Tagarchief: camera

Vage logica onzichtbaar overal aanwezig (1996, nr. 9) FUZZY LOGICS IN CONSUMENTEN-ELEKTRONICA + TOEPASSINGEN IN INDUSTRIËLE PROCESBESTURING + OOK IN: VERKEERSMANAGEMENT, BEVEI­LIGING STROOMNET, (FINANCIËLE) BESLUITVORMING

FuzzyLogic vagelogicakaderOMSLAGARTIKEL

 

FUZZY LOGICS IN CONSUMENTEN-ELEKTRONICA + TOEPASSINGEN IN INDUSTRIËLE PROCESBESTURING + OOK IN: VERKEERSMANAGEMENT, BEVEI­LIGING STROOMNET, (FINANCIËLE) BESLUITVORMING

 

Nederland dreigt achterop te raken

 

Vage logica onzichtbaar overal aanwezig

 

Het deze maand opgerichte DICI (Delft Institute for Computational Intelligence) moet helpen voorkomen dat Nederland achterop raakt in de vage logica, de wiskundige aanpak die tegenwoordig een sterke invloed heeft in de meet- en regel­tech­niek, maar inmiddels ook zijn invloed doet gelden op veel andere gebieden van wetenschap en technologie, zoals de ontwikkeling van ken­nissys­te­men.

– Erwin van den Brink –

 

De auteur is redacteur van De Ingenieur.

 

 

Nederland heeft volgens prof.ir. H.B. Verbruggen van de faculteit Elektrotechniek van de TU Delft ten opzichte van Japan, de VS en Europese landen waaronder vooral Duitsland een achter­stand in de toepas­sing van vage logica of fuzzy logics. In Duitsland zijn grote bedrijven actief op dit gebied zoals Siemens en Klöckner-Müller, maar ook veel kleine bedrijven.

In Nederland valt vooral bij de produkt­ont­wikke­ling in het midden- en kleinbe­drijf nog een hoop zendings­werk te verrichten ondanks inspan­ningen van instellin­gen zoals het Centrum voor Micro-Elektro­nica (CME). DICI beoogt voor bedrijven de weg te effenen naar toepasbare kennis (bij de TU en TNO) over vage logica en meer in het algemeen over computational intelligence.

Wat is vage logica? De wiskundige methode is het eerst toegepast in de regeltechniek. Waarom? Mensen regelen eigenlijk alles vaag, dat wil zeggen niet met exacte waarden. De proces­opera­tor die ’s morgens onder de douche staat regelt volgens de ‘als-dan’-regel die zo kenmerkend is voor vage regeling: ‘Als het water me te heet is, dan meng ik een beetje koud bij’, maar vraag hem niet wat ‘te heet’ is en wat ‘een beetje koud’. Als hij om negen uur plaats neemt achter zijn controle­paneel in de zeeppoeder­fa­briek doet hij vaak onbewust iets soortge­lijks. Boven in een droogkolom zit een sproeikop die zeepsus­pensie in druppels verspreidt die onderin moeten neerdalen als vlokken van ongeveer gelijke grootte; derhalve een proces met vage (namelijk ‘ongeveer’) regelaspecten. Weliswaar is het proces voorzien van een aantal conventionele PID-regelaars ­(zie Kader), maar een aantal regelkringen wordt door de proces­opera­tor bestuurd.

‘De operators hebben in de loop der jaren zo veel ervaring opgebouwd, dat het proces redelijk in de hand te houden is’, legt Verbruggen uit. ‘Toch gaat het wel eens mis. Er doen zich onvoor­zie­ne omstandigheden voor, een operator heeft zijn dag niet, zijn inschatting is onjuist geweest. Als je hem vraagt wat voor regels hij hanteert, dan weet hij dat niet eens precies. Door de operator gade te slaan kunnen we verban­den ontdekken tussen de te regelen grootheden en bepaalde externe omstandig­heden zoals temperatuur en voch­tigheid. Die verbanden hebben een ‘als-dan’-karakter. Dat is een andere beschrijving dan een fysisch of mathematisch model waaraan technici doorgaans gewend zijn.’

 

‘Short cut’

De verbanden zijn niet lineair, maar ‘vaag’, rekkelijk, elastisch als het ware, net als in de alledaagse werkelijkheid waar we verbanden aangeven in taal en niet in wiskunde. Verbruggen: ‘Zo’n linguïstisch model kan daarom de werkelijkheid van een proces heel goed beschrijven. Soms is het zelfs de enige mogelijkheid om een systeem te beschrijven. Of het zou volgens de klassieke methode een enorme exercitie zijn. Ver­taald in hard­ware zou dat enorme rekencapaciteit vergen. Vage logica is in die zin een short cut die even goede resul­taten oplevert met gebruik­making van bescheiden modellering en idem dito reken­kracht.’

