 52

Abbildung 4-17: Kameratyp 1 und 2 ......................................................................... 53

Abbildung 4-18: Position der Kamera 1 und seine Installation am

Schiebedachrahmen.......................................................................................... 54

Abbildung 4-19:Position der Kamera 2 ..................................................................... 55

TABELLENVERZEICHNIS


12

Abbildung 4-20: Kamera 3........................................................................................ 56

Abbildung 4-21: Position der Kamera 3 .................................................................... 56

Abbildung 9-1: Formen von Signaltransport und Speicher nach Bienert .................. 77

Abbildung 9-2: Prinzip der Transformationscodierung, Quelle: [Ricken]................... 84

Abbildung 9-3: Rebundanz und Irrevelanz, Quelle [Bienert] ..................................... 86

Abbildung 9-4: Kompressionsverfahren nach JPEG, Quelle [Ricken] ...................... 91

Abbildung 9-5: VHS bzw. S-VHS-Standardkassette im Vergleich zur DV- und Mini-

DV-Kassette ...................................................................................................... 98

Tabellenverzeichnis

Tabelle 3-1: Rangreihenfolge von Sitzeigenschaften und Funktionen nach Krist

(1995) ................................................................................................................ 70

Tabelle 3-2: Rangreihe von Synonyma und beschreibende Adjektiva für den Komfort

nach Krist (1995) ............................................................................................... 70

Tabelle 3: Elementartätigkeiten bei Methoden.......................................................... 21

Tabelle 4-4: Anforderungsliste an den Versuchsaufbau ........................................... 24

Tabelle 4-5: Morphologischer Kasten ....................................................................... 28

Tabelle 4-6: Reduzierter Morphologischer Kasten.................................................... 29

Tabelle 8-1: Abtastverhältnisse der jeweiligen Videoformate ................................... 85

EINLEITUNG


13

1 Einleitung

Ein Schlagwort, das in den letzten Jahrzehnten immer mehr in aller Munde kam, ist

„Ergonomie“. Es ist eine oft gebrauchte Vokabel, deren eigentliche Bedeutung nur

wenigen bekannt ist, geschweige denn die Gebiete, in die Ergonomie involviert ist.

Ergonomie ist eine Wortschöpfung des Engländers Murrel aus dem Altgriechischen

„ergon = Arbeit“ und „nomos = Regel“. Sie entstand, als er 1949 die englische

„Ergonomics Research Society“ mitbegründete. Sie setzte sich zum Ziel, die

Wechselwirkungen zwischen Mensch und Maschine, Mensch und Arbeit und Mensch

und Umwelt wissenschaftlich zu beschreiben.

Die Idee selbst, die Effizienz von Mensch und Maschine zu steigern, ist nicht neu.

Schon im Altertum beschäftigte man sich mit der maximalen Leistungsfähigkeit des

Menschen, freilich ohne dabei auf etwaige Langzeitfolgen, auf seine Gesundheit oder

gar sein Wohlbefinden zu achten. Der Mensch war ersetzbar. Erbrachte er nicht

mehr die gewünschte Leistung, wurde er einfach ausgetauscht. Dieser Grundsatz

galt weit bis ins industrielle Zeitalter hinein, eine Verbesserung der Maschinen war

bei weitem wichtiger als eine gute Arbeitsplatzgestaltung. Erst als die Maschinen den

Menschen zu überfordern, sie so kompliziert wurden, dass der Mensch der

ausschlaggebende Faktor für die Leistung des Systems war, begann man, den

Stellenwert des Menschen zu überdenken. Man kam zu dem Schluss, dass er nur

dann auf Dauer maximale Leistung erbringen kann, wenn auch auf seine Bedürfnisse

geachtet wird, sprich die Maschinen und die Umgebung so gestaltet sind, dass sie

sein Wohlbefinden fördern und ihm so seine optimale Leistungsfähigkeit

ermöglichen. Das grundlegend Neue an der Ergonomie ist also, dass sie den

Menschen ins Zentrum der Betrachtung rückt.

Auf dem Sektor „Konstruktion und Entwicklung“ liefert die Ergonomie Empfehlungen

und Gestaltungstipps für die bestmögliche Anpassung der Maschine an den

Menschen. Sie optimiert die Schnittstelle zwischen beiden und schafft so die

Voraussetzung für die maximale Leistung des Mensch-Maschine-Systems. Ehemals

EINLEITUNG


14

wurden im Automobilbau Anzeigen und Bedienelemente einfach dort angeordnet, wo

man den meisten Platz zur Verfügung hatte, oder es technisch am einfachsten zu

lösen war. Man schuf gerade noch die Möglichkeit zum Sitzen, oft nur eine dünn

aufgepolsterte Holzbank, ohne Berücksichtigung anatomischer Aspekte des

Menschen. Entsprechend gering fiel der Fahrkomfort aus. Heute wäre eine

ergonomische Gestaltung des Fahrzeuginnenraums nicht mehr wegzudenken. Ob

Anzeigen, Bedienelemente oder Fahrzeugsitze, alles nimmt Bezug auf den

Menschen. [Rohmert]

AUFGABENSTELLUNG


15

2 Aufgabenstellung

Ziel dieser Arbeit ist es, einen Versuch aufzubauen, wodurch das Sitzverhalten von

Versuchspersonen durch Kameras erfasst wird, um Einflussfaktoren auf den

Sitzkomfort in statischer und dynamischer Hinsicht zu identifizieren. Es ist von

besonderem Interesse, die Versuchspersonen so wenig wie nur irgend möglich zu

beeinflussen und sie in einer realen Umgebung zu untersuchen. Aus diesem Grund

finden die Versuche in einem realen Fahrzeug statt, in dem die Versuchspersonen

über einen längeren Zeitraum während der Fahrt visuell erfasst werden. Ferner wird

untersucht, ob eine Korrelation des Sitzverhaltens mit den Druckverteilungen auf

dem Fahrzeugsitz besteht.

HANDLUNGSBEDARF


16

3 Handlungsbedarf

Da der Trend zu immer kleineren und flacheren Automobilen hingeht, ist das

Platzangebot im Kraftfahrzeug in zunehmendem Maße beschränkt. Der Fahrer ist

gezwungen, eine flachere Sitzhaltung einzunehmen. Genau dies entspricht aber

nicht dem Gesundheitsoptimum der Bandscheiben, denn eine gleichmäßige

Belastung der Bandscheiben entsteht nur bei einer hohen und aufrechten Sitz-

position. Es wurden bereits Komfortuntersuchungen bei Bürostühlen durchgeführt.

Hier ist genug Platz vorhanden, um z.B. die Beine oder den Oberkörper

auszustrecken. Im Fahrzeug jedoch ist der Fahrer in seinen Bewegungen sehr

eingeschränkt und kann keine ausgleichenden Bewegungen durchführen. 1969

beobachtete Branton, dass Versuchspersonen während des Sitzens ihre Haltung

kontinuierlich verändern. Wenn sich die VP bewegen, muss mehr als nur eine

komfortable Haltung existieren. Nach der Stiftung Warentest (1996) muss man seine

Sitzhaltung so oft wie nur möglich verändern, um sich eine gesunde und komfortable

Sitzgewohnheit anzueignen. Dynamisches Sitzen beugt einseitigen Belastungen der

Wirbelsäule vor. Die Durchblutung der Muskulatur und der Bandscheiben wird

hierdurch verbessert.

Nach einer Recaro Firmenschrift halten Mediziner das Sitzen im Auto für die

schlimmste Form des Sitzens überhaupt, da gerade im Auto die Wirbelsäule und ihre

Muskulatur besonders stark beansprucht werden. Es fehlen ausgleichende Bewe-

gungsmöglichkeiten, es werden falsche Sitzhaltungen eingenommen und der Mangel

an Anpassungsmöglichkeiten von Autositzen ermöglicht in den seltensten Fällen eine

medizinisch wünschenswerte Sitzhaltung. Deshalb sollte der Fahrzeugsitz so gut wie

möglich an die individuellen Bedürfnisse des Fahrers angepasst werden. Die

Sitzverstellungen werden immer komplexer. Sie beinhalten eine Vielzahl von

Funktionen, beziehen sich jedoch ausschließlich auf statische Komfortparameter, wie

z.B. die Lehnenneigung. Da aber der Fahrzeugsitz nicht nur im Stand, also statisch,

sondern auch der Fahraufgabe gerecht im dynamischen Zustand komfortabel sein

muss, wirken eine Vielzahl von sich über die Zeit hinweg verändernden

Umweltparametern auf den Fahrer ein, die alle den Komfort beeinflussen. Diese sind

HANDLUNGSBEDARF


17

z.B. die Straßenbeschaffenheit, Verkehrssituation oder die physische und psychische

Befindlichkeit des Fahrers.

