Das GIOTTO-Projekt

Das GIOTTO-Projekt

Weil die Videoastronomie ein ziemlich kleiner Spezialzweig der CCD-Technik und diese wieder der Astrofotografie ist, habe ich mir gedacht, daß GIOTTO als kostenloses Programm veröffentlicht werden soll, damit die Videoastronomie populärer wird. Zugegeben, es geht mir auch darum, daß speziell in der Planetenbeobachtung mehr Video als Beobachtungstechnik eingesetzt wird, denn bislang waren alle anderen Beobachtungstechniken entweder zu subjektiv und unzuverlässig (Zeichnen), haben aufgrund der ewigen Luftunruhe praktisch nie funktioniert (Fotografie) oder sind schwierig zu handhaben (herkömmliche CCD-Technik)

Wer war eigentlich der Namenspatron ?

Geschichte des GIOTTO-Projekts

Immerhin entstanden schon damals die allerersten rudimentären Bildverarbeitungsalgorithmen.

1992 - 1994 Ich habe eingesehen, daß ATARI ein Auslaufmodell war und mir für damalige Zeiten hochmodernen PC 486/33MHz zugelegt. Für den begann ich, ein Windowsprogramm zu entwickeln, daß als Experimentierplatform für die Algorithmenentwicklung diente, alles unter dem neuen Windows 3.1, bekanntermaßen ein 16-Bit Betriebssystem. Zunächst hieß dieses 16-Bit-Kuddelmuddel "PICMAN", aber auf den Namen sind auch viele andere gekommen, die auf diesem Gebiet mit mir dilettieren. Der Namensversuch 2.0 führte dann zu "PICTOR", einem Sternbild, weil so ein Bildviewer aus meiner Diplomarbeit hieß (damals unter Unix auf einem Hilfsbildschirm laufend)

Als Framegrabber habe ich erstmals eine damals sündhaft teure Karte von FAST, die Screen Maschine Classic benutzt, die gerade mal 640 mal 560 Pixel konnte und deren elektronische Qualität eher bescheiden war (Offset und Rauschen sowie Farbtreue waren schlichtweg grottenschlecht !) Zudem war die Screen Maschine auch nicht echtzeitfähig.

Die Leistungsfähigkeit war natürlich durch das 16-Bit-System schon eingeschränkt, zumal die Programmierung unnötig kompliziert wurde (Stichwort huge-Pointer und Segmentierung - Würg !) Schlußendlich habe ich zwar schöne Resultate zumindest im Schwarzweiß erzielt, aber bei einem gewissen Komplexitätsgrad war das Programm nicht mehr stabil zu bekommen. Zumal erwies sich mehr und mehr daß ich zu straight forward programmiert hatte und zuwenig globales Konzept im Programm steckt. Am Ende habe ich die Arbeit an der 16-Bit-Version abgebrochen und nichts weiter veröffentlicht. Den Namen PICTOR habe ich verworfen, seitdem MEADE angefangen hat, seine qualitativ umstrittenen CCD-Produkte so zu nennen und mich für den Namen der historischen Person Giotto entschieden.

1996 Durch einen Wechsel der persönlichen Umstände (Umzug von Hamburg nach Bonn und Gründung einer eigenen Firma) habe ich wieder neu angefangen, ein Bildverarbeitungssystem aufzubauen - diesmal aber mit professionellen Methoden. Kein Wunder: Weite Strecken von GIOTTO sind identisch mit meinem Thermografie-Programm FORNAX, daß die Grundlage meines Ingenieurbüros darstellt und demzufolge solide programmiert sein muß !  Alles in GIOTTO ist modular und streng auf 32-Bit getrimmt, nichts mehr ist hardwareabhängig. Undokumentierte Features und exotische Windows-Spezialitäten werden nicht benutzt.

1997 In diesem Jahr wurde die erste Version der CCDLIB, dem Algorithmenteil von GIOTTO herausgegeben. Die CCDLIB ist selber auch public domain und darf zur Entwicklung eigener Programme herangezogen werden.

1998 - 1999 Intensive Tests der Bildverarbeitungsalgorithmen und Ausbau der Bedienungsshell nach Windows-Standard. Dadurch dürfte die Bedienung auch ohne Handbuch selbsterklärend werden. Besondere Highlights sind die normierte Filterfunktion, die wirklich nach der Signaltheorie arbeitet und (kein Wunder) sehr resistent gegen Artefakte ist und das automatische Rezentrieren und Überlagern ohne Vorsortierung.