Voor de moderne industriële procesbesturing is vage logica dan ook bijzonder geschikt. ‘Dank zij toepassing van vage logica kunnen menselijke ervaring en geleidelijkheid van overgangen tussen verschillende regelacties goed in een besturingssysteem worden verwerkt’, aldus Verbruggen.

Elektronische circuits, kleppen, ventielen en motoren kunnen echter niet met deze ‘als-dan’-regels en vage infor­matie uit de voeten. Zij zijn afhankelijk van harde waarden.

Exacte meetwaarden worden daarom eerst omgezet in vage grootheden zoals ‘heet’, ‘warm’ of ‘koud’. Een besturingssysteem dat werkt met ‘als-dan’-regels gebaseerd op vage logica, neemt dan een ‘vage’ beslissing zoals ‘voeg een beetje koud water toe’. Voor de aansturing van kleppen en ventielen moet die vage beslissing worden vertaald in een hard, crisp, getal: dit heet defuzzificatie, ‘ontvaging’.

Het mooie van vage logica is dat die omzetting van menselijke waarneming en besturing naar kunstmatige besturing veel natuurlijker is, veel meer aansluit bij de wijze waarop wij zelf met kennis omgaan, dan andere vormen van transforma­tie die voornamelijk zijn gebaseerd op ‘klassieke’ mathematische modellen zoals diffentiaalvergelijkingen .

 

Soepeler regelgedrag

Fuzzificatie is nodig om de transformatie te verzorgen van het crispe domein (bijvoorbeeld 35 °C) naar het vage domein (warm, heet of aangenaam). Verliezen we dan niet enorm veel informatie? Wel als onze indeling star is, harde grenzen heeft zoals 25…35 °C is aangenaam, 35…50 °C is warm en hoger dan 50 °C is heet. Maar dat is niet zo: vage verzamelingen overlappen elkaar namelijk gedeeltelijk, waardoor een temperatuur zowel aangenaam, warm als heet kan zijn, zij het in verschillende mate. Die mate waarin een temperatuur behoort tot een vage verzameling is een ander kenmerk. In de vage logica heet dat de ‘lidmaatschapsfunctie’ en zij wordt uitgedrukt in een fracti­oneel getal van 0 tot en met 1. De functie heeft vaak een trapezi­um- of piramidevorm. Waar de trapezia, dan wel pyrami­den, elkaar overlappen, zie je dat oplopen­de waarden in afne­mende mate behoren tot de ene verzameling en in toenemende mate tot de andere: de overgang is geleidelijk, vaag.

Door te rekenen met zulke vage verzamelingen krijg je een over het algemeen soepel regelgedrag. De regeling is rustiger­ omdat de instel­waarden veel geleidelijker veran­deren. Een buschauffeur rijdt ook niet exact midden op de rijbaan, die nooit zuiver kaarsrecht is. Zou hij dat wel doen, dan werden zijn passagiers waar­schijnlijk wagen­ziek van het ge­slinger. Derge­lijk stuurgedrag zien we terug bij handmatige procesbestu­ring, maar ook in met fuzzy logics geregelde autofo­cussystemen van (Japanse) video­- en fotocamera’s.

 

Kennissystemen

Japanners waren de eer­sten die fuzzy logics – ‘foezai’ in Anglo­japans – op grote schaal toepas­ten in (draagbare) consumenten-elektronica. Europeanen pasten eerder al fuzzy logics toe in regelsystemen in de cementindustrie.

Vage logica vergt aanzienlijk minder rekencapaci­teit. De benodigde micro-elektronica is daardoor compacter te houden. Verbruggen: ‘Samen met mijnbouwkunde hebben we de slijtage van een tren­cher, een sleuvengraver, beschreven. Hoe snel de tanden op de graafketting verslijten is afhankelijk van de bodemgesteld­heid; die is niet exact te omschrijven, maar duidelijk is wel het causale verband tussen bijvoorbeeld de grootte van de te ontgraven rotsblokken en de slijtagesnelheid: if blocksize is small then bitconsumption is small, waarbij bitconsumption staat voor de slijtage van de graaftan­den. Zo hebben we een model gemaakt met zestig regels die heel goed de slij­tage beschrij­ven, zodat je weet hoeveel reserveon­derdelen er nodig zijn.’

