info@openscience.ru (+7 910) 422-90-77 RPC OpenScience Ltd Home >

Видеозапись и видеотрекинг : вопросы и ответы

Необходима ли видеосъёмка поведенческих экспериментов?

Ответ - однозначно, да. Тому есть несколько причин:

- Видеозапись можно посмотреть столько раз, сколько требуется для правильного распознавания элементов поведения. Сегодня вас интересует, к примеру, только двигательная активность, а через месяц или год понадобится хорошая статистика по замиранию и грумингу. Нет нужды лишний раз ставить эксперименты с животными, когда под рукой есть архив видеозаписей.

- На видеозапись можно взглянуть "другими глазами" - её несложно показать коллеге, даже если он находится за океаном. По видеозаписи можно научить или научиться правильно интерпретировать поведение.

- Видеозапись можно замедлить при воспроизведении - эта возможность неоценима, когда человек не успевает замечать всё, что делает животное. С крысами и мышами это обычная ситуация. А можно и ускорить, просмотрев за час суточную запись.

- Поведение на видеозаписи можно проанализировать вручную, используя компьютер в качестве удобного секундомера. Разумеется, с возможностью замедления или ускорения. Специально для этой цели мы написали программу RealTimer, она бесплатна, загружайте с нашего сайта и пользуйтесь.

Что такое автоматизированный анализ поведения животного (компьютерный видеотрекинг) и необходим ли он?

Главный компонент системы видеотрекинга - компьютерная программа, которая анализирует записанное на видео поведение животных. Как правило, кроме анализа уже готовых видеофайлов, эта программа может напрямую работать с подключенной к компьютеру видеокамерой. Иногда в систему видеотрекинга, кроме самой программы, включают компьютер, на котором она работает, а также видеокамеру и освещение.

В некоторых тестах, таких как водный лабиринт Морриса и лабиринт Барнс, видеотрекинг необходим, без него невозможно корректно выполнить эти тесты. Мы стараемся отмечать это в описании методик на нашем сайте.

Многие другие поведенческие тесты можно анализировать вручную, без применения видеотрекинга, однако с ним обычно выходит удобнее и точнее.

Что может и чего не может система видеотрекинга?

- В первую очередь она предназначена для оценки перемещений животных в одной плоскости. Если речь идёт о лабораторных поведенческих методиках для грызунов, то это будет горизонтальная двигательная активность. Программа может рассчитывать пройденный путь, скорость и, в качестве производной от скорости, ускорение. Анализируя траекторию движения, можно посчитать повороты и смены направления.

- Есть системы, которые умеют работать с двумя и более видеокамерами и осуществлять трехмерный трекинг, но наименее дорогие коммерческие программы на это не рассчитаны.

- В программе видеотрекинга можно поделить всю арену или лабиринт на несколько зон и автоматически учитывать время, проведенное животным в той или другой зоне.

- Обычно (но не всегда) программа видеотрекинга может одновременно работать с несколькими аренами в одном видеокадре. Эта возможность бывает полезна, когда арены невелики по размеру и нужно работать с большими экспериментальными сериями.

- Некоторые программы видеотрекинга могут следить за несколькими животными в пределах одной арены и даже регистрируют их контакты друг с другом. Идентифицировать животных в этом случае можно, например, по нанесенной цветовой метке.

- Чаще всего программа видеотрекинга воспринимает тело животного как единое пятно (без деления на морду, лапы и хвост) и рисует траекторию (трек) вслед за перемещением геометрического центра этого пятна. Некоторые программы умеют различать нос и хвост у крыс, мышей и, реже, у других животных, но и они, бывает, ошибаются.

- Программа видеотрекинга не умеет автоматически выделять стойки, груминг, чесание, жевание и тому подобные формы поведения. С недавних пор умеют. Если вас это интересует - обратите внимание на модули распознавания поведения крыс и мышей в программе Noldus EthoVision XT. Для качественного распознавания очень важно правильное освещение.

- Для корректной работы видеотрекинга качество видеозаписи должно быть хорошим. Оно зависит от типа видеокамеры, в не меньшей мере - от выбранного формата видеофайла, но сильнее всего на качество видеозаписи влияет освещение. Скорее всего, программа не увидит черную мышь на черном фоне или белую крысу - на белом, даже если человек без труда различит и то, и другое. Программе будет очень сложно следить за животным, плывущем в водном тесте Морриса, если на поверхности воды будут "плясать" блики от неправильно установленного освещения. Программа может ошибиться, если в кадре неожиданно появится экспериментатор, или на пол арены вдруг упадёт его тень.

Сколько стоит система видеотрекинга и где её купить

Коммерческие программы видеотрекинга зарубежной разработки стоят сравнительно дорого - можно ориентироваться на 300 или более тысяч рублей. Некоторые из них можно приобрести у нас. Если есть возможность прямой оплаты за рубеж - можно заказать у производителя.