2000 Dazu kommt die automatische Vorsortierung von Rohbildern, bevor sie einander überlagert werden und natürlich ein Generaldebugging. Ebenso kann GIOTTO jetzt endlich mit verschiedenen oft vorkommenden Bildformaten, insbesondere FITS umgehen. Release der Version 1.0

2001 Release der Version 1.1, die AVI-Files, Superresolution und eine Stapelverarbeitung unterstützt.

2002 Release der Version 1.2, die adaptive Filter und Bildfehlerkorrektur besitzt, und eine ganz drastisch beschleunigte Paßmustersuche hat.

2003 Release der Version 1.3, die große Bilder von Digitalkameras unterstützt.

2005 Release der Version 2.0, die eine völlig neue, wesentlich stabilere Aufnahmetechnik von Webcams, Video-In-Karten und endlich auch DV-Kameras hat auf Basis des aktuellen DirectX hat. Ebenso neu ist das durchgängige Preview für alle Funktionen, also auch für Filter und Kontrastierung, so daß jetzt auch "auf Sicht" gearbeitet werden kann. Zudem kann man bei zeitraubenden Überlagerungen auch mal Pause eingelgt werden, um den Rechner nicht zu lange zu blockieren.

2010 Release der Version 2.2, die eine völlig neue, wesentlich stabilere Aufnahmetechnik von Webcams, Video-In-Karten und endlich auch DV-Kameras hat, dazu gibt es jetzt auch ein stabilen AVI Decrompressor, der auch mit neuen Formaten klar kommt. Dazu kann man jetzt in den aufgenommenen Videostrom die Zeit und den geografischen Ort einblenden. Beides kann sehr genau vom GPS her übernommen werden, wenn man eine GPS-Maus an USB anschließt.

Natürlich geht die Entwicklung weiter: HDTV z.B, 64 Bit oder auch die Überlagerung verdrehter Bilder ...

Download und Installation von GIOTTO 2.21 

Ganz wichtiger Hinweis: GIOTTO ist Freeware, kostet also nichts, obwohl ich mich über eine freiwillige Spende freue (siehe rosa Box unten). GIOTTO ist mein astronomisches Steckenpferd, aber nicht meine Lebensaufgabe. Insbesondere verdiene ich mit GIOTTO nichts. Daher ist es auch unmöglich, irgendwelchen Support zu leisten. Bei Problemen hilft häufig schon, den GIOTTO-Kurs von Silvia Kowollik oder meine FAQ zu konsultieren. Es ist so, daß ich insbesondere in der kalten Jahreszeit berufsbedingt keine Zeit habe und deshalb erst recht keinen Support leisten kann. Nichtsdestotrotz sammle ich aber alle Bugreports, weil ich  von Version zu Version GIOTTO weiter debugge, auch wenn bei mir im Hause gemeldete Probleme nie auftreten. Bekannte Probleme mit GIOTTO 2.21 sind: Diese Version ist brandneu und nur unter Win 98 SE, XP Servicepack 3 und Vista Servicepack 2 getestet. Da lief alles völlig problemfrei, aber man weiß ja nie. Andere Nutzer berichten aber von problemloser Lauffähigkeit unter Windows 7 32Bit. Probleme macht Giotto unter Vista 64 und Windows7 64, weil das 64 Bit-System sind, Giotto ist aber nur ein 32-bit Programm. Betrieb bitte auf eigene Gefahr - es wird einmal ein Giotto64 geben. There ist still no english (or any other language) version. Sorry for the moment, but I'm working on it :-) Alle sechs Wochen gibt es neue Webcams, Digitalkameras und Video-IN-Karten. Es ist absolut unmöglich, GIOTTO mit all dieser Vielfalt auszutesten und deren oftmals nur notdürftige Treiberprogrammierung zu umgehen. Ich kann nicht für Lauffähigkeiten garantieren - aber es klappt häufiger als erwartet. Bitte keine Anfragen zu Hardware ! Probierts einfach aus. Allerdings ist die neue giotdx.dll, die für den Multimediateil verantwortlich ist, nun mit wirklichen Schrott-Treibern getestet worden. Eine Betriebsanleitung gibts auf meiner FAQ-Seite Noch ein Hinweis: Die Entwicklung von GIOTTO 1.x ist eingestellt. Giotto unterstützt keine alte Hardware mit dem längst ausgelaufenen VfW mehr.