Ook is vage logica bruikbaar voor expert- en decision support-­systemen die redeneren op basis van kennis die gerepre­senteerd kan worden in ‘als-dan’-regels. In verzekerings­bedrijven kunnen kennissystemen worden gebruikt voor het berekenen van de risico’s en dus van de premies (zie De Inge­nieur, nr. 15 van 27 september 1995, blz. 26-29). Daarnaast is vage logica geschikt voor systemen die vage contouren en patronen moeten herkennen, bijvoor­beeld een systeem dat hand­ge­schre­ven tekst kan ‘lezen’ of een systeem dat in staat is om op een satellietop­name bewolking van een bepaald type te herkennen.­

Een dergelijk patroonherkenningssysteem zou weer onder­deel kunnen zijn van een veel groter kennissysteem dat uiteindelijk in staat zal zijn weersverwachtingen te maken, legt dr.ir. J.C.A. van der Lubbe uit. Hij is verbon­den aan de vakgroep Informa­tietheorie van de faculteit Elek­trotechniek TU Delft en een van de initia­tiefne­mers van DICI. Meteo­rologi­sche ken­nis, vooral het interpreteren van satelliet­beelden, heeft vage aspecten; wanneer is sprake van een wolk, van sluierbewolking en wanneer van heiig weer?

In zo’n kennissysteem wordt, anders dan bij procesbesturing, geen output teruggekop­peld. Het weer valt immers niet te regelen. Er kan wel een terugkoppe­ling achteraf in worden opgeno­men waarbij het systeem kijkt in hoeverre de opgegeven weersverwachting is uitgekomen en waar dat aan ligt. Dit leren kan met bijvoorbeeld neurale netwerken (zie De Inge­nieur nr. 20 van 6 december 1994, blz. 6-10), in dit geval fuzzyneurale net­wer­ken (omdat zij niet altijd op vage logica gebaseerd hoeven te zijn).

 

Achterstand

Van der Lubbe werkt samen met het KNMI (Koninklijk Nederlands Meteorologisch Insti­tuut) en het NLR (Nationaal Lucht- en Ruimtevaart­laboratorium) aan een systeem voor meteorologen dat automatisch weersatel­liet­beelden interpreteert.

Van der Lubbe: ‘Om te zeggen dat Nederland hopeloos achterloopt is te sterk uitgedrukt, maar in het bui­tenland is men veel verder. In Duitsland bijvoorbeeld bestaan al veel grote door de overheid gesteunde samenwer­kingsverbanden. Daar wordt alles ingezet op vage logica. Het is verbazingwekkend dat wij in Nederland niet voortva­render zijn.’

‘We zijn in Nederland vrij goed in fundamenteel onderzoek, maar vage logica wordt niet als zodanig gezien; als zuiver wiskun­dige behoor je je er niet mee bezig te houden’, zo verklaart Ver­bruggen het gebrek aan belangstelling voor vage logica. ‘In Duitsland is men toch pragmati­scher. Dat is een land waar spullen gemaakt moeten worden. Vage logica komt daarbij van pas. Wij zijn geen maak­land.’ Van der Lubbe denkt dat de Duitse cultuur, waarin men wat filosofischer is ingesteld, een vrucht­baarder bodem is voor vage logi­ca.

Vage logica bete­kent niet alleen een fundamenteel andere benadering van het oplos­sen van meet-, regel- en besturingsproblemen, maar is volgens Van der Lubbe ook een breuk in het Westerse Cartesiaanse denken: de tegenstelling tussen ener­zijds de werkelijkheid en anderzijds het beeld dat wij hebben van de werkelijkheid; een typische vorm van bipolair denken: iets is waar of niet waar. In het Oosterse denken heeft nooit zoiets bestaan als de klassie­ke logica. Mogelijk verklaart dat waarom vage logica daar zo’n hoge vlucht heeft genomen.

De fractionele getallen, waarin vage logica uitdrukt in welke mate iets behoort tot een bepaalde verzameling, interpre­teren wij westerlingen al gauw als kansgetallen, statistiek: in ons wiskundig denken is gewoon geen plaats voor nuanceringen in termen van ‘een beetje waar’.

Van der Lubbe: ‘Mensen zijn in het dagelijkse leven meesters in het omgaan met vaagheid, maar we leren het af in de wiskunde.’

Toch werd al in de Europese klassieke oud­heid behalve aan klassieke logica ook veel gewerkt aan vage logica, door Plato en Aristoteles; Plato onderscheidde gradaties tussen waar en on­waar. Van der Lubbe: ‘Nu langzamerhand het Cartesiaanse denken op de helling wordt gezet, ontstaat ook hier meer ruimte voor vage logica. Alleen binnen de technische universiteiten hebben we daar nog moeite mee. Buiten de TU’s tref je nauwe­lijks nog Cartesianen aan. Daar is men al lang af van het bipolaire denken in begrippen zoals waar en onwaar.’