Das übergeordnete Ziel von Komfortuntersuchungen am Fahrzeugsitz ist, eine

möglichst entspannte und zugleich gesunde Sitzposition zu ermöglichen, damit der

menschliche Haltungs- und Bewegungsapparat minimal belastet wird. Nach Krist

(1993) liegt eine entspannte Haltung dann vor, wenn das Aktivitätsniveau aller

Muskelgruppen auf ein Minimum beschränkt ist.1 Jedoch ist dieses Ziel durch den

eng begrenzten Fahrzeuginnenraum und durch die Natur des Menschen, der nicht

für das Sitzen geschaffen ist, sehr schwer zu erreichen. [Diebschlag]

Um dieses übergeordnete Ziel zu erreichen, ist es zunächst von ausschlaggebender

Bedeutung, den Begriff Komfort vollständig zu klären, um diesen überhaupt messen

zu können.

Nach Branton (1969) müssen folgende Bedingungen erfüllt sein, um Komfort

überhaupt bewerten zu können:

• Komfortgefühle können wahrgenommen werden

• Komfortgefühle können verbalisiert werden

• Attribute der physikalischen Umgebung, die für die Entstehung von Diskomfort

verantwortlich sind, können identifiziert werden

• Komfortgefühle können im Gedächtnis gespeichert werden, womit ein

Vergleich möglich wird

Bei der Durchführung von Versuchen wird vorausgesetzt, dass Komfortgefühle

wahrgenommen und im Gedächtnis gespeichert werden. Für die Verbalisierung der

Komfortgefühle stehen Fragebögen zur Verfügung, in denen gezielt nach Begriffen

gefragt wird, die den Komfort beschreiben. Doch das Problem hierbei ist, dass die

1 Siehe dazu unter Komforttheorien ab Seite 68

HANDLUNGSBEDARF


18

Wortbedeutung variiert. Jeder Mensch versteht z.B. unter „entspannt“, „bequem“

oder „angespannt“ etwas anderes und die einheitliche Quantifizierung ist schwer zu

realisieren. Nach dem Belastungs-Beanspruchungsmodell nach Laurig (1982) auf S.

68 ist es schwierig, den Menschen über die sich vorrangig im Unterbewussten

vollzogene Komfortbeurteilung zu befragen. Außerdem sind Gefühle schwierig zu

definieren, das Erlebnis dominiert. Wenn nicht einmal geklärt ist, wie genau Komfort

zu verstehen ist, ist die Befragung der Versuchspersonen nur in äußerst begrenztem

Maße möglich. Zusätzlich macht die Vielzahl von Einflussfaktoren, wie z.B. die

Verkehrssituation oder die persönliche physische und psychische Befindlichkeit der

VP es schwierig, Komfort eindeutig festzulegen.

Aus diesem Grund hat Hertzberg versucht, den Komfort durch negative Sachverhalte

zu messen. Somit könnte man nach Hertzberg einen Sitz als komfortabel bezeich-

nen, wenn dieser dem Fahrer keine Schmerzen im Rückenbereich zufügt. Doch wird

bei diesem Ansatz nur der Diskomfort berücksichtigt, was die Untersuchung nur

beschränkt aussagefähig macht. Im Widerspruch zu Hertzberg fanden Helander und

Zhang in ihren Untersuchungen heraus, dass man den Komfort durch andere

Faktoren wie nur durch den Diskomfort beschreiben kann.2

Aus all diesen Erkenntnissen wird ein neuer Ansatz gefasst. Die Versuchspersonen

werden nicht nach ihrem Gemütszustand gefragt, sondern ihre Körpersprache in

Bezug auf das Sitzverhalten genauer betrachtet. Die Körpersprache umfasst

bewusste und unbewusste Bewegungen eines Körperteils oder des ganzen Körpers

und vermittelt der Außenwelt Botschaften. Der Körper tut dies immer. Man kann

aufhören zu sprechen, aber nur bedingt aufhören Körpersignale auszusenden. In der

Körpersprache kann man sich zudem um einiges schwieriger verstellen als in der

verbalen Sprache. Das wichtigste Element hierbei ist neben der Gestik und Mimik die

Körperhaltung. Sie bezieht sich auf die Anordnung der einzelnen Körperteile und ist

ein Zeichen von Abneigung bzw. Zuneigung und Interesse bzw. Desinteresse.

2 Siehe dazu die verschiedenen Komforttheorien ab Seite 68

HANDLUNGSBEDARF


19

Erwachsene haben gelernt, ihre Mimik zu beherrschen, dem Körper wird jedoch

weniger Aufmerksamkeit geschenkt, so dass das Individuum seine Befindlichkeit

durch den Körper unbewusst verrät. [Heidemann]

Gelingt es, bezogen auf den Fahrerarbeitsplatz die Körpersprache und das

Sitzverhalten des Fahrers zu klassifizieren, können subjektive und objektive

Parameter definiert werden, welche den Sitzkomfort beeinflussen. Werden diese

Parameter gezielt variiert, können durch die Beobachtung des Sitzverhaltens

Aussagen darüber getroffen werden, inwiefern und wie stark diese Faktoren einen

Einfluss auf den Gemütszustand der VP und somit auf den Sitzkomfort haben. Durch

diesen Ansatz wird die VP nicht durch langwierigen Befragungen belastet. Dies

minimiert die Beeinflussung der VP.

VERSUCHSPLANUNG UND AUFBAU


20

4 Versuchsplanung und Aufbau

4.1 Vorgehensweise bei der Versuchsplanung

Grundlage der Vorgehensweise für die Versuchsplanung ist der Vorgehenszyklus

nach Ehrlenspiel. Diese einfache und grundlegende Problemlösungsmethode kann

durchgängig in unterschiedlicher Bearbeitungstiefe eingesetzt und leicht angepasst

werden. Er besteht aus den Schritten „Problem klären“, „Lösung suchen“ und

„Lösung auswählen“, wobei diese Schritte sich weiter untergliedern lassen. Der

Vorgehenszyklus ist einer der zentralen Bestandteile der Produktentwicklung, dessen

Zweck es ist, wenn dies auf abstrakter Ebene betrachtet wird, das Lösen einer

Aufgabe, bzw. ein Problem zu lösen. Doch was ist ein Problem?

„Ein Problem liegt dann vor, wenn man einen unerwünschten Anfangszustand in

einen erwünschten Zielstand überführen will, dieses jedoch von einer Barriere

verhindert wird. Diese Barriere können unbekannte oder nicht verfügbare Mittel

(Personen, Sachmittel, Zeit etc.) der Zielerreichung, oder nicht gegebene oder

nicht bekannte Ziele oder Restriktionen sein. Fehlt diese Barriere, handelt es sich

um eine Aufgabe.“ [Ehrlenspiel]

Problem klären

Problem analysierenProblem strukturierenProblem formulieren

Lösungen suchen

vorhandene Lösungen suchenund neue Lösungen generierenLösungen systematisierenund ergänzen

Lösung auswählen

Lösungen analysierenLösungen bewertenLösung festlegen

ProblemProblem

LösungLösung

Zunahme derInformation zur

Erzeugung einerLösungsvielfalt

Einschränkungder Lösungsvielfalt

Abbildung 4-1: Vorgehenszyklus nach Ehrlenspiel, Quelle: [Ehrlenspiel]



21

Es sei noch erwähnt, das die im Vorgehenszyklus benutzte Methodik nur ein Teil,

bzw. nur ein Aspekt der Problemlösung ist. Daneben gibt es zu Problemlösung noch

die Aspekte Erfahrung, Fachwissen, Situationserkenntnis, Psychologie, konstruktives

Arbeitshandling und Handlungsethik.

Bei diesem Vorgehen werden verschiedene Methoden als unterstützende Aufgaben

verwendet um die Entwicklung des Zielsystems auf eine systematische Art und

Weise durchzuführen. Methoden sind als Verknüpfung bestimmter

Elementartätigkeiten zu verstehen. Wesentliche Elementartätigkeiten sind dabei:

• kombinieren • sammeln, suchen, vervollständigen

• vergleichen • zerlegen

• festlegen, auswählen • gewichten, priorisieren

• ordnen, klassifizieren, sortieren • Analogie suchen

• abstrahieren, detaillieren • Gegensätze finden

• darstellen, dokumentieren • Eigenschaften erkennen, ermitteln

• kreieren • variieren

Tabelle 1: Elementartätigkeiten bei Methoden

Wichtig ist, dass der Methodenanwender sich dieser Elementartätigkeiten bewusst

ist. Damit bieten sich ihm die Möglichkeiten der situationsbedingten, sinnvollen und

häufig notwendigen Anpassung der Methode.

Durch diese Vorgehensweise kann das vorliegende Problem effektiv behandelt

werden und auf eine effiziente Weise optimale Lösungen gefunden werden.



22

Visuelle Information Highlightvideo

Allgemein betrachtet kann man das Problem auch folgend modellieren:

Abbildung 4-2: Modellbildung des Problems

Da die Problemstellung nicht lösungsneutral gestellt ist, sondern von vorn herein es

das Ziel war, ein Bilderfassungssystem in einem realen Fahrzeug aufzubauen, wurde

nicht nach eventuell anderen Möglichkeiten gesucht werden, um das Problem anders

anzugehen.