Попытки разработать недорогую систему видеотрекинга неоднократно предпринимались, в том числе и в нашей стране. Мы стараемся следить за ситуацией, однако пока не видели ни одной надежно работающей программы, которая вышла бы за пределы разработавшей её лаборатории и которую мы могли бы рекомендовать нашим заказчикам. Если вам известна такая система - поделитесь этим знанием с нами, а мы, в свою очередь, постараемся донести его до наших покупателей. Потребность в недорогой, но надежно работающей программе для видеотрекинга в нашей стране есть, и она велика.

Нельзя ли обойтись чем-нибудь попроще и подешевле или вообще бесплатным?

При нетребовательности к удобству программы и наличии энтузиазма - можно.

Ниже перечислены несколько проектов создания бесплатной программы для видеотрекинга:

SwisTrack http://sourceforge.net/projects/swistrack/

OpenControl http://sourceforge.net/projects/opencontrol/

EthoWatcher http://www.ethowatcher.ufsc.br/

ImageJ ( http://rsbweb.nih.gov/ij/) с плагинами MtrackJ, Multitracker или ParticleTracker

BioTrack http://www.bio-tracking.org/category/software/

Ctrax http://ctrax.sourceforge.net/ (для трекинга дрозофил)

SOS-track http://sourceforge.net/projects/sos-track/

В дополнение можно порекомендовать программы, которые не делают трекинг сами, но позволяют обрабатывать данные треков, подготовленные в других программах:

http://www.dpwolfer.ch/wintrack/

http://jaaba.sourceforge.net/

Какую видеокамеру предпочесть?

Зависит от экспериментальной задачи. Для стационарной установки в лаборатории мы бы рекомендовали профессиональную высокочувствительную аналоговую или цифровую камеру, для съёмок в полевых условиях лучше подойдёт бытовая видеокамера. Нет ничего зазорного в том, чтобы и в лаборатории снимать на бытовую камеру, пока дело не доходит до больших арен в сочетании с низким потолком (бытовым камерам часто не хватает ширины угла обзора, чтобы охватить всю арену) или съёмки в инфракрасном спектре.

В последнее время мы всё чаще рекомендуем и в лаборатории, и в поле применять для видеосъёмки зеркальные фотокамеры. Они позволяют записывать видео высокого качества, пригодное для дальнейшей обработки. Единственное ограничение (маркетинговое, не техническое) в том, что длина одного непрерывного ролика не превышает 30 минут.

Можно ли применить веб-камеру?

Веб-камеры бывают очень разными, но обычно такой вопрос подразумевает желание сэкономить. При всём нашем уважении к этому желанию, рекомендовать дешевую веб-камеру для серьёзной работы мы не можем. Основных причин две:

- У недорогих веб-камер оптика даёт сильные искажения ближе к краям кадра. Из-за этого все треки (если используется видеотрекинг) будут также заметно искажены, и в оценку пройденных животным расстояний будет вноситься систематическая погрешность.

- Веб-камеры, как правило, не выдерживают четко интервал времени между отдельными кадрами и могут даже пропускать кадры. К примеру, при записи был задан режим 25 кадров в секунду, а видеокамера за секунду сделала и передала в компьютер 23 кадра. При обработке записи компьютер будет отсчитывать ход времени эксперимента по кадрам, что приведёт к неизбежной ошибке при оценке скорости перемещения животного, времени нахождения в разных зонах арены и т.п.

Как подвесить видеокамеру сверху над ареной?

Есть три варианта:

- На кронштейне, прикрепленном к потолку

- На телескопическом штативе, прикрепленном к стене (по нашей оценке, самый удобный и универсальный вариант)

- На штативе-журавле, стоящем на полу

Последние два варианта мы предлагаем в составе видеосистем из нашего каталога

Как правильно сделать освещение поведенческой арены?

Этот вопрос не имеет единственного ответа, поскольку разные поведенческие методики требуют различного освещения. Наиболее общая рекомендация, которую здесь можно дать - освещение должно быть рассеянным, не из единственного яркого источника, и по возможности с регулируемой интенсивностью. Хорошо работает переотражение света от белого матового потолка. Самый правильный путь - посоветоваться со специалистами или заказать у них систему освещения. У нас, например.

Какой компьютер нужен для работы с видеозаписями?

Очень жестких требований к конфигурации мы обычно не даём - за время, пока мы поставляем видеосистемы, сменилось уже два-три поколения компьютеров, и все они были адекватны.

Есть всего несколько важных требований:

- Настольный компьютер:

Жесткий диск - побольше, можно несколько дисков. Меньше 1 Тб суммарно лучше не ставить. 2 Тб и больше - хорошо. Все диски помедленнее и потише.

Видеокарта - либо без вентилятора (только с радиатором), либо даже стоит предпочесть видеочип, встроенный в материнскую плату.

Охлаждение - как можно тише. Большие вентиляторы, замедленное вращение. Лучше не использовать адаптивную подстройку скорости вращения, когда вентилятор разгоняется в зависимости от нагрузки на процессор. Лучше сэкономить на чем-то другом, но взять хорошо охлаждающийся корпус с тихим блоком питания.