 

 

 

 

(BIJSCHRIFTEN)

 

(BIJ OPENINGSBEELD DIA HOLLANDSE HOOGTE + OPENGEWERKTE CAMERA)

Op grote schaal werd fuzzy logics voor het eerst toegepast door de Japanners in consumenten-elektronica.

(Foto’s: Roberto Rizzo/HH, Amsterdam; Canon, Hoofddorp)

 

 

 

 

(QUOTE BIJ PORTRETFOTO)

‘Mensen zijn in het dagelijkse leven meesters in het omgaan met vaagheid, maar we leren het af in de wiskunde’, prof.ir. H.B. Verbruggen (links) en dr.ir. J.C.A. van der Lubbe

(Foto: Michel Wielick, Amsterdam)

 

 

(BIJ FOTO 1 EN 2)

Bij TNO en de TU Delft is een robotarm ontwikkeld die wordt bestuurd met vage logica; de arm is een hulpmiddel voor gehandicapten.

(Foto’s: TNO TPD, Delft)

 

 

(BIJ FOTO 3)

Met behulp van fuzzy logics is de slijtage van een sleuvengraver beschreven; aan de hand van een model met zestig regels kan worden bekeken hoeveel reserveonderdelen er nodig zijn.

(Foto: Vermeer International, Goes)

 

 

 

 

 

(KADER)

Onderzoek

 

DICI houdt zich bezig met afstemming van onder­zoek en onderwijs op het gebied van vage logica, neurale netwerken, neurofuzzy algoritmen, approximate reasoning, fuzzy expertsystemen, genetische en evolutionaire algoritmen en chaotische systemen. DICI richt zich behalve op meet- en regeltech­niek en patroon­herkenning ook op nieuwe toepassingsgebieden zoals foutdetec­tie en -diagnose, maatschappelijke problemen, onder­steuning van besluitvorming, financiële be­slisproblemen en planning- en schedulingproblemen.

Informatie: prof.ir. H.B. Verbruggen (E-mail: verbruggen@et.tu­delft.nl) of dr.ir. J.C.A. van der Lubbe (E-mail: vdlub­be@et.tudelft.nl), TU Delft, faculteit der Elektrotechniek, postbus 5031, 2600 GA Delft, fax (015) 278 66 79.

 

 

 

 

 

(KADER)

Fuzzy regelaar

 

Bij een PID-regelaar staat ‘P’ voor het stuursignaal dat evenredig, proportioneel, is met het foutsignaal. De ‘I’ staat voor de regelactie ‘integreren’: de regelaar kijkt terug in de tijd naar het verloop in het verschilsignaal door dit te integre­re­n. Op den duur zorgt deze regelactie ervoor dat het foutsignaal nul wordt. De ‘D’-regelac­tie differen­tieert het verschil­signaal: het meet de komende verandering en stemt daar de sturing op af.

In een PID-regelaar kunnen echter geen vage causaliteiten tussen subjectieve noties worden opgenomen zoals ‘als water te heet, dan een beetje koud bijmengen’. Daarvoor is vage logica nodig.

Op 19 april 1996 had in Leeuwarden een symposium plaats, georgani­seerd door de Noordelijke Hogeschool Leeuwarden, waar prof.ir. H.R. van Nauta Lemke, oud-hoogle­raar regeltechniek in Delft en in Nederland sinds begin jaren zeventig pleitbezorger van vage logica, de werking van een (willekeu­rige) vage regelaar uiteenzette.

Het voorbeeld heeft betrekking op een eenvoudig proces met een enkele in- en uitgang, geregeld door een fuzzy regelaar (afbeel­ding 1) die gebruik maakt van een proportione­le en een differenti­ërende regelactie. Van belang zijn het verschilsignaal E en de afgeleide dE. E is het verschil tussen de gemeten en gewenste waarde terwijl dE de verandering weergeeft van E. Beide worden gemeten en als ingangssignaal voor de regel­aar ge­bruikt, terwijl de uitgang U van de regelaar de (bij)sturing is van het proces.

Aangezien de meetwaarden E en dE in geval van een technisch proces niet vaag zijn maar hard, of crisp, moeten de grootheden eerst worden geclas­sificeerd, dat wil zeggen worden onder­gebracht in vage verzame­lingen. Die verzamelingen komen over­een met subjectieve noties zoals ‘groot’ en ‘klein’. Een meetwaarde is dan zowel groot als klein, maar in een verschillen­de mate die varieert van 0 tot 1 (of 0 % tot 100 %). De waarde is bijvoor­beeld met een mate van 0,4 ‘groot’ en een mate van 0,8 ‘klein’; de verschillende lidmaatschapsfuncties zijn niet elkaars complement, hun som hoeft niet atijd 1 te zijn.