Es soll als Output ein Highlightvideo entstehen, in dem die Versuchsperson (VP)

beim Führen des Fahrzeugs aufgezeichnet ist. Dieses Highlightvideo soll nur die

relevanten Körperbewegungen in Bezug auf die Sitzkomfortuntersuchungen

beinhalten. Von großem Vorteil ist der Aufbau eines Systems, das dieses

Highlightvideo soweit wie möglich selbstständig erstellt.

Zunächst wird durch die eindeutige Klärung des Problems die Grundlage für die

Zielformulierung erarbeitet. Sie ist damit auch die Grundlage für die Lösungssuche

sowie für die Bewertung der Lösungsideen. Dazu wird als Methode das

Brainstorming in einem interdisziplinärem Team mit allen notwendigen Beteiligten

angewandt, um möglichst viele Anforderungen an den Versuchsaufbau zu ermitteln.

Dabei werden vier Grundregeln für das Brainstorming eingehalten:

• Es darf keine Kritik geäußert werden, sondern nur konstruktive Verbesserungs-

vorschläge.

• Den Ideen muss freien Lauf gewährt werden, in dem der Phantasie und der

Assoziation keine Grenzen gesetzt werden.

Black Box OutputInput



23

• Es zählen die Masse und Klasse der Ideen, wobei die Wiederbenützung und

Umänderung von schon gefallenen Ideen erlaubt und sogar unterstützt werden

sollte. [Ehrlenspiel]

• Es sollen andere Ideen aufgenommen werden und diese weit variiert werden.

Durch die Ergebnisse des Brainstormings und aus zusätzlich gewonnenen

Informationen wird eine vollständige Anforderungsliste erstellt.

Zentrale Fragen hierbei waren:

• Welchen Zweck muss die Lösung erfüllen?

• Welche Eigenschaften darf sie nicht haben?

• Welche Eigenschaften muss sie aufweisen?

4.1.1 Anforderungsliste

visuelles Erfassen des Fahrers von mehreren Perspektiven

Aufzeichnen der visuellen Informationen als Video

Aufzeichnung nur bei Bewegung

Aufzeichnung der Informationen 2 sec vor dem Eintritt der Bewegung (Voralarm)

Aufzeichnung in einem mobilen System (reales Automobil, E-65, 7er Serie )

Unauffälliger Versuchsaufbau (um Versuchsperson nicht beeinzuflussen)

Übertragung der Videodaten in einen Rechner innerhalb von maximal fünf Stunden

Qualität des Videobildes soll nicht hoch sein, da nur Körperbewegungen erkannt

werden müssen, und keine Detailinformationen

Videodaten in digitaler Form (für die Auswertung)

Keine Aufzeichnung des Tons



24

Aufzeichnungsdauer von mindestens 180 Minuten

Synchrones Aufzeichnen von Drucksensordaten ( gleiches Zeitformat wie das Video)

Zuverlässige Aufzeichnung, Ausfallwahrscheinlichkeit < 1%

Versuchsaufbau bis 01. September 2002 fertiggestellt

Kapazität, mindestens 40 Versuche durchzuführen

Tabelle 4-2: Anforderungsliste an den Versuchsaufbau

Durch die Anforderungsliste werden alle relevanten Daten zu Beginn der Arbeit

erfasst. Die gesammelten Daten werden systematisch aufgearbeitet, um sie auf eine

umfassende und geordnete Art und Weise schriftlich zu formulieren. Hierdurch wird

ein gemeinsames Zielverständnis aller Beteiligten erreicht. Es entsteht zusätzlich

eine solide Grundlage, um später die ermittelten Lösungsvorschläge beurteilen zu

können. Die Fülle der hier angefallenen Informationen sind in strukturierter Form

abgelegt, wodurch die Komplexität der Anforderungsmenge beherrschbar geworden

ist.

Um erfolgreich und schnell zum Ergebnis zu kommen, müssen außerdem

Zielkonflikte frühzeitig erkannt und aufgezeigt werden. Durch die Anforderungsliste

fällt es leicht, diese zu erkennen. Es liegen jedoch keine Zielkonflikte vor, was den

nächsten Schritt im Vorgehenszyklus „Lösung suchen“ somit problemlos einleitet.

4.1.2 Lösungssuche

Die Lösungssuche beschreibt die Ermittlung von Lösungsvarianten für die

Problemstellung sowie deren Überprüfung hinsichtlich ihrer prinzipiellen Tauglichkeit.

Hierbei kann die Lösungssuche als Zusammenspiel von Synthese und Analyse

verstanden werden. Die Synthese bezeichnet kreatives und methodisches

Vergleichen zur Generierung mehrerer und verschiedenartiger Lösungen. Die

systematische Analyse dient zur Überprüfung von Funktionstüchtigkeit,



25

Bedienfreundlichkeit und Integrationsfähigkeit in das Umfeld Fahrzeug. Methoden zur

Untersuchung der Synthese sind u.a. das Brainstorming die systematische Variation

und die Morphologie.

Die Bedienfreundlichkeit muss in soweit realisiert sein, dass das System die VP nicht

beeinflusst, in dem es so wenig wie möglich auffällt. Es sollte auch nur wenige

Bedienschritte geben, die die Versuchsperson durchführen soll, um die Aufzeichnung

zu starten.

Für das Erarbeiten der Lösungen für das definierte Problem wurden neben der

Informationsbeschaffung durch das Internet zahlreiche Expertenbefragungen

durchgeführt, sei es durch persönliche Gespräche, hauptsächlich am Telefon oder

über bestimmte Newsgroup-Foren im Internet3.

Gezielt wurde nach Marktsegmenten gesucht, in denen ähnliche Anforderungen

bestehen. Die hier vorhandenen Lösungen wurden mit einbezogen.

Zusätzlich wurden Experten aus der Überwachungs- und Sicherheitstechnik in

persönlichen Gesprächen nach Möglichkeiten befragt, in einem mobilen

Versuchsaufbau die Bewegungen der Fahrzeuginsassen zu beobachten und

festzuhalten. Auch wurden interne Kontakte bei BMW in entsprechenden Abteilungen

die schon ähnliche Problemstellungen hatten, geknüpft. Experten aus der Fakultät für

Informatik der Technischen Universität München und aus dem Heinrich-Hertz-Institut

in Berlin boten eine Menge von Informationen an. Hilfsbereitschaft unter allen

Befragten war immer vorhanden.

Somit entstanden eine Menge von Lösungsvorschlägen zu den Teilproblemen. Diese

Teillösungen sind folgend, der Übersichtlichkeit wegen, in einem Morphologischen

Kasten aufgetragen. Diese systematische Methode zur Lösungsfindung durch

3 z. B. Biomch-L., einer E-mail Diskussionsgruppe für Biomechanik und Bewegungs -Wissenschaften, in der nach einer per E-mail gestellten Frage Antworten von Experten aus aller Welt zugesandt

werden. Siehe auch Online im WWW unter URL http://isb.ri.ccf.org/biomch-l/ [12.06.03].



26

Kombination setzt sich aus den folgenden Elementartätigkeiten zusammen

(vereinfacht):

• Zerlegen einer Gesamtfunktion in Teilfunktionen

• Suchen, sammeln und vervollständigen von Lösungsalternativen für die

Teilfunktionen

• Ordnen, klassifizieren, strukturieren, sortieren der Teillösungen

• Übersichtliche Darstellung und Dokumentation aller Teillösungen während des

Entwicklungsprozesses. (Darstellen, dokumentieren)

• Erweiterung des Lösungsraumes durch Variation bereits ermittelter Lösungen.

(Variieren)

• Gewichtung und Priorisierung der Lösungsalternativen gemessen an

wesentlichen Anforderungen.

• Finden von Gesamtlösungen durch Kombinationen der Teillösung. (Kombinieren)

Die Teilfunktionen zur Erfüllung der Gesamtaufgabe sind folgend dargestellt:

• visuelle Erfassung der Versuchsperson

• Aufzeichnen der visuellen Informationen

• Bewegungsdetektor mit Voralarm

• Synchrone Aufzeichnung von mehreren Videosignalen

• Überführen des Aufgezeichneten auf einen PC (Digitalisierung)

Der Zweck dieser Methode ist :

• Dokumentation und Überblick über das gesamte Lösungsfeld

• Unterstützung zur Funktionsaufteilung

• Unterstützung bei der Suche nach mehreren Teillösungen



27

• Erleichterte Nachvollziehbarkeit der Lösungssuche für Außenstehende

4.1.3 Lösungsauswahl durch Morphologischen Kasten

Teilfunktionen Teillösungen

Visuelle

Erfassung der

VP durch

Chipkamera4 Röhrenkamera Infrarotkamera

Aufzeichnen der

visuellen

Informationen

mit

PC durch

Hardware-

MJPEG5-

Komprimierung

mit Piranha I

oder PiranhaII6

PC durch

Hardware-

MJPEG-

Komprimierung

mit Multieye

Langzeitauf-

zeichnungs-

Gerät

Alcatraz,

MJPEG

DV-Rekorder

im DV-Format7

Auf PC durch

Software-

Komprimierung

im DivX Format8

Bewegungs-

detektor

Piranha I+II

beinhaltet

Bewegungs-

detektor durch

mitgelieferte

Software

Multieye

beinhaltet

Bewegungs-

detektor durch

mitgelieferte

Software

Alcatraz

beinhaltet

Bewegungs-

detektor

Lichtschranke,

sehr schwierig

auf

verschiedene

VP einzustellen

Sitzdruckdaten

miteinander

vergleichen

Bewegungs-

detektor mit Voralarm

Piranha I+II

Bewegungs-

detektor mit

4 Der Stand der Technik von Kameras ist unter Kameratechnik auf S. 98 erläutert

5 Näheres zu Videokompression von Bewegtbildern im JPEG-Format finden Sie auf S. 93

6 Näheres dazu finden Sie unter Aufzeichnung der Videodaten durch Piranha II auf S. 32

7 Auf das „Digital Video“ Format wird näher unter DV-Codec auf der S. 97 eingegangen

8Die Videokomprimierung im Div-X Format wird unter Die MPEG Standards ab S.94 erläutert



