SEKVENSSIKUVAUSTEKNIIKAN KEHITTÄMINEN TUTKIMUSVÄLINEEKSI

 	1 SISÄLLYS
	
1.	Sisällys
2.	Johdanto
3.	Termiluettelo
4.	Nykytilanne
5.	Tutkimuskysymykset
6.	Aikataulu
7.	Kenttätutkimus 
8.	Tulosten käsittely
2.  Johdanto
	
Sekvenssikuvaustekniikka yhdistää tietokannan, digitaalisen valokuvan ja videon yhdeksi havaintojärjestelmäksi, johon voidaan liittää erilaisia numeerisia tietoja kuten lämpötila tai paikkatieto.
Tekniikkaa on kehitetty Ulvilassa vuodesta 2004. Tekniikka on osoittanut käyttökelpoisuutensa niin arktisen merijään tutkimuksessa jäämerellä kuin helikopteriin asennettuna lehtialaindeksin määrityksessä Suomen lapissa.
Tärkeässä roolissa sekvenssikuvauksen kehityksessä on satakuntalainen harrastajayhteisö karhukamera.com. Harrastajayhteisö on täysin avoin ja kaikki tulokset ovat saatavissa internetissä.
Sekvenssikuvaustekniikka on osoittautunut kehityskelpoiseksi havaintotekniikaksi, mutta vaatii edelleen runsaasti lisäkehitystä, jotta järjestelmästä voisi muodostua tehokas tutkijan työkalu. 
Tämän työsuunnitelman tarkoituksena on kuvata, miten seuraavat vaiheet sekvenssikuvaustekniikan kehityksessä tapahtuvat. Kuvatut kehitysaskeleet otettaneen joka tapauksessa, mutta apurahan myöntäminen hankkeelle nopeuttaisi merkittävästi tekniikan kehitystä.

Ulvilassa  8.2.2008
Mikko Viitapohja
3.  Termiluettelo

Instrumenttikamera	(myös konenäkökamera tai teollisuuskamera) Kamera, jota ohjaa tietokone tai kamera on ohjelmoitu kuvaamaan itsenäisesti.	
Järjestelmäkamera	Kamera jonka runkoon ei kuulu kiinteää objektiivia. Tarkoitettu harrastaja- tai ammattilaiskäyttöön. Korkeampi resoluutio kuin kompaktikamerassa.	
Karhukamera.com	Täysin avoin harrastajayhteisö internetissä joka ei edellytä rekisteröitymistä tai vuosimaksuja. Päätehtävänä on kehittää sekvenssikuvaustekniikkaa	
Kompaktikamera	Tavallinen, kuluttajakäyttöön tarkoitettu kamera. Kiinteä optiikka.
Kuvausyksikkö	Kokonaisuus joka sisältää kameran, ohjaustietokoneen ja mittalaitteet.	
Lehtialaindeksi	Puussa olevien lehtien yhteispinta-ala neliömetreissä
Porin karhunvartijat ry	Porissa toimiva tähtitieteen harrastajain yhdistys	
Sekvenssi	Taajuus, tässä työsuunnitelmassa viittaa siihen kuinka usein valokuva otetaan.	
Sekvenssikuvaus	Sekvenssikuvaus yhdistää digitaalisen valokuvan, videon ja tietokannan havaintovälineeksi. 	
Still-kuva	Yksittäinen digitaalinen valokuva	
Time-lapse video	Yksittäisistä still-kuvista kuvista koostettu video	
URSA ry	Tähtitieteellinen yhdistys Ursa ry eli lyhyesti Ursa on Suomen suurin tähtitieteellinen yhdistys.	
4. Nykytilanne

Karhukamera.com harrastajayhteisö on toiminut vuodesta 2005. Projektissa on tallennettu yli kolme miljoonaa digitaalista valokuvaa, kaikkiaan kymmeneltä eri kuvausyksiköltä.  Tallennetuista still-kuvista on tuotettu videoita, jotka helpottavat aineiston analysointia ja poikkeavuuksien etsintää.
Kaikki sekvenssikuvauksessa käytetyt kamerat ovat kuluttajakäyttöön tarkoitettuja digitaalisia kompaktikameroita.  Kompaktikameroiden käyttö sekvenssikuvauksessa estää tekniikan kehityksen, sillä kompaktikameroita ei ole tarkoitettu ohjattavaksi tietokoneella ja ottamaan satojatuhansia valokuvia tauotta.
Kompaktikameroiden valmistajat (Canon, Olympus) eivät enää jatkossa tue mahdollisuutta ohjata kameraa tietokoneelta.  Tästä syystä on tulevaisuudessa siirryttävä käyttämään joko digitaalisia järjestelmäkameroita tai instrumenttikameroita.
Suurin osa järjestelmäkehityksestä on tähän asti tehty Ulvilan tähtitornilla. Tätä työsuunnitelmaa kirjoitettaessa Ulvilan tähtitornin katolla on kaksi kameraa kuvamassa Porin kaupunkihorisonttia minuutin sekvenssillä. Lisäksi liikkuvia kuvausyksiköitä on lähetetty mm. Huippuvuorille sekä laivoihin asennettuna Framin salmeen (Rv. Lance 2007) ja Pohjoisnavalle (Tara-asema 2007). 
Sekvenssikuvausta on kehitetty pääosin harrastajayhteisön voimin ja rahoitus on ensisijaisesti tullut harrastajien omista varoista. URSA ry on myöntänyt harrastaja-apurahaa palvelintietokoneen hankkimista varten. Lisäksi alueen yritykset ovat tukeneet hanketta pienimuotoisesti, mm luovuttamalla käytöstä poistettuja tietokoneita projektin käyttöön. 
Sekvenssikuvauksen jatkokehitys muodostuu kuitenkin niin kalliiksi, että pelkästään alueen yritysten ja hanketta tukevien yhdistysten (URSA ry , Porin karhunvartijat ry) tuella kehitys pysähtyy tai on erittäin hidasta.
Sekvenssikuvausprojektista on tehty insinöörin opinnäytetyö 2007 otsikolla ”Sekvenssikuvausjärjestelmän tietokannan ja julkaisujärjestelmän suunnittelu ja toteutus” UKD 004.6, 004.738.1 MIHIN KOULUUN?! sekä pro-gradu tutkielma 2008 otsikolla ”Melt pond coverage and temporal evolution at drifting station Tara during summer 2007”  Helsingin yliopistolle.
Tiettävästi vastaavaa, laajalle alalle soveltuvaa avointa havaintotekniikkaa ei kehitetä muualla, vaikka sekvenssikuvausta käytetäänkin usealla eri tutkimusalalla.