We gaan er in dit voorbeeld vanuit dat vijf vage verzamelingen worden gedefi­nieerd voor zowel het signaal E als de afgeleide dE (afbeelding 2). De namen van die verzamelingen zijn negatief groot (NB), negatief klein (NS), ongeveer nul (Z), positief klein (PS) en positief groot (PB).

De sturing U wordt geclassificeerd in zeven vage verzamelin­gen (afbeelding 3): negatief groot (NB), negatief gewoon (NM), negatief klein (NS), ongeveer nul (Z), positief klein (PS), positief gewoon (PM) en positief groot (PB).

Het kennissysteem bevat de logische kennis over de besturing van het proces, in de vorm van kennisregels die vertellen wat er moet gebeuren in termen van ‘al­s-dan’-regels: ‘Als A, dan B’ Een voor­beeld van een dergelijke kennisregel is: als de fout E positief klein (PS) is en de veran­dering van de fout, dE, is onge­veer nul (Z), dan moet de sturing U positief klein (PS) zijn.

Tegelijkertijd kan op de gemeten waarde E echter ook een andere kwali­ficatie van toepassing zijn, zij het doorgaans in een andere mate of met een andere lidmaatschapsfunctie. Bijvoorbeeld: E is positief groot. Zoiets geldt ook voor dE: die waarde kan tege­lijker­tijd posi­tief klein zijn. Er zijn derhalve ook gelijk­tijdi­g meer kennisregels van kracht, zij het in verschil­lende mate. De geldigheid van de gelijktijdige regels, in casu de stuurwaarde U die uit elke regel voortvloeit, wordt eveneens gewogen in ‘waarheidsgraden’ van 0 tot 1. Uit die weging wordt uitein­delijk een definitieve ‘harde’ stuurwaar­de herleid.

Zowel E als dE behoren elk tot vijf vage verzame­lin­gen en dus zijn 25 kennisregels mogelijk, gerangschikt in een matrix (afbeelding 4). Meer informatie bevat het toe­standsvlak (afbeelding 5) waarin E en dE tegen elkaar zijn afgezet. De gear­ceerde stroken zijn de geleidelijke overgangen tussen de vage verzamelingen. De romeinse en arabische cijfers duiden de vage verzamelingen aan van E respectievelijk dE, de letters die van U.

Het zogenoemde ‘inferentiesysteem’ bepaalt welke van deze 25 regels in een bepaalde situa­tie van belang zijn. Voor de waarden van E en dE op tijdstip 1, E1 en dE1 zijn twee regels relevant waar­bij de lidmaatschap­s­functie tussen haakjes staat:

-als E is positief klein (0,75) en dE is positief klein (1), dan is U positief medium;

-als E is positief groot (0,25) en dE is positief klein (1), dan is U positief groot.

De geldigheid van de regel, in casu van de voorgeschreven stuuractie U, is uit oogpunt van voorzichtigheid doorgaans gelijk aan de laagste waarde van de twee lidmaatschapsfuncties die horen bij E en dE. Hoe de waarden van E en dE worden getransponeerd naar U is te lezen in afbeelding 6.

Een tweede taak van het kennissysteem is: uit de geldigheid van de relevante kennisregels de resulterende sturing berekenen. U wordt als het ware bepaald uit een gewogen gemiddelde van de sturing die door de actieve regels wordt voorge­schre­ven. Een manier is de zwaartepuntmethode. We nemen de omtrek­ken van de twee grafieken die de verzamelingen U is positief klein en U is positief medium weergeven. Deze grafieken toppen we af op achtereenvolgens 0,75 en 0,25. Van de samengevoegde figuur die zo ontstaat nemen we het zwaartepunt; dát nu komt overeen met een harde, specifie­ke, stuurwaarde U.

 

 

(BIJSCHRIFTEN TEKENINGEN KADER)

 

Afb. 1

 

Afb. 2

 

Afb. 3

 

Afb. 4

 

Afb. 5

 

Afb. 6

Sport in beeld: steeds meer computerplaatjes (1994 11)

sportinbeeld

 

 

Hieronder een gedateerd verhaal maar wel een mooi technisch tijdsbeeld. Voor de actualiteit, klik op de link hier: http://www.dutchview.nl/nl/welovetv/martijn_lindenberg_dichter_op_de_sport/

1994 11

(Rubriek)

OMSLAGARTIKEL

 

(Streamer)

EUROPESE TV TERUGHOUDENDER MET INFORMATIE + REGISSEUR MARTIJN LINDENBERG GEEFT ZIJN VISIE + TELEVISIEGRAFIEK AFGELEID VAN GRAFISCHE AUTOMATISERING

 

(Bovenkop)

Cumulatie van informatie tijdens grote sportevenementen

 

(Kop)

Sport in beeld: steeds meer computerplaatjes

 

(Intro)

Het WK voetbal is losgebarsten. Naast spectaculaire doelpunten vanuit verschillende ooghoeken, wordt het tv-beeld steeds meer gevuld met computergrafieken. Amerikanen zijn verzot op zulke statistische gegevens. Het verzamelen van alle informatie is puur handwerk. – Erwin van den Brink –

 

(Credit auteur)

De auteur is redacteur van ‘De Ingenieur’.