28

Voralarm

Synchrone

Aufzeichnung

von mehreren

Videosignalen

Quadranten-

teiler, macht

aus 4 Video-

signalen ein in

4 aufgeteiltes

Videobild

Piranha I+II

hat Kapazität,

gleichzeitig

mehrere

Videosignale

aufzuzeichnen

Multieye hat

Kapazität,

gleichzeitig

mehrere

Videosignale

aufzuzeichnen

Mit mehreren

Aufzeichnungs-

medien,

externer

Zeitgeber für

alle Medien

Überführen des

Aufgezeichneten

auf einen PC,

für Auswertung

Digitalisierung

des analogen

Videosignals

Videosignale

liegen schon

digital vor

Tabelle 4-3: Morphologischer Kasten

Um in dem Prozess der Lösungsauswahl zum Erfolg zu kommen, werden zunächst

die Teillösungen miteinander kombiniert. Hierbei wird darauf geachtet, dass die

kombinierten Teillösungen miteinander kompatibel sind. Kombinationen, deren

Verbindung Schwierigkeiten bereiten, sind zu vermeiden. Zusätzlich ist auf eine

größtmögliche Einfachheit der Gesamtlösung zu achten.

Jedoch muss der Morphologische Kasten zunächst weiter reduziert werden, um

aussichtsreiche Konzeptalternativen mit geringem Aufwand zu gewinnen. Eine

Methode ist hierbei, die Zurückstellung von weniger geeigneten Teillösungen wie z.B.

die Zeiteinteilung der Röhren- oder Infrarotkameras, aufgrund ihrer ungeeigneten

Baugröße oder alle Teillösungen ohne Voralarm.

Folgend ist der reduzierte Morphologische Kasten dargestellt:

Teilfunktionen Teillösungen

visuelle Erfassung der VP durch Chipkamera mit sehr kleiner Baugröße

Aufzeichnen der visuellen

Informationen

Hardware-MJPEG-Komprimierung durch Piranha I oder Piranha II

Bewegungsdetektor mit Voralarm

Piranha I oder Piranha II

Synchrone Aufzeichnung von

mehreren Videosignalen

Piranha I oder Piranha II



29

Überführen des Aufgezeichneten

auf einen PC, für Auswertung

Videosignale liegen schon auf digitaler Weise vor

Tabelle 4-4: Reduzierter Morphologischer Kasten

Sobald eine Lösung ein Kriterium nicht erfüllt, werden die nachfolgenden Kriterien für

diese Lösung nicht mehr betrachtet. Aufgrund des Ausschlusskriteriums „Voralarm“

fallen eine Menge von Teillösungen weg.

Somit ist die Auswahl der Lösung sehr erleichtert. Aufwendige Bewertungsmethoden

wie z.B. die Bewertung nach der Anforderungsliste, Vorteil-/Nachteil-Vergleich,

Chancen-/Risiko-Gegenüberstellung, Paarweiser-Vergleich oder die einfache Punkt-

bewertung müssen nicht mehr durchgeführt werden.

Es bleiben somit zwei Lösungskonzepte übrig:

Die über Chipkameras erfassten visuellen Informationen werden entweder mit dem

System Piranha I oder Piranha II aufgezeichnet. Die Entscheidung für die Auswahl

von Chipkameras ist damit begründet, dass diese eine sehr kompakte Baugröße

haben, und somit den VP kaum auffallen werden. Der Versuchsaufbau wird zudem

durch die Entscheidung für Piranha I oder Piranha II sehr vereinfacht, da somit die

Anzahl der Komponenten auf ein Minimum beschränkt ist:

• Chipkameras

• Aufzeichnungsrechner

• Videokompressionskarte Piranha I oder Piranha II

Durch den Paarweisen Vergleich zwischen Piranha I und Piranha II fiel die

Entscheidung auf Piranha II, da dessen Kapazitäten im Vergleich zu Piranha I um

einiges höher ist. Sie ist in der Lage, bis zu 50 Bilder in der Sekunde in Echtzeit zu

komprimieren und zu speichern. Piranha I ist nur in der Lage, 10 Bilder in der



30

Sekunde zu bewältigen. Bei Anschluss von drei Kameras können pro Kamera nur ca.

drei Bilder in der Sekunde komprimiert werden. Sollen noch zusätzlich andere

Kameras angeschlossen werden, ist die Anzahl der Frames pro Sekunde

dementsprechend noch geringer.



31

4.2 Versuchsaufbau

Abbildung 4-3: Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus

Die von den 3 Kameras erfassten Bildinformationen werden von der Video-

kompressionskarte Piranha II auf der internen Festplatte des Aufzeichnungsrechners

im Kofferraum gespeichert. Gleichzeitig werden über eine anderen Eingang (COM-

Port) des Rechners die Drucksensordaten gespeichert. Die Speicherung mit dem

gleichen Rechner hat den großen Vorteil, dass die Zeitinformationen der Videodaten

und Druckdaten exakt die gleiche ist, da beide den Systemzeitgeber des

Aufzeichnungsrechners verwenden. Deshalb bedarf es keiner zusätzlichen

Videokompressionskarte P II

Aufzeichnungsrechner im

Kofferraum des Fahrzeugs Drucksen-

sormatte COM

Wechselfestplatte

Auswerterechner im Labor

Erfassung der visuellen

Informationen durch 3 Kameras

Aufzeichnung durch Piranha II

Aufzeichnung der Drucksensor-

daten über das COM-Port

Übertragen der Daten auf die

Wechselfestplatte

Übertragen der Daten auf den

Auswerterechner und den

Server

Auswertung



32

Synchronisierung der Zeit der Daten. Ist der Versuch beendet, werden die Video-

und Druckdaten auf die Wechselfestplatte übertragen. Diese wird nun in den

Auswerterechner im Labor eingeführt, und alle Daten können direkt auf den Server

oder die Festplatte übertragen werden. Auf dem Auswerterechner im Labor ist die

Software iGuard RemoteView installiert, wodurch alle Werkzeuge von iGuard zur

Auswertung zur Verfügung stehen.

4.3 Aufzeichnung der Videodaten durch Piranha II

Abbildung 4-4: Die Videokompressionskarte Piranha II

4.3.1 Piranha II9

Mit der PC-Einsteckkarte „Piranha II“ (P II) der Firma Imaging Development Systems GmbH (IDS) ist die Aufzeichnung von Videosignalen direkt auf der Festplatte des

PCs ermöglicht. Diese für alle Bereiche der Sicherheitstechnik entwickelte Video-

kompressionskarte eignet sich sehr gut für Komfortuntersuchungen, da sie die

9 Quelle: Broschüre über Piranha/Piranha II der Firma IDS, Imaging Development Systems

GmbH,Obersulm, 2002.



33

Kapazität hat, bis zu sechzehn S/W- oder Farbkamerasignale gleichzeitig aufzu-

zeichnen. Der Anschluss dieser Kameras geschieht über ein Adapterkabel (Break-

Out-Kabel). Die P II besitz ein speziell für die Überwachungstechnik konzipiertes,

hochwertiges Eingangsteil, dass die Umschaltung der Eingänge mit der maximalen

Geschwindigkeit von 50 Umschaltungen pro Sekunde erlaubt. Das bedeutet, dass

bis zu 50 Bilder in der Sekunde gespeichert werden können. Bei Anschluss von drei

Kameras kann das aktuelle Bild jeder einzelnen Kamera bis zu sechzehn mal pro

Sekunde abwechselnd abgespeichert werden. Somit ist für jedes Kamerasignal

sechzehn Frames pro Sekunde gewährleistet. Diese Anzahl an Bildern pro Sekunde

ist ausreichend, um Bewegungsabläufe als solche zu erkennen.10

Die Bilder werden in einem komprimierten Format, dem Motion-JPEG-Format

gespeichert.11 Die M-JPEG-Kompression und Dekompression wird in Echtzeit

durchgeführt. Die Komprimierung der Videosignale ist hardwareabhängig, das

bedeutet, dass ein MJPEG-Prozessor der Firma Zoran die Komprimierung

durchführt. Die Belastung des Prozessors des Aufzeichnungsrechners liegt somit bei

höchstens 20%. Das spart Systemressourcen und ermöglicht somit die Benutzung

des Rechners für andere Anwendungen, wie z.B. für den Auswertealgorithmus der

Sitzdrucksensormatte (Abbildung 4-15, S. 51).

