Die Erde hat viele verschiedene künstliche Satelliten, welche diese auf verschieden Umlaufbahnen umkreisen. Der bekannteste von diesen ist die Internationale Raumstation ISS welche die Erde auf einer höhe von 400 KM mit einer umlauf zeit von ca. 90 Min umrundet. Das Ihnen sicher bekannte RAMOTS hat sich eigentlich aus dem Ziel entwickelt die ISS bei einem Überflug tracken zu können, bei solchen welcher mittels des Joysticks des RAMOTS getrackt wird entsteht nicht nur viel Adrenalin, bei der Crew, sondern auch 50 Gigabyte Videodaten das entspricht 20.000 bis 30.000 Einzelbildern. Aus diesen sind für spätere Bearbeitung die besten zu finden, bei einem einzelnen Überflug kann das bei konzentrierten arbeiten bis zu eineinhalbstunden in Anspruch nehmen, bis jedes Bild gesichtet und subjektiv bewertet worden ist.
Diese Arbeit kann bei bis zu 2 Überflügen pro Nacht nicht mehr Händisch gemacht werden, das Ziel des Projekt war es ein Computerprogramm zu entwickeln, welches diese Bewertung automatisch und objektiv durchführen kann.
Hierfür musste zu erst ermittelt werden wie sich eine gute ISS definiert im vergleich zu einer schlechten, z.B. das eine große scharfe ISS besser ist als eine kleine unscharfe:
in Ursensollen durch Ramots Fahrer Markus Kohler, während der Deutschlandtour)
Für den Menschen ist im direkten vergleich direkt ersichtlich welches das bessere und welche das schlechte Foto ist, für den Computer leider nicht, hier müssen also Parameter wie Größe und Schärfe durch Zahlen erfasst werden um eine gute ISS von einer schlechten unterscheiden zu können. So kann jedem Bild eine Punktzahl (Score) geben werden. Desto größer dieser ist desto besser ist das Bild, objektiv gesehen.
Ermittlung des Scores
Größe der ISS
Um die Größe der ISS zu erfassen muss als erstes herausgefunden werden wo sich die ISS innerhalb eines Bildes befindet, hier für wird sich zu nutzen gemacht, dass die ISS in der Regel das hellste Objekt im Bildausschnitt ist. Also kann mittels des HSV Farbraum nach der Helligkeit der Pixel gefiltert werden und alle Pixel die heller sind als ein Grenzwert als ISS verwendet werden, mit dieser Pixelmaske kann nun ein Rechteck um die ISS gesetzt werden die Bemaßungen dieses sind entsprechen dem Größenscore.
Fahrer Markus Kohler, während der Deutschlandtour, künstliche Darstellung erstellt durch Matthias Fuchs)
Schärfe der ISS
Nach dem die Größe der ISS klassifiziert worden ist muss die schärfe dieser ebenfalls bewertet werden. Hierfür wird eine leichte Unschärfe auf das Bild angewendet um die Effekte von rauschen zu negieren (Diese Unschärfe ist um Magnituden kleiner als die Unschärfe der ISS beim Überflug). Nun kann über das ganze Bild das Gradientenfeld gebildet werden, aus diesem kann die Magnitude des Gradientes berechnet werden. Diese kann als als Score der Schärfe verwendet werden
Finaler Score
Der finale Score wird als gewichtete Summe der beiden Scores berechnet, hier war sehr viel Optimierungsarbeit zu tuen um die Gewichtungen so zu finden, dass am ende auch wirklich die besten ISS Bilder gefunden werden können.
Fehlerfälle und Randfälle
Hotpixels
Hotpixels sind Pixel welche Aufgrund von rauschen und/oder fehlerhaften Kameraeinstellungen deutlich über dem Rausch Niveau der Kamera liegen können, diese werden folglich als teil der ISS erkannt und können so die Score der Größe künstlich und unproportional verschieben deswegen müssen diese gefiltert werden.
Diese Filterung geschieht durch die Verwendung des Unterschieds zwischen einem künstlich unscharfen Bild und dem Originalbild ist dieser unterschied für einen gewissen Pixel größer als ein Grenzwert wird dieser als Hotpixel klassifiziert. Diese Hotpixel werden dann durch den durchschnittlichen wert der Nachbarpixel ersetzt.
während der Deutschlandtour, künstliche, vereinfachte und überspitzte Darstellung erstellt durch Matthias Fuchs)
Rolling-Shutter
Rolling-Shutter kann immer dann entstehen, wenn ein Objekt sich sehr schnell bewegt und somit scheint dieses an einer anderen Position in dem einem teil des Bildes zu sein als in einem anderen Teil.
während der Deutschlandtour, teil der Programmausgabe erstellt durch Matthias Fuchs)
Dieser Lagefehler könnte theoretisch korrigiert werden aber da diese relativ selten auf treten werden diese aktuell einfach mit einen gesamt Score von 0 bewertet. Erkannt wird der Rolling-Shutter wenn der Maximal Kumulativegradient entlang einer der beiden Achsen um ein vielfaches größer ist als entlang der anderen Achse.
Einachsige Unschärfe
Wenn beim Tracking der ISS der Joystick, da aktuell händisch getrackt wird, minimal verzogen wird kann dies zu einer extremen einachsigen Unschärfe entlang der bewegungs Achse des Joysticks führen.
Kohler, während der Deutschlandtour, teil der Programmausgabe erstellt durch Matthias Fuchs)
Da diese Fehler mit besseren Tracking nicht mehr auftreten sollten und allgemein sehr selten sind werden diese aktuell weder erkannt noch korrigiert.
Ergebniss
Mit dem entwickelten Programm kann ein vollständiger ISS Überflug innerhalb von 20 Minuten durch bewertet und für spätere Analyse vorbereitet werden. Somit kann für die Jugendgruppe viel zeit gespart werden die für andere Projekte investiert werden kann.
