Bewegungsanalysen werden am häufigsten im Bereich der Sportmotorik eingesetzt. Hier geht es primär darum, Bewegungsabläufe zu erlernen, zu trainieren und zu optimieren. Das betrifft sowohl Einzel- als auch Mannschaftssportarten wie auch Sportarten mit Geräten bzw. Tieren.

Die Anwendungen sind sehr vielseitig. Mithilfe von Zeitlupenstudien optimieren Schwimmer den Delfinschlag nach der Wende, trainieren Pferd und Reiter eine harmonische Reitweise oder optimieren Leichtathleten ihren Weitsprung.

Die Bewegungsanalyse wird auch für die Entwicklung und Prüfung von Sportgeräten und -artikeln verwendet. Das Video rechts zeigt einen Golfschlag, der mit der MotionBLITZ EoSens® mini1 aufgenommen wurde. Ziel dieser Hochgeschwindigkeitsaufnahme ist es, den Schläger optimal auf die Bewegung des Spielers einzustellen.

Der Schlägerkopf kann eine Geschwindigkeit von bis zu 200 km/h erreichen. Um alle Details zu erfassen, muss eine ausreichend hohe Bildrate eingestellt werden. Die Aufnahme entstand mit einer Bildrate von 2.009 Bildern pro Sekunde und einer Auflösung von 528 x 518 Pixeln. Weitere Informationen zur Schwunganalyse erhalten Sie in diesem Anwenderbericht

Auch in der Medizin wird die Bewegungsanalyse häufig eingesetzt, besonders im Bereich der Rehabilitation. Ärzte und Therapeuten machen Bewegungs- oder Gangstörungen sichtbar und können daraus Maßnahmen für eine gezielte Therapie ableiten. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen helfen ihnen dabei, individuelle Trainingspläne zu entwickeln, Hilfsmittel wie Einlagen, Orthesen und Prothesen optimal einzustellen oder die Erfolgsaussichten einer orthopädischen Operation zu beurteilen.

Die passende Kamera für jede Bewegungsanalyse finden

Das Herzstück jedes Bewegungslabors ist die Hochgeschwindigkeitskamera. Oft werden für die dreidimensionale Auswertung mehrere synchron laufende Kameras eingesetzt. Um optimale Analyseergebnisse zu erzielen, gilt es bei der Auswahl der Kamera einige wichtige Punkte zu beachten. Entscheidende Parameter sind die notwendige Bildrate, die gewünschte Auflösung und die erforderliche Aufnahmedauer. Weitere wichtige Kriterien sind die Handhabbarkeit und die Integrationsmöglichkeiten der Hochgeschwindigkeitskamera.  

Hohe Bildraten

Die notwendige Bildrate ergibt sich aus den Anforderungen des zu analysierenden Bewegungsablaufs. Eine Ganganalyse erfordert beispielsweise eine niedrigere Bildrate als die Analyse des Vorhand-Stopps beim Tennis. Insbesondere im Leistungssport werden Bewegungsabläufe oft sehr schnell ausgeführt. Um die Vorgänge im Detail aufzulösen, muss hier die eingesetzte Hochgeschwindigkeitskamera eine ausreichend hohe Bildrate von mindestens 500 Bildern pro Sekunde liefern.

Die Hochgeschwindigkeitsaufnahme links zeigt den Golfschlägerkopf beim Aufschlag. Das ist der für die Analyse kritische Moment des Impacts. Er entscheidet über Abfluggeschwindigkeit, Abflugrichtung und den Drall. Hier konnte wegen des kleinen Bildbereichs die Auflösung auf 832 x 172 Pixel reduziert werden. Damit erreichte die MotionBLITZ EoSens® mini1 eine Bildrate von 4.188 Bildern pro Sekunde.

Hochpräzise Auflösung

Für die Schärfe und den Detailgrad der Aufnahmen ist die Auflösung entscheidend. Auch diese Größe hängt von den jeweiligen Anforderungen ab: Bei gleicher Detailschärfe erfordern beispielsweise Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Beinprothesen eine höhere Auflösung als die Aufnahmen von Fußprothesen.

Diese Zeitlupenaufnahme wurde mit der MotionBLITZ EoSens® Cube6 erfasst. Bei einer Auflösung von 1.280 x 1.024 Pixeln wurde mit 150 Bildern pro Sekunde aufgenommen. Die Aufnahme zeigt einen Jetski Fahrer bei einem 180° Manöver.

Die MotionBLITZ EoSens® mini2 bietet eine Auflösung von 1.696 x 1.710 Pixeln und liefert so bei einer maximalen Aufnahmegeschwindigkeit von 523 Bildern pro Sekunde gestochen scharfe Bilder. Dabei verhält sich die Auflösung proportional zur Aufnahmegeschwindigkeit.

Passende Aufnahmedauer

Da der gesamte zu analysierende Bewegungsvorgang in den Speicher der Kamera passen muss, ist die Aufnahmedauer bei der Auswahl der Kamera ein weiteres entscheidendes Kriterium. Wird zum Beispiel ein kompletter Hindernislauf aufgezeichnet, ergeben sich andere Anforderungen, als wenn nur der Start aufgenommen wird. Grundsätzlich sollte sich dabei die Kamera immer nach der definierten Versuchsanordnung richten – und nicht umgekehrt die Kamera den Versuchsablauf beeinflussen oder gar definieren.