Installation

GIOTTO-Download der Version 2.21 hier ... (ca. 1.65 Megabyte)

Hardwareanforderungen

Mindestanforderungen sollten in etwa sein:

133 bis 200 MHz Taktfrequenz der CPU, damits nicht allzu langsam läuft.
128 Megabyte RAM, weil GIOTTO doch einige sehr große Puffer braucht und der Rechner mal was anderes tun sollte als nur rumswappen.
ab 0,5 Gigabyte freien Plattenplatz zum Zwischenspeichern aufgenommener Bildserien. GIOTTO selbst ist sehr genügsam.
Die minimale Bildschirmauflösung beträgt 800 mal 600 Bildpunkte, etwas, was selbst ein Uralt-Laptop problemlos stemmen sollte. Darunter macht ein Bildverarbeitungssystem ohnehin wenig Sinn.

Besser ist natürlich ein moderner Hochleistungs-PC mit 2000 MHz-Prozessor, 1 GB RAM (und mehr) und ca. 10 Gigabyte Platz auf einer schnellen Platte. Es ist im übrigen egal, ob man nun mit AMD oder Intel-Prozessoren arbeitet, es gibt hier keinen meßbaren Unterschied. Beim Überlagern werden auch schon alle Cores in Multiprozessoeren benutzt und ausgelastet - das geht dann ganz schön ab.

Manche der neuen Funktionen wie Pause und Hotpixel erzeugen teilweise recht üppige Zwischendateien, es ist also keine schlechte Idee, immer genug Plattenplatz frei zuhaben, 1 GB reicht aber völlig aus.

Multimedia-Fähigkeiten

Grafikkarten mit Video-Input werden mittlerweile von allen Anbietern angeboten. Man erkennt diese Karten am Kürzel VIVO oder eben auch am Video-IN.
Der Video-Input sollte wegen der besseren Bildqualität auch S-Video bieten, ist aber nicht unverzichtbar.
Spezielle Hardware-Treiber sind nicht nötig.GIOTTO läuft mit allen Multimediakarten, die einen Windows-konformen Treiber besitzen.
Windows muß DirectX mindestens ab der Version 8.1 enthalten. Dringend empfehlenswert (weil ganz erheblich fehlerfreier !) ist aber die aktuelle Version 9.0c, die allerdings erst mit dem Servicepack 1 für Windows XP mitgeliefert wird, alleälteren Windowsversionen müssen per Download nachgerüstet werden, was aber zu keinerlei Problemen führt. Bei Vista und Windows 7 erübrigt sich das.
GIOTTO erkennt automatisch angeschlossene Kameras und die vorhandenen Videoeingänge eines PCs. Wenn einer da ist, wird der Bildaufnahmeteil von GIOTTO selbsttätig freigeschaltet. Man muß selbst nichts weiter tun.
Die Bildqualität der aufgenommenen Videobilder hängt alleine von der Einstellung des Multimediatreibers ab, den der Hersteller der Video-In-Karte mitliefert. Beste Ergebnisse erzielt man mit einer vollen Auflösung von 768 mal 576 Pixel und 24-Bit-RGB-Digitalisierung (8 Bit pro Frabe !). Diese Fähigkeit sollte zum Auswahlkriterium der Multimediakarte werden. Alle moderneren Produkte können das aber spielend.
Erfreulicherweise arbeitet Giotto auch mit den meisten Webcams problemlos zusammen. Dazu muß man noch den vom Hersteller mitgelieferten Treiber zur Kamera installieren.
Ab Win 98SE werden auch digitale Videokameras, seis im DV oder Digital8-Verfahren unterstützt, wobei auch hier Windows/DirectX gleich Codecs und Treiber mitliefern. Auch bei DV muß man sich um nichts mehr kümmern.
Ganz moderne Industriekameras mit 6poligem FireWire-Anschluß oder auch USB-Anschluß werden unterstützt, sowohl in Farbe wie auch in Schwarzweiß ! Das gilt auch für moderne AV-Umsetzer wie z.B. den canopus AVDC55 und 100.
Selbst die CCD-Webcam von Omegon, die einen sehr eigenwilligen Treiber besitzt, wird korrekt unterstützt - besser ist es aber eine Industriekamera zu verwenden, weil das Bildergebnis drastisch besser wird.
Will man Giotto mit GPS ganz genau machen, z.B. für die Zeiteinblendung, kann man an einen USB-port eine en GPS-Empfänger anschhließen. Dabei erwartet Giotto den SIRF III-Standard, nämlich eine emulierte serielle Schnittstelle mit den Parametern 4800,8,N,1 die durch Scannen dann automatisch entdeckt wird. Viel spaß mit GPS ! Angezeigt werden gleitende Mittel, die sich bis auf eine Woche ausdehen lassen, damit ist eine Meßgenauigkeit von +/- 30 cm möglich..  