Es sind Kompressionsfaktoren zwischen 1:4 und 1:100 einstellbar, wobei der Faktor

Kompression mit den Faktoren Bildgröße und Farbtiefe für die Bildqualität und

Dateigröße der abgespeicherten Sequenzen verantwortlich ist. Nach der

Dokumentation der PII ergeben Kompressionsraten bis 1:20 sehr gute Ergebnisse.

Eine für das Auge verlustfreie Kompression wird bei Kompressionsfaktoren kleiner

1:10 erzielt.

10 Näheres zu Eigenschaften des menschlichen „Sehens“ finden Sie unter Psychooptik (S. 88)

11 Näheres zu Videokompression von Bewegtbildern im JPEG-Format finden Sie auf S. 93



34

Neben der hohen Anzahl von Videoeingängen besitzt die Videokompressionskarte

zusätzlich zwei analoge Videoausgänge. Diese sind zum Anschluss von

Videomonitoren konzipiert. Dadurch können auch Signale von der Festplatte wieder

zurück auf den Bildschirm geholt werden.

P II hat zwei verschiedene Informations-Overlay Speicherbereiche, um die aufge-

zeichneten Videosignale perfekt zu identifizieren. Zum einen kann ein gemeinsamer

Text für alle Kameras eingeblendet werden, zum anderen ermöglicht sie eine

individuelle Einblendung für jede Kamera. Die Lage und die Größe der

eingeblendeten Texte ist innerhalb des Videobildes frei wählbar. Diese Informationen

sind gemeinsam mit der Zeitinformation, dessen Grundlage die Systemzeit des PCs

ist, fest in die Videodaten integriert.

Für Steueraufgaben mit anderen Geräten wie zum Beispiel Alarmanlagen stehen auf

der Karte jeweils acht digitale Ein- und Ausgänge zur Verfügung. Zum Anschluss von

Alarmmeldern wie zum Beispiel Lichtschranken oder Bewegungsmeldern besitzt die

P II zusätzlich zu den acht digitalen Eingängen noch weitere sechzehn Alarm-

eingänge. Diese Eingänge lösen im PC Interrupts12 aus und melden dadurch

eingegangene Ereignisse.

Durch das mitgelieferte Software Development Kit (SDK) ist die einfache Integration

der Karte mit allen seinen Leistungsmerkmalen in selbst entwickelte Programme

ermöglicht. Die IDS-GmbH stellt hierfür eine Ansammlung von Funktionen zur

Verfügung. Einige Beispiele zur Programmierung und Anwendung dieser Funktionen

sind als ausführbare Programme und im C/C++ Quelltext im Lieferumfang enthalten.

12 Ein Interrupt ist ein Signal, das zum Prozessor gesendet wird und ihm meldet, ein Ereignis zu

behandeln.



35

Mit der zu der Hardware dazugehörigen Software iGuard steht ein sehr leistungsfähiger digitaler Bildspeicher und Auswertetoll zur Verfügung.

4.3.2 Eigenschaften der Software iGuard13

In diesem Abschnitt wird anlehnend an die Dokumentation ein Überblick über die

Funktionen der Software (SW) iGuard gegeben. Durch die Verknüpfung der SW

iGuard mit der PC-Karte P II entsteht ein digitales Videoaufzeichnungssystem, das

für die Überwachung von Räumen, Gebäuden, Produktionsstätten, sensiblen

öffentlichen Plätzen oder sicherheitsrelevanten Außenanlagen jeglicher Art entwickelt

worden ist. Es können bis zu 16 Kameras gleichzeitig aufgezeichnet werden. Das

System gestattet grundsätzlich zwei unterschiedliche Aufzeichnungsmodi, die auch

miteinander kombiniert werden können.

Die Langzeitaufzeichnung (4.3.2.3, S. 38) ist analog zu dem Betrieb eines herkömmlichen Videorekorders. Es besteht jedoch die Option zur Aufzeichnung „nur

bei Bewegung".

Bei der ereignisgesteuerten Aufzeichnung startet die Aufzeichnung nur bei Eintritt eines vorher definierten Ereignisses (auch Alarm bezeichnet). Bei Bedarf kann die

Vorgeschichte, die zeitlich vor Eintritt des Ereignisses war, mit aufgezeichnet

werden. Dies geschieht durch einen Ringspeicher (4.3.2.4, S. 39)

Das System ist durch die ereignisgesteuerte Aufzeichnung frei konfigurierbar und

erlaubt die Definition unterschiedlichster Alarm-Szenarien in Abhängigkeit von

Datum, Uhrzeit, angeschlossener Peripherie oder Umgebungsbedingungen.

13 Quelle: Broschüre über Piranha/Piranha II der Firma IDS, Imaging Development Systems GmbH,

Obersulm, 2002.



36

iGuard passt sich somit, sowohl in Bezug auf unterschiedlichen Alarmgeber (wie z.B.

Kameras, Lichtschranken etc.), als auch im Alarmfall zur Steuerung von

verschiedenen externen Geräten (wie z.B. Sirenen, Alarmanlagen, Beleuchtung etc.)

optimal an die vorliegenden Gegebenheiten an. Durch die Definition

unterschiedlicher Alarm-Szenarien besteht zusätzlich die Möglichkeit, die

Videoaufzeichnung konkret auf die jeweiligen Überwachungsaufgaben hin

einzurichten, und dadurch die Leistungsfähigkeit des Systems zu maximieren.

Ferner verfügt iGuard über eine durchdachte Benutzerverwaltung. Durch die

Vergabe von insgesamt 8 unterschiedlichen Benutzerrechten kann jedem Benutzer

individuell nach seinem Aufgabenbereich der Zugang zu bestimmten Funktionen

gewährt, zu anderen wiederum verweigert werden. Dies ermöglicht eine optimale

Anpassung der Rechte zwischen der VP, welche nur das Recht hat, die

Aufzeichnung zu starten oder zu stoppen und der Person, die für die Auswertung

zuständig ist.

Zusätzlich zum Programm iGuard sind im Lieferumfang auch die Programme iGuard

RemoteView und iGuardPlayer enthalten. Mit iGuard RemoteView besteht die

Möglichkeit, per Fernzugriff (über LAN oder ISDN) die Auswertung von

Videoaufzeichnungen vorzunehmen und live aus der Ferne Kamerabilder zu

beobachten. iGuard RemoteView fungiert hierbei als Client, der auf iGuard als Server

zugreift. Beim Betrieb von iGuard mit Wechselfestplatten wird durch iGuard

RemoteView die lokale Revision auf einem externen PC ermöglicht. Hierzu muss

iGuard RemoteView auf dem PC installiert sein. iGuard Player ermöglicht das

Abspielen von Videoaufzeichnungen oder exportierten AVI14-Sequenzen. Die von

iGuard erstellten Bilddateien haben die Endung .IGD und entsprechen dem AVI-

Dateiformat. Die in diesen Dateien gespeicherten Bilder haben die Auflösung

352x288 Pixel bei einer normalen Auflösung und 704x288 Pixel bei hoher Auflösung.

Die Auflösung ist durch den Benutzer zu bestimmen.

14 AVI steht für Audio Video Interleave, es ist ein Audio/Videoformat von WINDOWS.



37

4.3.2.1 Voraussetzungen

iGuard wurde für den Betrieb unter Microsoft Windows NT 4.0 entwickelt, wobei die

letzte Version 2.2 auch unter Windows XP läuft. Es ist jedoch mindestens ein 1000

MHz-Rechner notwendig. Die Bildschirmauflösung muss bei einer Farbtiefe von

15/16-Bit 1024x768 Pixel oder höher betragen. Die PC-Karte P II ist wie gewohnt in

eines der freien PC-Steckplätze des PCs zu installieren. Die Videodaten werden auf

lokale Festplatten aufgezeichnet, wobei aufgrund der großen Datenmengen

empfohlen wird, mit zwei Festplatten im UDMA-Modus15 zu arbeiten. Eine Festplatte

für das Betriebssystem und eine für die Videodaten, wobei der Einsatz von

Wechselfestplatten unterstützt wird.

4.3.2.2 Alarm-Szenario

Ein Szenario ist nach IDS eine Aufzeichnungsroutine, die durch einen Alarm bzw. ein

Ereignis ausgelöst wird und zusätzlich weitere Sonderfunktionen und Aktionen

enthalten kann. Die Auslösung eines Ereignisses kann durch ein Trigger-Signal an

einem Alarmeingang (Detektor) oder durch eine erkannte Bewegung (Videosensor-

Kamera) innerhalb einer zuvor definierten Maske () eines Kamerabildes erfolgen.