Speicherkameras bieten Aufnahmedauern zwischen 2 und maximal 15 Sekunden. Die MotionBLITZ® Cube zeichnet bei voller Auflösung und Geschwindigkeit bis zu 13 Sekunden auf. Für eine längere Aufnahmedauer kann die Bildrate und/oder die Auflösung reduziert werden. Für eine Aufnahmedauer von 30 Sekunden kann zum Beispiel eine Auflösung von 100 x 800 Pixeln und eine Bildrate von 300 Bildern pro Sekunde eingestellt werden. Werden längere Aufnahmezeiträume benötigt, bietet MIKROTRON Langzeitrekordersysteme an, die mehrere Minuten bis Stunden aufzeichnen können.

Diese Unterwasseraufnahme zeigt eine Turmspringerin beim Eintauchen. Dabei ist die richtige Haltung entscheidend: Ein Springer sollte senkrecht ins Wasser tauchen und sich nicht mehr in den letzten Zügen einer Rotation befinden. Aufgenommen wurde mit der MotionBLITZ EoSens® Cube6 mit 718 Bildern pro Sekunde und einer Auflösung von 1.280 x 720 Pixeln. Mit diesen Einstellungen ist eine Aufnahmedauer von 3,25 Sekunden möglich. Die Kamera wurde mit der Hand geführt.

Kompakte Handhabbarkeit

Entscheidend für die Auswahl der richtigen Kamera sind sicherlich in erster Linie ihre Leistungsmerkmale. Dennoch kann auch die Bauform ein wichtiges Kriterium sein: zu große Hochgeschwindigkeitskameras können das Handling erschweren und die Einsatzmöglichkeiten reduzieren, insbesondere wenn wenig Platz für die Kamera zur Verfügung steht. Gleichzeitig ist die Baugröße der Kameras eine Eigenschaft, die sich oft erst im Feld bemerkbar macht: Wer zum Beispiel auf dem Trainingsgelände alle Abläufe eines Stabhochsprungs aufzeichnen möchte, braucht eine Hochgeschwindigkeitskamera, die sich flexibel und schnell einsetzen lässt. Verwirrende Kabel oder unhandliche Geräte behindern die Konzentration auf die eigentliche Aufgabe und sind daher zu vermeiden. MIKROTRON bietet hier kompakte Systeme mit idealen Baugrößen von 65 x 65 x 65 mm bis 200 x 200 x 350 mm an.

Das Zeitlupenvideo links zeigt einen Hochspringer beim kritischen Absprung. Im Absprung muss der Springer die horizontale in vertikale Geschwindigkeit umsetzen und die Rotation für die Lattenüberquerung einleiten. Die Bildsequenz entstand innerhalb von 1 ¾ Sekunden und besteht aus insgesamt 1.764 Bildern. Aufgenommen wurde mit der MotionBLITZ® Cube1 bei einer Auflösung von 640 x 512 Pixeln. Dank kompakter Größe ist die Kamera auch im Feld flexibel einsetzbar.

Die Hochgeschwindigkeitskameras Cube und eosens TS3 von MIKROTRON können auch ohne Netzteil bis zu einer Stunde batteriebetrieben komplett autark betrieben werden. Außerdem haben die Kameras einen internen SSD Speicher, auf dem alle Daten bis zur finalen Sichtung gespeichert werden können. So kann zum Beispiel die eosens TS3 auch ohne Verbindung zu einem Computer bis zu 13 Sekunden bei voller Auflösung und Geschwindigkeit aufzeichnen.

Auch die mitgelieferte Software ermöglicht den unkomplizierten Einsatz der Kameras. Sie überzeugt durch gut umgesetzte und intuitive Workflows, gut erkennbare Funktionen und leicht bedienbare Elemente. Zudem bietet sie die Möglichkeit, mehrere Kameras zu synchronisieren, so dass gleichzeitig aufgenommen werden kann. Die Software lässt sich ohne hohe Anforderungen an die Hardware leicht auf allen Rechnern installieren und betreiben.

Verschiedene Schnittstellen

MIKROTRON Hochgeschwindigkeitskameras werden mit C- oder F-Mount Objektiv-Anschluss ausgeliefert. Der C-Mount bietet die meisten Optionen, um auch spezielle optische Systeme, wie zum Beispiel Endoskope oder telezentrische Objektive zu adaptieren. F-Mount-Objektive bieten auch bei Brennweiten über 50 mm eine besonders gute Abbildungsqualität.

Offene Schnittstellen an den Kameras ermöglichen es auch eigene optische Systeme zu verwenden. So lassen sich zum Beispiel Fotoobjektive, Zoomobjektive und Mikroskope problemlos anschließen.

Darüber hinaus sind sämtliche MIKROTRON Kameras mit einem Triggereingang ausgestattet. So muss man nicht unmittelbar neben der Kamera stehen, um die Aufzeichnung zu starten, sondern kann sie bequem über einen Trigger auslösen. Daneben bieten die Modelle noch Schnittstellen für eine parallele Aufzeichnung von analogen und digitalen Signalen an.

Umfangreiches Portfolio

Bei der Auswahl der passenden Kamera für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Bewegungsabläufen spielen mehrere Parameter eine entscheidende Rolle. Dazu gehören die Bildrate, die Auflösung und die Aufnahmedauer, aber auch die Handhabbarkeit, die Nutzerfreundlichkeit und die Flexibilität der Kamera. Ebenso gilt es, die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Aufgabe zu berücksichtigen. Das Produktportfolio von MIKROTRON bietet hier je nach Priorität des einzelnen Parameters verschiedene Optionen und damit für jede Aufgabe eine passende Lösung.