 

 

We gaan een zomer vol sport op de televisie tegemoet. Tour de France en Wimbledon krijgen dit jaar gezelschap van het wereldkampioenschap voetbal. Wat deze editie van het WK voetbal uniek maakt is dat het plaats heeft in de Verenigde Staten van Amerika – voor ons Europeanen het land van de andere maten en verhoudin­gen in technisch én in cultureel opzicht.

Anders en vaak groter. Overdadige consumptie manifesteert zich niet alleen in het larderen van hamburgers met veel tomatenketchup, maar ook in veel en overdadige televisie. In het land waar de meeste televisies aanstaan (of er ook voortdurend wordt gekeken, is vers twee) kun je op elke hotelkamer via ten minste vijftig kanalen de hele Wereld doorzappen. De lokale file-in­formatie via een mooi kaartje in beeld, evenals de burgeroorlog in Jemen.

Wat opvalt is dat steeds meer van de informatie op televi­sie wordt aangeboden in de vorm van getekende plaatjes in plaats van in gefilmde beelden. De stand up van een ver­slag­gever op de plaats van het ongeluk wordt tegenwoordig al snel ingewisseld voor een computergraphic van de toedracht van het ongeluk, al dan niet bewegend als een animatiefilm.

Evenals het bord eten in een Kentucky Fried Chicken wordt bij het presenteren van graphics in vooral sportprogramma’s kennelijk het principe gehuldigd dat het pas goed is als het heel veel is. De overkill aan informatie in de Amerikaanse sport komt in eerste instantie vanaf gigantische elektronische displays die tot de vaste uitrusting van elk stadion behoren. Bij elk spelmoment lichten die de complete professionele doopceel van de betrokken spelers. In dé Amerikaanse sport, honkbal, is de prestatie van de club toch vooral een optelsom van individuele prestaties. De doorsnee honkballiefhebber laat zich graag voorstaan op een encyclopedische kennis van zijn idool. De Europese voetballiefhebber is het meer te doen om het ‘clubgevoel’, de bewondering voor het collectief, het elftal.

De prestatie van het voetbalelftal is ondeelbaar. Een topscorer is afhankelijk van goede voorzetten, zelden van een brilj­ante soloactie. De prestatie van het honkbalteam is wél deel­baar. Een home run kan op het conto van een zeer goede slag worden geschreven. Honkbal genereert dus veel meer sportinfor­matie. Amerikanen zijn in het algemeen verzot op zulke infor­matie en daarom flitsen voortdurend computergraphics door het beeld.

 

Puur handwerk

Omdat zij zich het in beeld brengen van sportevenementen niet meer kunnen voorstellen zonder al die in animaties vervatte sportstatistiek, zijn Amerikaanse televisieproducenten naarstig op zoek naar prestatiegegevens van Europese voetballers. Europese televisiemakers springen echter veel terughoudender om met die techniek.

‘Bij grote evenementen zoals de Olympische Spelen en WK’s zie je een cumulatie van informatie, omdat de commercie dat zo inte­res­sant vindt’, zegt NOS-regisseur Martijn Lindenberg, die door de Amerikanen is gevraagd om de uitzending van vijf WK-wed­strij­den te verzorgen. ‘In Nederland zijn wij daar erg terug­houdend in. Wij laten niet zien hoeveel corners iemand heeft gemaakt, hoevaak iemand buitenspel heeft gestaan. Dat is ook zinloze informatie. Wie interesseert dat nou? Die informatie komt bij mij tijdens het WK in Amerika (Orlando) niet in beeld. Ik vind het daarentegen wél zinnig om te laten zien dat van 45 minuten maar 23 minuten zuiver is gespeeld.’

Het verzamelen van zulke informatie tijdens een wedstrijd is puur handwerk, weet Hans Bijlsma, die bij het NOB de computergrap­hics maakt voor de sportuitzendingen van allerlei omroepen. Voor zulke informatie moet er worden geklokt door eigen waarnemers. Voor het snel in beeld laten verschijnen van de gegevens is dan wél al een hoop voorwerk gedaan.