Harrastajayhteisö karhukamera.com on levinnyt laajalle, mutta silti voidaan sanoa projektin olevan vahvasti satakuntalainen.
5. Tutkimuskysymykset

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää sekvenssikuvauksen mahdollisuuksia eri tieteenalojen tutkimustyökaluna. Samalla saadaan lisätietoa järjestelmä- ja instrumenttikameroiden soveltuvuudesta erityyppisiin havaintotarkoituksiin. Ensisijaisia vastattavia kysymyksiä ovat :
-	Voidaanko järjestelmäkameratekniikkaa hyödyntää sekvenssikuvauksessa?
-	Voidaanko instrumenttikameratekniikkaa hyödyntää sekvenssikuvauksessa?
-	Millainen on tehokas työkalu sekvenssikuvausyksikön datan analysointiin?
Kehitystyöllä etsitään toissijaisesti vastauksia kysymyksiin:
-	Miten sekvenssikuvaustekniikkaa voidaan hyödyntää tieteellisessä tutkimuksessa?
-	Miten sekvenssikuvaustekniikkaa tulee kehittää, jotta se palvelee tieteellistä tutkimusta?
-	Mitkä tutkimuksen alat voivat tekniikasta hyötyä?
6. Aikataulu

	Tutkimuksen alustava aikataulu 2009, sekä vastuuhenkilöt
Kesäkuu  
Soveltuvan instrumentti ja järjestelmäkameran hankinta  (Viitapohja & Lahtinen)
Heinäkuu 
Instrumentti- ja järjestelmäkameran asennus sekä ohjaustietokoneiden konfigurointi (Viitapohja)
Elokuu-Syyskuu
Datan keruu (Viitapohja) Tavoitteena on kerätä kuukauden mittainen havaintoaineisto Ulvilasta. Kuvauksen kohteena on taivas 180 asteen näkökentän omaavalla linssillä.
Lokakuu
Datan analysointi (Lahtinen & Rinne)
Syyskuu - Jolukuu
Tulosten käsittely (Lahtinen & Rinne)
 7. Kenttätutkimus

Kenttätutkimuksessa tehdään kaksi asennusta, molemmille kameratyypeille (MILLE KAMERATYYPEILLE?) omansa.  Yhtenä kenttätutkimuksen tavoitteena onkin selvittää miten monimutkaiseksi koko puoliavaruuden (180 astetta) kuvaavan kameran kotelointi muodostuu, kun kamera kuvaa suoraan zeniittiin.
Kameroiden koteloinnista pyritään tekemään säänkestävä siten, että kamerat voidaan kenttätutkimusjakson päätyttyä sijoittaa osana karhukamera-projektia havainnoimaan Ulvilan tähtitornille tai muuhun soveltuvaan paikkaan.
Tavoitteena on että kamerat kuvaavat kenttätutkimuksen aikana jatkuvasti, ympäri vuorokauden, vähintään yhden kuukauden ajan. 
Tutkimusasennus vaatinee vähintään yhden ohjaustietokoneen asennuksen kameraa kohti. 
Kenttätutkimus antaa konkreettista tietoa kameroiden soveltuvuudesta sekvenssikuvaukseen.  Kenttätutkimuksesta kirjoitetaan raportti, jossa kuvaillaan koejärjestely.
8 .Tulosten käsittely

Kenttätutkimuksesta saatua materiaalia tutkitaan pääosin kuvista muodostettujen videoiden pohjalta. Mielenkiintoisia ilmiöitä tarkastellaan tarkemmin myös yksittäisistä kuvista. Mahdollisten tieteellisesti mielenkiintoisten ilmiöiden, kuten esimerkiksi revontulien tai valaisevien yöpilvien, automaattista tunnistamista varten testataan erilaisia luokittelualgoritmeja.
Näiden analyysien pohjalta arvioidaan kunkin havaintolaitteiston soveltuvuutta erilaisten ilmiöiden tulkinnassa, mahdollisuuksia tehdä automaattista tunnistusta ja kuinka hyvin menetelmä soveltuu tieteelliseen tutkimukseen pääasiallisena tai avustavana lisäinformaatiota antavana metodina.