Fähigkeiten der Grafikkarte

Empfehlungen für Webcams, die getestet wurden (nicht vollständig !):

Eine kurze Benutzungshilfe

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Eine Garantie für die Funktionsfähigkeit der Verfahren, Arbeitstechniken und Algorithmen sowie die unbedingte Portabilität und Compilierbarkeit der Quelltexte kann nicht übernommen werden. Jegliche Haftung für Folgeschäden wird ausgeschlossen. Wegen des experimentellen Charakters der Videoastronomie und des GIOTTO-Projektes bin ich aber für Hinweise, Ergänzungen, Korrekturen und Kritik immer sehr dankbar, denn nur mit dem freundlichen Feedback kann so eine Arbeit zu einem Erfolg für alle (dank der Public Domain Idee) werden.
 

Acknowledgements

Thomas Pfleger, der mich mit seinen professionellen Informatikenntnissen und viel nützlicher Literatur unterstützt hat.
Otti & Martin Mayer und die Sternwarte in Streitheim für die vielen Praxisanregungen und die intensiven Testmöglichkeiten an der Sternwarte.
Dr. Heinz Tiersch und die Sternwarte in Königsleiten für die intensiven Testmöglichkeiten an der Sternwarte.
Der Astroclub Radebeul, insbesondere Martin Fiedler, bei dem ich auch viel beobachten konnte und auch immer wieder Testsessions habe.
Die Sternwarte Kirchheim, Thüringen, der Apengasthof Sattlegger, Kärnten, die Hochwaldbaude, Oberlausitz und die Sternwarte Mariazell, Steiermark für die vielen Testmöglichkeiten.
Silvia Kowollik, Bernd Flach-Wilken, Hartwig Lüthen und Stephan Messner, die intensiv testen und mir viele Anregungen geben.
Sirko Molau, der mir ebenfalls viel Rat gegeben hat und vor allem durch sein MetRec-Projekt mit gutem Beispiel vorrangegangen ist.
Friederich Sussmann, der mit mir in einer Mariazeller Pizzeria die Idee zum automatischen Vorsortieren ausheckte.
Peter C. Slansky der als Professor an der Münchener Hochschule für Film und Fernsehen mir wertvolle Anrgeungen zur Multimediatechnik aus einer ganz anderen Perspektive gibt.
Jörg Weingrill, der mit gutem Rat in Sachen DirectX parat steht.
Bernd Gährken, der mir eine Test-webcam mit wirklich total verkorkstem Treiber zur Verfügung gestellt hat.
Klaus Weyer, der mir einfach so einen sehr schönen Algorithmus zur Untergrundextraktion zur Verfügung gestellt hat.
Uwe Schmidtmann und Daniel Fischer, die in einer nächtlichen Aktion einen Ur-Algorithmus zum Rotational Shift Differencing beigesteuert haben..
Helge Binder, dessen Anregungen in Kirchheim mich dazu brachten, die Multimedia-Doku von Microsoft intensiv zu erforschen und so die direkte hardwareunabhängige Aufnahme von Videos direkt von GIOTTO aus zu ermöglichen.
Dr. Frank Fleischmann, der mit gutem Beispiel voraus geht, sein aufwendiges Programm als Public Domain herauszugeben und der mir auch mehr als einmal guten Rat gab, einfach so.
Ganz besonders ist Prof. Bernhard Bundschuh von der FH Merseburg zu erwähnen, der mit seinem spektakulären Workshop in Violau 1996 und etlichen privaten emails mich auf das Niveau hievte, das GIOTTO beansprucht.
Nicht zuletzt viele Kommentare in der CCD-Liste der NAA haben mich immer wieder auf neue Ideen gebracht.

Thomas W. Lipp und die JPEG-Usergroup, die die grafconv.DLL beigetragen haben.
Das Goddard Space Flight Center der NASA, das mit der fitsio.DLL beigetragen hat.
Gerald Evanden vom USGS, der mit umfangreichen Routinen zur Koordinatentransformation beigetragen hat.
Dave Coffin für das Formatwandler-Tool dcraw.exe
Microsoft für das DV-Videograbbertool DVapp.exe und die wirklich exquisite Multimedia-Software DirectX und des SDK dazu.

Der Astrofotostammtisch Solingen, Martina Wolf, Paul Hombach, Bernd Brinkmann, Bernd Koch, Konrad Horn, Mathias Straube, Dennis Möller, Kurt Hopf, Josef Müller, Arp und Wolfgang Puglnig, die mir viele einzelne und auch ganze Serien von Bildern sowie Videos verschiedenster Qualität zum Bearbeiten und Testen überlassen haben.

Neueste Version vom 28. August 2010.