MartijnLindenberg_televisie_sport
Regisseur Martijn Lindenberg, 2015 (via www.dutchview.nl) http://www.dutchview.nl/nl/welovetv/martijn_lindenberg_dichter_op_de_sport/

 

Bijlsma: ‘Bij de marathon in Rotterdam hadden Philips en de Avro vier jaar geleden een giganti­sche database gemaakt met daarin de gegevens van alle 40 000 lo­pers: naam, nummer waar iemand vandaan komt. Ze wilden de klok in beeld. Ik heb een mooi con­traste­rend ontwerp gemaakt voor de digitale presentatie van de tijd­waarneming. Die pre­sentatie werd aangestuurd door de Philips-­tijdwaarne­ming. Dus ik kreeg een puls en zette die om naar mijn karaktergenerator.’ De karaktergenerator is een soort gecompu­teriseerde kruising tussen ‘letterkast’, schilderspalet en tekenbord, waarmee de computer­graficus in het televisiebeeld aan de slag gaat.

 

Veel voorbereiding

Televisiegraficus Arend Tolner uit het Drentse Vries is een pionier die zich helemaal heeft gespecialiseerd in sportuitslagen. ‘Het programma om karakters (cijfers en letters) in beeld te krijgen, heb ik in eerste instantie helemaal zelf geschreven.’ Tegenwoordig is dergelijke software, maar dan veel verfijnder, de kern van de karaktergenerator. Zowel Tolner als het NOB gebruiken een Amerikaanse Chyronmachine als generator. Tolner: ‘Wij schrijven nu alleen nog de software voor de interface tussen de karak­terge­nerator en de uitslagen­computer.’ Met de interface ver­werkt Tolner scores en tijden tot beeldpresentaties. ‘De hele klassementssys­tematiek zoals bij schaatskampioenschappen, waar prestaties op ver­schil­lende afstanden verschillend meetellen in het puntento­taal, hebben wij voorgeprogrammeerd.’

Bijlsma: ‘Eigenlijk vergen al die sportevenementen gigantisch veel voorbe­reiding; op het moment van de uitzending hoort alles via de computer oproepbaar te zijn. Voor de uitzending van de Marathon van Rotterdam hebben we van de eerste duizend lopers naamtitels gemaakt en van ongeveer twintig lopers profielschetjes. Ik heb een pro­gramma dat voor mij al die gegevens in de karakter­generator typt. Dan heb ik die lopers op nummer staan. Daar schrijf ik een programaatje omheen, zodat als ik tijdens de reportage op 1 druk, ik alle gegevens krijg van loper nummer 1; als ik ‘P1’ en dan ‘enter’ druk, krijg ik het profiel van loper 1.’

‘Bij voetbal gaat het net zo. Op het moment dat de opstelling bekend wordt gemaakt, hebben wij een programma waarmee je rugnummers koppelt aan de plaats van opstelling die even­eens is genummerd.’

De televisiegrafiek is afgeleid van de grafische automatisering. In ouderwetse grafische termen kun je de uitsla­gen­compu­ter be­schouwen als de te zetten tekst, de karakter­ge­nera­tor als de letterkast – een in wezen passief instrument dus – en de interface als de ‘typografiemachine’ waarmee de graficus de tekst vormgeeft.

Bijlsma: ‘Ik kwam er achter dat je via een computer de keuze van de lettergrootte heel snel kon aansturen – de computer kon alleen maar het keyboard nadoen, dus keyboardemula­tie. Met een emulatiepro­gramma wisselde ik in een heel snel tempo forma­ten van een be­paalde letter, zodat je letters, maar ook klokjes kon laten verschij­nen en laten verdwijnen. ‘Stills’ werden plotse­ling animaties, bewe­ging.’

 

Cryptische taal

Inmiddels is televisiecomputergrafiek het ‘freakstadium’ zoals Bijlsma het noemt, wel ontgroeid. Het is een professionele markt geworden. Bijlsma: ‘Een karaktergenerator is een machi­ne die alleen letters en logo’s in beeld brengt en die wordt gestuurd door een Dos-machine met een program­meertaal er op – bij ons is dat toe­vallig Basic. Daarmee sturen we de karaktergenerator aan: wij zetten er de letter mee op de goede plek. Het ge­bruik van een computer gekoppeld aan de karaktergene­rato­ren is eigen­lijk uit zichzelf ontstaan. Het is een kwestie van er mee in de weer geweest zijn: goh, dit kun je er dus ook mee doen.’ Alleen de interface is nog het exclusieve domein van Tolner en Bijlsma.

Tolner: ‘Wat het werken steeds moeilijker maakt, is dat er voor het schrijven van de interface steeds nieuwe programmeertalen beschikbaar komen, die sneller werken maar abstracter zijn. Dat wil zeggen dat ze verder van de programmeur afstaan en dichter bij de processor.’ Een recente versie van een taal zoals ‘C’ (C++ voor Windows) verhoudt zich ten opzichte van Basic als telegramstijl ten opzichte van spreek­taal. Hoe meer de ‘voca­bu­laire’ wordt ingedikt, des te crypti­scher wordt de taal, maar des te minder rekentijd is nodig voor het verwer­ken van in­structies – er kunnen dus meer instructies worden gegeven.