На материнской плате - интерфейсы FireWire (IEEE1394) и Gigabit Ethernet. Если нет - то адаптеры с такими портами. Мы нередко подключаем видеокамеры по этим интерфейсам, это удобно. В случае, если вы заранее знаете, что камера будет подключена иначе (например, по USB), это требование теряет смысл.

Мы обычно комплектуем компьютер беспроводными клавиатурой/мышью, по возможности компактными (есть хорошие у Logitech).

- Ноутбук:

Как можно холоднее и тише, емкость диска как можно больше. Порты FireWire и/или Gigabit Ethernet (см. выше).

Большая часть перечисленных выше требований - ради низкого и по возможности равномерного шума, поскольку компьютер часто ставят в той же комнате, где проводят тесты с животными. На самом деле, это неправильно, и если у вас есть возможность вынести его в соседнюю комнату (протянув через стену необходимые провода) или хотя бы заслонить его перегородкой или ширмой - обязательно сделайте это. Компьютеры издают множество звуков в ультразвуковом диапазоне. Мы почти не слышим их, чего нельзя сказать о крысах и мышах - они довольно хорошо слышат ультразвук.

Если есть запас по бюджету, то купите ёмкий внешний жесткий диск или несколько таких дисков или даже сетевое хранилище. При работе с видео они точно не будут лишними. В целом, постарайтесь продумать, как будет храниться архив видеозаписей экспериментов. Как показывает практика, эти записи стоит хранить.

Объём необходимого пространства можно попытаться прикинуть заранее. Один час видеозаписи в формате DV (достаточно качественный формат видео с небольшой степенью сжатия, "родной" для нашей аналоговой видеосистемы) занимает около 12 Гбайт. Более сильно сжатое видео занимает в 2-5 раз меньший объём.

Можно ли снимать поведение животных в темноте?

В полной темноте - нельзя. Но можно сделать подсветку в инфракрасном диапазоне, которую не увидят ни человек, ни многие животные (лучше предварительно выяснить, не воспринимают ли в ИК-диапазоне именно те животные, с которыми вы работаете). Видеокамеры (исключая большую часть бытовых) прекрасно "видят" в инфракрасном спектре.

Как заснять животное одновременно с двух ракурсов: сверху/снизу и сбоку?

Самый очевидный путь - использовать две видеокамеры. Трудности в этом случае, возможно, подстерегают на этапе обработки записи, поскольку две записи нужно как-то синхронизировать по времени.

Второй путь, который может оказаться и проще, и дешевле - сделать одну из стенок арены, в которой находится животное, прозрачной, и поставить рядом наклоненное под углом около 45 градусов зеркало. Видеокамера, смотрящая на арену сверху, увидит животное с обоих ракурсов. При необходимости аналогичной съёмки снизу прозрачным нужно делать пол арены, в этом случае наклонное зеркало ставится под полом, а видеокамера - сбоку.

Почему ваша видеосистема стоит так дорого? Ведь просто видеокамера и штатив стоят гораздо дешевле.

Действительно, купив по отдельности видеокамеру и штатив, вы потратите гораздо меньше. Более того, мы с готовностью и совершенно бесплатно порекомендуем вам, какое именно оборудование лучше подойдёт для ваших экспериментов. Если вы хотите сэкономить - именно таким путём и следует пойти.

Наши видеосистемы - это подобранные и проверенные наборы компонентов, которые хорошо работают вместе и успешно решают задачу регистрации поведения животных. Мы намеренно не используем дешевое оборудование, отдавая предпочтение качеству и отсутствию проблем с настройками (принцип "включил - работает"). Фактически, покупая нашу видеосистему, вы платите за то, что мы выбрали, проверили и собрали воедино компоненты, из которых она состоит (видеокамеру, штатив, устройство видеозахвата, блок питания) и снабдили их удобными и надежными кабелями. Нет никаких преград к тому, чтобы вы собрали такую же систему самостоятельно, мы не держим список компонентов в секрете.

Чем стационарный (настенный) штатив удобнее переносного?

- он не занимает места на полу, об него нельзя споткнуться во время эксперимента

- он не требует противовеса

- он не дрожит вместе с видеокамерой, когда вы ходите рядом по полу

- он имеет столько же (если не больше) степеней свободы, что и переносной

- когда вам не нужна съёмка, его достаточно отклонить к стене, ничего больше не складывая и в дальнейшем не перенастраивая позицию видеокамеры

- в конце концов, он дешевле

Недостатков у стационарного штатива два:

- его нужно прикрепить к стене, просверлив в ней 4 отверстия и ввинтив имеющиеся в комплекте шурупы

- по этой же причине его неудобно часто переносить из комнаты в комнату

Если эти два недостатка вас не смущают - смело выбирайте стационарный штатив, какая бы видеосъёмка (сверху, сбоку или под углом к горизонту) вам ни требовалась. Он обеспечит позиционирование видеокамеры в любой точке в пределах от 1.2 до 2 м от места крепления к стене.

В том случае, если крепить штатив к стене совсем уж некому, мы готовы осуществить монтаж и наладку видеосистемы у вас в лаборатории.