Ein Szenario beschreibt, welche Kameras mit welcher Priorität, Qualität und

Aufnahmerate aufgezeichnet werden. Weiterhin, welche Schaltausgänge und/oder

Sonderfunktionen als Aktion auf eintretende Alarme (wie z.B eine Sirene) aktiviert

werden sollen. Liegt ein Alarm vor, wird nach der zuvor definierten Dauer das

Szenario automatisch beendet und als Alarm im Logbuch (5.5.2.6) registriert. Jeder

Alarm, der die definierte Dauer überschreitet, wird als erneutes Szenario

abgearbeitet und ebenfalls neu registriert. Zur Definition eines Alarm-Szenarios sind

folgende Angaben notwendig:

15 Abkürzung für "Ultra Direct Memory Access", Sie erlaubt hohe Datenübertragungsraten durch

direkte Datenübertragung von Laufwerken oder Peripheriegeräten in den Arbeitsspeicher.



38

1. Wie heißt das Szenario?

2. Wodurch wurde das Szenario ausgelöst (durch welchen Alarmgeber)?

3. Welche Kameras sollen aufgezeichnet werden?

4. Mit welcher Aufnahmerate soll eine Kamera aufgezeichnet werden

5. Welche Schaltausgänge sollen bei Beginn des Szenarios aktiviert werden?

6. Mit welcher Auflösung sollen die Bilder aufgezeichnet werden?

7. Wie lange soll aufgezeichnet werden bzw. nach welcher Zeit ist das Szenario

beendet (Nachlaufzeit)?

8. Welche Kamera soll am Monitorausgang sichtbar sein?

9. Welche Priorität hat das Szenario?

Nachdem ein Szenario nach einer einstellbaren Nachlaufzeit abgelaufen ist, wird (je

nachdem welcher Aufzeichnungsmodus eingestellt ist) wieder eine neue

Ringaufzeichnung gestartet oder eine Langzeitaufzeichnung fortgesetzt.

4.3.2.3 Langzeitaufzeichnung

Die Langzeitaufzeichnung ist ein Aufzeichnungsmodus, bei dem, wie bei einem

herkömmlichen Videorekorder, so lange Videodaten auf die Festplatte gespeichert

werden, bis diese vollständig beschrieben ist. Danach beginnt das Überschreiben der

jeweils ältesten Bilder. Optional lassen sich Bilder bzw. Videosequenzen auch „nur

bei Bewegung“ aufzeichnen. Dadurch lässt sich viel Platz auf der Festplatte

einsparen, ohne dass wichtige Videodaten bzw. Ereignisse verloren gehen. Durch

Definition von Alarm-Szenarien steht eine ereignisgesteuerte Unterbrechung der

Langzeitaufzeichnung zur Verfügung. Jedoch wird hierbei die Vorgeschichte des

Alarms (Voralarm) nicht aufgezeichnet. Es startet dann das jeweilige Alarm-Szenario,

welches je nach Konfiguration verschiedene Reaktionen auslösen kann. Nach Ablauf

des Alarm-Szenarios wird wieder die Langzeitaufzeichnung an der Stelle fortgeführt,

an der sie unterbrochen wurde.



39

4.3.2.4 Ringaufzeichnung

Die Ringaufzeichnung ist ein Szenario, das abgearbeitet wird, wenn kein Alarm-

Szenario aktiv ist. Ring bedeutet dabei, dass die Aufzeichnung wie in einer Schleife

erfolgt, d.h. die Videoaufzeichnungen werden im Gegensatz zu einem Alarm-

Szenario ständig von neuem überschrieben (First in/First out Prinzip). Die Größe

eines Ring-Speichers bestimmt bei einer Ringaufzeichnung die Aufnahmedauer.

Nach Ablauf einer definierbaren Dauer werden die ältesten Bilder wieder

überschrieben. Daher sind unabhängig vom Zeitraum, in dem die Ringaufzeichnung

aktiv ist, immer maximal so viele Bilder gespeichert, wie durch die Ring-Größe

festgelegt sind. Soll keine Ringaufzeichnung durchgeführt werden, kann dies durch

Angabe der Dauer 0 bei der Definition der Dauer einer Ringaufzeichnung eingestellt

werden.

Tritt ein Alarm ein, wird die Ringaufzeichnung sofort beendet und das zu dem Alarm

gehörige Alarm-Szenario wird gestartet. Die Bilder der Ringaufzeichnung zeigen

somit immer die Vorgeschichte eines Alarms (Pre-Trigger). Die Ringaufzeichnung

nutzt einen Ringbuffer zur Aufzeichnung der Bilddaten. Für jede Kamera wird dabei

eine Datei angelegt. In jeder Datei werden bei der Ringaufzeichnung maximal 200

Bilder abgelegt. Wird eine Datei mit einem neuen Bild überschrieben, sind die

restlichen 199 alten Bilder nicht mehr lesbar. Bei Langzeitaufzeichnung sind Dateien

mit bis zu 500 Bildern möglich, bei Alarm-Szenarien bis zu 1500 Bilder.

4.3.2.5 Bewegungserkennung (Kamera als Videosensor)

Das letzte Bild einer Kamera wird laufend mit dem aktuellen Bild derselben Kamera

verglichen. Hat sich der Bildinhalt in einer vorher festgelegten Weise verändert,

erkennt iGuard eine Bewegung innerhalb des Bildes. Ob für eine Kamera eine

Bewegungserkennung durchgeführt werden soll, kann hierbei für jede Kamera

einzeln definiert werden. Eine Bewegungserkennung kann dazu verwendet werden,

ein Alarm-Szenario zu aktivieren und/oder nur dann ein Bild der Kamera zu

speichern, wenn sich der Bildinhalt geändert hat. In ersterem Fall wird die Kamera

als Alarmgeber eingesetzt. Letzteres hat zur Folge, dass deutlich weniger

Speicherplatz zur Aufzeichnung der Bilder benötigt wird, da nur solche Bilder



40

gespeichert werden, bei denen eine Änderung des Bildinhalts stattgefunden hat.

Parameter zur Bewegungserkennung werden für jede Kamera getrennt festgelegt.

Zudem können Bereiche des Videobildes definiert werden, die bei der

Bewegungserkennung nicht oder ausschließlich beachtet werden sollen. Somit

werden exakt die Bereiche definiert (wie z.B. Arme, Beine und Oberkörper der VP),

die für die Komfortuntersuchungen erhöhte Aufmerksamkeit erfordern.

Abbildung 4-5: Screenshot über die Einstellung der Bewegungserkennung

Folgend ist ein Abschnitt aus dem Benutzerhandbuch über die Einstellmöglichkeiten

der Bewegungserkennung zitiert:



41

“Parameter

Abbildung 6 Parametereinstellung im Konfigurationsmenu der Bewegungserkennung

Im Dialog der „Bewegungserkennung“ definieren Sie in der Gruppe „Parameter“ im

Feld „Empfindlichkeit“ den minimal erforderlichen Grauwertunterschied

(Schwellwert) eines Pixels, der bei der Differenzbildung zweier Halbbilder zur

Deklarierung eines „Bewegungspixels“ führen soll. Erlaubt sind Schwellwerte von

1 bis 30 Grauwertstufen.

Des weiteren definieren Sie im Feld „Objekt-Größe“ den prozentual notwendigen

Anteil an Bewegungspixel bezogen auf das Gesamtbild bzw. die festgelegte

Maske (Bildausschnitt), der zu einer Bewegungserkennung und damit Alarmierung

bzw. Aufzeichnung führen soll. Hierfür sind Werte zwischen 1 und 50 Prozent

möglich.

Maske

Abbildung 7: Maskeneinstellung im Konfigurationsmenu der Bewegungserkennung

Im Feld „Maske“ wählen Sie aus, ob die oben genannte Auswertung zur

Bewegungserkennung nur innerhalb einer definierten Maske durchgeführt werden

soll, so dass Bildbereiche für die Auswertung „ausgeblendet“ werden sollen oder

ob die Bewegungserkennung über das gesamte Bild durchgeführt werden soll



42

Nach dem Aktivieren der Maskenverwendung können Sie sowohl manuell als

auch automatisch Masken erstellen. Die automatische Erstellung von Masken

rufen Sie mit der Schaltfläche „Ermitteln“ auf. Automatische Erstellung bedeutet,

dass in dem Bereich des betreffenden Kamerabildes eine Maske gezeichnet wird,

in der Bewegung stattfindet. Dies geschieht für eine bestimmte Dauer, die Sie

rechts neben der Schaltfläche „Ermitteln“ in Sekunden angeben. Wollten Sie für

eine bestimmte Kamera als Maske beispielsweise genau den sichtbaren Abschnitt

einer Verkehrsstrasse festlegen, so wäre die Maske je dichter, je länger Sie die

Vorgangsdauer definiert hätten, da in einem größeren Zeitraum mehr Fahrzeuge,

sprich mehr bewegte Elemente registriert und somit als Maske angelegt würden.

Bewegung

Das Feld „Bewegung“ dient Ihnen zur Unterstützung bei der Einstellung des

Videosensors. Eine detektierte Bewegung wird optisch durch eine rote LED

angezeigt. Optional kann zu dieser Anzeige noch ein akustisches Signal

zugeschaltet werden. Ein kleines Diagramm zeigt zudem an, wie viele Punkte sich

verändert haben (als prozentualer Anteil der Gesamtpunktzahl des Bildes, bzw.

der Gesamtpunktzahl einer Maske). Sie werden über eine Zeitachse aufgetragen.