Tolner: ‘Het is een kwestie van veel dikke boeken lezen en dus heel veel parate program­meertaalkennis hebben. Als je een jaar uit deze busi­ness bent, ben je de aansluiting met de ontwikkeling voorgoed kwijt.’

 

Animatiemachine

En dan te bedenken dat het hele verschijnsel acht jaar geleden nog niet bestond. Voordien werd er een camera op het scorebord gericht. De televisietechniek kende allang de mogelijkheid om op grond van kleur een uitsnede uit het beeld te maken die dan met een ander beeld kon worden gevuld: chromakey. Er wordt een bepaalde kleur verwijderd uit het videosignaal, zodat op de plek waar het beeld die kleur heeft een gat ontstaat waarin een ander beeld kan worden geprojecteerd.

Vroeger werd de techniek van ‘superimpose’ toegepast, waarbij het beeldsignaal plaatselijk wordt ‘overschreeuwd’ door een videosignaal met de maximale waarde die een dergelijk signaal kan aannemen en die overeenkomt met wit. Men kan zich dat voorstellen als een beeld dat men over het oor­spronkelijke beeld heendrukt: een transpa­rant vel waarop je letters drukt en dat vel leg je over een beeld heen waardoor er tekst ‘in beeld’ komt. Zo werken de videocamera’s. Het is een ouderwetse en de goedkoopste manier om tekst over een videobeeld heen te zetten. Het nadeel is dat maar één kleur mogelijk is: wit.

Vervolgens kwam de techniek die ‘helderheidskey’ wordt genoemd. De beelduitsnede wordt gemaakt met behulp van het deel van het luminantiesignaal waarin de lichtwaarde van het beeld is gecodeerd. Het nadeel was dat in die uitsnedes wel kleurige maar geen donkere teksten gezet konden worden: schaduw en dieptewerking was niet mogelijk.

Tegenwoordig wordt het videosignaal zélf rechtstreeks door de karaktergenerator vervormd met een keysignaal, zogenoemde extern key. Dezelfde karaktergenerator geeft synchroon een complementair fill-signaal waarmee het ‘sleutelgat’ wordt opgevuld. De key is de beelduitsnede, het fillsignaal de letter of het cijfer dat achter het beeld wordt gehouden. ‘Key’ is als het ware een ‘sleutelgat’ in het beeld. Alleen wat zich recht achter dat gat bevindt, is te zien. Een vereiste is dat het fill-signaal gelijktijdig met het keysignaal het videosignaal moet bereiken. Gebeurt dat niet, dan verschuift het karakter ten opzichte van het sleutelgat en treedt contourverstoring op.

In plaats van één beelduitsnede waarin één karakter past, is ook een complex patroon van heel veel uitsneden denkbaar, waarachter een complementair patroon wordt geprojecteerd. Op die manier ontstaat de suggestie van halfdoorschijnende illustraties waarachter de levende beelden gewoon zichtbaar blijven.

Dat lukt alleen goed met een ‘echte animatiemachine’ zoals de Chyron Infinite, die enkele honderdduizenden gulden kost. Die heeft een Motorola 6800020-processor met de mogelijkheid van upgrade naar een 6800040, de snelste Motoro­la-processor.

Afgezet tegen de produktiekosten van levende beelden is de inves­tering in een karaktergenerator uiterst bescheiden. Omdat computer­graphics steeds meer zendtijd vullen, moet televisie maken zo haast wel goedkoper worden.

 

 

 

 

(BIJSCHRIFTEN)

NOS-regisseur Martijn Lindenberg: ‘Ik vind het wél zinnig om te laten zien dat van 45 minuten maar 23 minuten zuiver is gespeeld.’

(Foto’s: Michel Wielick, Amsterdam)

 

 

Hans Bijlsma, die bij de NOB computergrafieken maakt voor sportuitzendingen: ‘Al die sportevenementen vergen gigantisch veel voorbe­reiding; op het moment van de uitzending hoort alles via de computer oproepbaar te zijn.’

 

 

(BIJ MIDDELSTE TWEE DIA’S VAN ZES)

Een computergrafiek (rechts) kan op elk gewenst moment tijdens de wedstrijd in beeld worden gebracht (links). Deze montage is ter illustratie speciaal voor ‘De Ingenieur’ nagedaan; de wedstrijd past in dit geval niet bij de grafiek, zoals de ware voetballiefhebber direct zal opmerken.