Eine waagerechte blaue Linie markiert dabei den Schwellwert der eingestellten

Objektgröße. Diese analoge Darstellung erlaubt eine komfortable Beurteilung der

eingestellten Videosensorik in seiner Wirkungsweise (Bewegung, Objektgröße,

Zeit).

Abbildung 8: Feld Bewegung im Konfigurationsmenu der Bewegungserkennung



43

Zeichnen

Abbildung 9: Maskenerstellung im Konfigurationsmenu der Bewegungserkennung

Das Feld „Zeichnen“ dient der Auswahl von Tools zur oben genannten manuellen

Maskenerstellung. Nachdem Sie das Kontrollkästchen „Darstellung“ aktiviert

haben, kann eine Maske manuell mit Hilfe eines Stiftes und der Definition von

verschiedenen Werkzeugen (Freihandlinie, Rechteck, Ellipse oder Polygon)

erstellt werden. Mit der Auswahl des Radiergummis können Sie manuell Bereiche

„ausblenden“.” [Benutzerhandbuch]

4.3.2.6 Logbuch

Alle aus dem laufenden Betrieb relevanten Meldungen, wie z.B. Alarmmeldungen,

Start und Stop von Aufnahmen, Benutzer-Login/Logout, Störungen usw. werden in



44

einem Logbuch protokolliert. Die Anzeige erfolgt am rechten Bildschirmrand in einem

eingeblendeten Fenster. Bei der Darstellung des Logbuchs werden die neuesten

Meldungen angezeigt, wobei die neueste Meldung immer am Listenanfang steht. Die

Ausgabe aller Meldungen erfolgt mit Datum und Uhrzeit (hh:mm). Kleine Symbole

vor den Meldungen kennzeichnen den Typ der Meldung (z.B. Alarm, Störung, Info).

Es werden alle Alarme protokolliert. Kann ein Alarm nicht in einem Szenario

behandelt werden, weil ein anderer Alarm mit gleicher oder höherer Priorität bereits

aktiv ist, wird dies im Logbuch ebenfalls festgehalten. Meldungen sind wegen der

Übersichtlichkeit durch kleine Icons in Gruppen eingeteilt. Die Gruppen können über

Filter getrennt dargestellt bzw. ausgeblendet werden.

4.3.2.7 Konfigurationsmodus

Im Konfigurationsmodus wird die Darstellung, Funktionalität und Bedienung der

Anwendung festgelegt.

Abbildung 10 Konfigurations-Fenster von iGuard



45

Weiterhin erfolgt hier die Hardware- und Szenariendefinition, durch die der komplette

Ablauf für Aufzeichnungen sowie die Reaktion auf eintreffende Alarme definiert wird.

Darüber hinaus werden im Konfigurationsmodus sämtliche Benutzer für das System

eingerichtet und Rechte bzw. Passwörter für diese Benutzer verwaltet.

In dem Dialogfeld Start/Stop der Anwendung kann festgelegt werden, ob zum Starten

des Programms eine Authentifizierung des Benutzers notwendig ist oder nicht.

Weiterhin kann festgelegt werden, ob iGuard sofort nach dem Start mit der

Aufzeichnung beginnt oder ob die Aufzeichnung der Kamerabilder manuell gestartet

werden muss.

Folgend ist das Dialogfenster Konfiguration der Kameras abgebildet. Hier können je

angeschlossener Kamera Bildparameter wie Helligkeit, Kontrast oder Farbsättigung

eingestellt werden. Auch besteht die Möglichkeit einen Test in das Bild einzublenden,

was Datum und Kameraname beinhalten kann. Das aktuelle Bild der Kamera ist in

der unteren Ecke zu beaobachten was die Einstellungen erheblich erleichtert.

Abbildung 11: Dialogfeld Start/Stop der im Konfigurationsmodus



46

Abbildung 12: Dialogfenster Kamera Konfiguration iGuard Konfigurationsmenu

4.3.2.8 Speicherbedarf (Kompression)

iGuard besitzt die Möglichkeit, den Speicherbedarf zweier unterschiedlicher

Auflösungen einzustellen, wobei natürlich jede Kamera zu einem Zeitpunkt nur in

einer Auflösung aufgezeichnet werden kann. Im Feld Speicherbedarf (Kompression)

erfolgt die Einstellung des Speicherbedarfs für jede Auflösung in KByte/Bild. Der

Wertebereich liegt zwischen 10 und 40 KByte/Bild für normale Auflösung bzw.

zwischen 20 und 80 KByte/Bild für hohe Auflösung. Die Größe der Datenkom-

pression ist gleichzeitig auch ein Maß für die Bildqualität. Je stärker komprimiert wird

(kleine Zahl), desto geringer wird die Bildqualität.



47

Abbildung 13: Konfiguration des Speicherbedarf und der Szenarien

Bei normaler Bildauflösung speichert iGuard ein Kamerabild mit einer Auflösung von

352x288 Bildpunkten ab, bei hoher Bildauflösung mit einer Auflösung von 704x288

Bildpunkten. Die Festlegung des Speicherbedarfs pro Bild bedarf einer genauen

Überlegung, da die beiden wichtigsten Kriterien, Auflösung der Bilder und

vorhandene Kapazität der Festplatte, optimiert werden sollten. Wann welche Kamera

mit welcher Auflösung aufgenommen wird, hängt von der Einstellung im jeweiligen

Szenario ab. Es besteht zusätzlich die Möglichkeit, für jede Kamera getrennt die

Bildparameter, wie Bildhelligkeit, Bildkontrast und Farbsättigung des Bildes

einzustellen.



48

4.3.2.9 Auswertung von Videoaufzeichnungen

Mit der Option Wiedergabe findet die Auswertung von Videoaufzeichnungen statt.

Sie baut auf einer extrem leistungsfähigen Datenbank auf und erlaubt ein schnelles

und komfortables Wiederfinden eingetroffener Alarme bzw. aufgezeichneter

Ereignisse. Eine Wiedergabe ist sowohl in der Applikation iGuard als auch per

Fernzugriff unter Verwendung des Programms iGuard RemoteView möglich.

Optional dazu können mit iGuard RemoteView auch Datenbanken ausgewertet

werden, ohne dass eine direkte Verbindung zum iGuard System vorhanden ist.

Hierfür müssen die beiden Datenbanken, Record- und Message-Datenbank, zur

Verfügung stehen. Dies ermöglicht den Betrieb von iGuard mit Wechselfestplatten,

welche mit iGuard RemoteView dann lokal ausgewertet werden können.

Über die Wiedergabe können Sie auf unterschiedliche Weise aufgezeichnete

Videosequenzen bzw. einzelne Bilder suchen. Die Suche kann entweder über das

Feld Logbuch oder über eine sogenannte Timeline-Darstellung erfolgen.

Die Timeline-Darstellung ist eine grafische Darstellung der aufgezeichneten Bilder

pro Kamera über einer Zeitachse. Für jede Kamera wird eine Zeile (Spur) dargestellt.

Wird mit der rechten Maustaste in die Timeline geklickt, öffnet sich ein Rechteck,

dessen Größe bei gedrückter rechter Maustaste mit der Maus geändert werden

kann. Durch dieses Rechteck lässt sich ein Zeit-Bereich markieren. Bei Loslassen

der rechten Maustaste wird ein Kontext-Menü angezeigt, mit dessen Hilfe der

Anwender bestimmen kann, welche Funktion auf den markierten Bereich

angewendet werden soll. Es stehen für einen bereits markierten Bereich drei

Funktionen zur Auswahl:

1. Ausschnitt vergrößern

2. Ausschnitt als AVI-Sequenz exportieren (bezogen auf die selektierte Kamera)

3. Aufzeichnungen löschen



49

Durch den Export von zusammenhängenden Videosequenzen als AVI-File besteht

die Möglichkeit, Filmsequenzen sowohl mit dem im Lieferumfang enthaltenen

Programm iGuard Player als auch mit Standard Multimedia-Playern (z.B. Windows

Media Player) wiederzugeben.

4.4 Sitzdrucksensormatte und Auswertalgorithmus

Ein zentraler Bestandteil der durchzuführenden Komfortuntersuchungen ist die

Sitzdrucksensormatte. Durch sie werden die von der VP auf den Sitz übertragenen

Drücke analog erfasst. Diese Druckdaten können nach einer Auswertung für die

Definition der Sitzposition der jeweiligen VP herangezogen werden. Durch die

zusätzliche Analyse des über das Videoaufzeichnungssystem erfassten Bildmaterials

können für die Definition der Sitzposition relevanten Faktoren ermittelt werden. Von

besonderem Interesse sind Strategien einzelner VP, die sie beim Sitzen zum

Druckausgleich gebildet haben. Die Frage, ob übergeordnete Strategien bei allen VP

sich herauskristallisieren, kann durch die parallele Auswertung der Drucksensor- und

Videodaten beantwortet werden. Doch das wichtigste für die Sitzkomfortunter-

suchungen sind lokale Druckspitzen, die von der VP auf den Sitz ausübt wird. Wie

hoch sind diese und sind sie über die Zeit hinweg immer an der gleichen Stelle oder

verschieben sie sich? Welche Bewegungen führt die VP durch, um diese Druck-

spitzen auszugleichen? All diese Fragen und auch die Frage, ob die lokalen

Druckspitzen aller VP über die Zeit hinweg miteinander korrelieren, können durch

diesen dynamischen Versuchsaufbau beantwortet werden.

Das System, bestehend aus einer Sensormatte und einem Auswertealgorithmus

wurde von der Firma International Electronics & Engineering (IEE) an die BMW

Group geliefert. Mit Ihrer Hilfe wird und wurden bestehende Insassenerkennungs-

Systeme in ihrem Funktionsspektrum erweitert. Die Matte ist direkt auf den

Schaumstoff des Sitzkissens aufgeklebt (Abbildung 4-14, S. 50). Somit verteilen sich

die 96 Drucksensoren auf der Sitzfläche und auf den Sitzwangen, und erlauben eine

vollständige Erfassung der Druckzustände auf dem Sitz.



50

Abbildung 4-14: Sitzdrucksensormatte

Die Druckdaten werden mittels eines A/D-Wandlers in eine digitale Form

umgewandelt und über einen Eingang (COM-Port) des Aufzeichnungsrechners auf

die Festplatte weitergeleitet. Die Speicherung und Verwaltung der Druckdaten wird

von dem Auswertealgorithmus erledigt. Dieser Algorithmus wurde speziell für das

Insassenerkennungssystem entwickelt. Es ist in der Lage den Unterschied zwischen

einer 5 Perzentil Frau und einem sechsjährigem in einem Kindersitz zu erkennen.

Zusätzlich ist auf der Benützeroberfläche des Algorithmus eine Grafik von der

Anordnung der Sensoren dargestellt, in der der Abdruck der jeweiligen Belegung im

Sitzkissen mit Angabe des Druckes abgelesen werden kann (Abbildung 4-15,

nächste Seite).



51

Abbildung 4-15: Benützeroberfläche des Auswertealgorithmus

Im unteren Bereich befinden sich zwei Fenster, die der Auswertung der gesammelten

Daten dienen. Des weiteren lassen sich Gewicht und Sitzposition der jeweiligen

Datensätze unter „POS“ und „Eccu“ hinzufügen.

Alle Drucksensoren können mit mindestens einem Zeitintervall von 300 ms

abgelesen werden. Somit beschränkt sich die maximale Datenrate auf 320 (96 x 3,3)

in der Sekunde. Dies entspricht einer minimalen Belastung der Rechnerressourcen,

was für die Videokompressionskarte Piranha II von großem Vorteil ist.

Die für die Insassenerkennung entwickelten Eigenschaften des Algorithmus können

bei der Auswertung der Druckdaten im Rahmen der Sitzkomfortuntersuchungen

Gebrauch finden. Somit steht durch dieses Sitzdruckerfassungssystem ein schon

getestetes und stabil laufendes Werkzeug zur Verfügung.



52

4.5 Installation des Aufzeichnungsrechners

Abbildung 4-16: Versuchsaufbau im Kofferraum des Versuchsfahrzeugs

Der Computer für die Aufzeichnung der Video- und Sitzdruckdaten befindet sich im

Kofferraum des Versuchsfahrzeugs. Alle Komponenten wurden auf eine

Befestigungsplatte aus Holz angebracht, damit ein schnelles Ab- und Aufbauen des

Versuchsaufbaus erreicht werden kann, soweit es notwendig sein sollte.

Befestigungsplatte

Aufzeichnungsrechner

Wechselfestplatte

Spannungswandler 12V>230 V



53

Bei dem Rechner handelt es sich um einen Intel Pentium 4, 1,7 GHz von dem

Hersteller Hewlett Packard mit einem Arbeitsspeicher von 256 MB. Es wird das

Betriebssystem Windows XP benützt. Zusätzlich ist eine Wechselfestplatte

eingebaut, um die entstandenen Daten mit einem geringem Aufwand auf einen

Analyserechner oder auf einen Server zu übertragen.

Der 17" TFT-Monitor ist auf Grund seiner flachen Baugröße ideal für den Einsatz im

Kofferraum geeignet. Der Rechner ist auf einem speziell dafür angefertigtem

Schaumstoff gelagert, damit die Festplatten eventuelle Stöße und Vibrationen ohne

Schaden überstehen. Starke Bänder, welche ihn mit der Holzplatte befestigen,

schützen vor starken Beschleunigungen auf horizontaler Ebene. Die

Funktionstüchtigkeit, auch bei stärkeren Stößen, wurde ausgiebig auf der

Teststrecke von der BMW AG in Aschheim sichergestellt.

Um jedoch die Komponenten im Fahrzeug betreiben zu können, bedarf es einen

Spannungswandler, der die 12-Volt-Spannung des Fahrzeugnetzes auf 220 Volt

wandelt. Dieser wurde zusätzlich konfiguriert, um eventuelle Ausfälle auf Grund von

erhöhten Temperaturen zu vermeiden. Hierfür wurde der Thermoschalter, welcher

bei einer zu hohen Betriebstemperatur des Spannungswandlers diesen automatisch

ausschaltet, ausgebaut. Hierdurch ist der zuverlässige Ablauf der Versuche auf jeden

Fall gewährleistet, solange der Spannungswandler funktionstüchtig bleibt.

4.6 Installation und Positionierung der Kamera

Abbildung 4-17: Kameratyp 1 und 2



54

Das Ziel war es, die Chipkameras so unauffällig wie nur möglich zu positionieren. Es

war jedoch keine leichte Aufgabe, da die zahlreichen Airbags in ihrem Wirkfeld nicht

eingeschränkt werden durften. Befände sich eine Kamera auf einem Airbag, würde

beim Auslösen des Airbags die Kameras eine Lebensbedrohung für die Insassen

darstellen.

Um die VP so wenig wie nur möglich zu beeinflussen, wurden zwei der drei

Chipkameras mit dem selben Stoff des Dachhimmel überspannt, um somit noch

weniger aufzufallen. Bei diesen zwei Kameras handelt es sich um Farbkameras mit

einem ¼ Zoll CCD-Aufnahmesensor. Diese haben einen integriertes Festobjektiv der

Grösse 3,6 mm, was einem horizontalen Blickwinkel von 54 Grad entspricht und 2,9

mm, was 70 Grad entspricht.

Kamera 1 befindet sich über dem Beifahrer und ist am Rahmen des Schiebedachs

mit einer Schraubenverbindung befestigt, wie es in der zu sehen ist

Abbildung 4-18: Position der Kamera 1 und seine Installation am Schiebedachrahmen

Kamera 1 erfasst vollständig die rechte Seite des Fahrers.



55

Abbildung 4-19:Position der Kamera 2

Kamera 2 befindet sich spiegelverkehrt zur Kamera 1 über dem Kopf des Fahrers.

Sie erfasst vollständig die linke Seite des Beifahrers. Die Versuche werden

gemeinsam mit einer anderen Abteilung, welche das Versuchsfahrzeug und die

Drucksensormatte zur Verfügung stellt, durchgeführt. Diese Abteilung ist im Rahmen

der Entwicklung von einem Sitzerkennungssystem an den Körperbewegungen des

Beifahrers interessiert.



56

Abbildung 4-20: Kamera 3

Abbildung 4-21: Position der Kamera 3

Kamera 3 erfasst den Hüft- und Beinbereich des Fahrers. Es handelt sich hierbei

auch um eine Chipkamera mit einem ¼ Zoll Aufnahmesensor. Ihre Abmessungen

sind 31mmx31mmx16,5 mm. Ihre Position ist direkt über dem Rückspiegel. Sie ist

sehr unauffällig in den Himmel des Versuchfahrzeugs eingebaut (Abbildung 4-21, S.

56). Nur ein Loch verrät ihre Position. Insgesamt stehen drei Objektive mit

unterschiedlichen horizontalen Blickwinkeln zur Verfügung. Diese können bei Bedarf

ausgewechselt werden. Es wurde ein anderer Typ von Chipkamera verwendet, da

dessen Form an dieser Position besser geeignet ist.

Kamera 3

VERSUCHSDURCHFÜHRUNG


57

5 Versuchsdurchführung

Wie ist der Tatsächliche Versuch durchgeführt worden.

Was kam dabei raus?

Was für Wissen (Vp und allgemein) brauche ich um die Arbeit durchzuführen?

(Was kann man mit dem System anfangen?>hab ich schon unter Piranha 4.3.!!)

Was wurde mit dem System angefangen?

Brauche Screenshots der Auswertung:

-Alarme und Szenarein

-Timeline-Übersichten

Alle Grafiken Be-Rahmen

Welche Einstellungen wurden getroffen bei der Kon

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Konzipierung und Umsetzung eines Videoerfassungssystems in ... 1 Yasin Akgün-Ergonomie B… · Hierbei wird der Vorgehenszyklus nach Ehrlenspiel als Problemlösungs-Methode angewandt