Luftaufnahmen mit Funk-Kameras

Andreas Fischer (FlugFisch)

Funk-Kameramodule - Was gibt der Markt her?

Der Markt bietet inzwischen eine Vielfalt kompakter Kameramodule in unterschiedlicher Bauweise und Qualität, mit oder ohne Tonübertragung und auch in unterschiedlichen Frequenzbereichen, meist 1.2GHz und 2.4GHz. Bei den Internet-Auktionshäusern findet man eine unübersichtliche Flut von Angeboten. In einer Preisklasse von 50 bis 250 Euro bleibt es schwierig, die Übersicht zu behalten.

Die meisten Kameras haben extrem weitwinklige Pinhole-Objektive, welche eine sehr eingeschränkte Bildqualität liefern, dafür aber nicht von Hand nachfokussiert werden müssen. Die PAL-Auflösung ist natürlich nicht mit der Bildqualität von Digitalkameras zu vergleichen. Einige Systeme, wie z.B. das EZ DIY Nr. V42263 von Kingfishers (zu beziehen u.A. über Conrad, ELV, Securitec-Gerlach) hat bereits ein "richtiges" Objektiv, ist aber auch etwas teurer.

Kompakte Kameramodule - legal, illegal, sch....egal?

Fernmeldetechnische Zulassung: Vor dem Kauf sollte man sich unbedingt vergewissern, dass das Gerät entsprechend den nationalen fernmeldegesetzlichen Regelungen betrieben werden darf. Das ist bei vielen Billig-Angeboten im 1.2GHz-Bereich in Deutschland nicht der Fall! Jetzt könnte man meinen, dass das niemandem auffällt. Erwischt werden ist aber teuer. Auch ich wurde schon einmal von einer Polizeistreife kontrolliert. Neben meiner Fernsteuerungsgenehmigung ist den Beamten auch die Funkkamera am Modell aufgefallen, und auch für diese wollten sie die Zulassung sehen, die ich natürlich vorweisen konnte. Ebay gibt angeblich inzwischen auf Anfrage den Behörden die Adressen der Käufer nichtzugelassener Kameras bekannt, also Vorsicht.

Luftbildfreigabe: Die noch vor Jahren erforderliche Freigabe von Luftaufnahmen durch die Behörden (vielleicht erinnert sich noch jemand an die im Fernsehen immer unten eingeblendeten Freigabenummern) ist seit einiger Zeit nicht mehr erforderlich. Gezielte Aufnahmen von Privatpersonen, Werksgeländen, Militäranlagen usw. müssen aber nach wie vor von den "Zielen" explizit erlaubt werden. Spanner und Spione sind unerwünscht

Störung der Fernsteueranlage durch den Videosender?

Bei ordnungsgemäßem Einbau der RC-Anlage und angemessener räumlicher Trennung vom Videosender besteht kein Grund zur Besorgnis. Reichweitentests mit und ohne Videosender ergaben keinen Einfluss auf die Signalqualität. Selbst wenn Funkmodul und sonstige Bordelektrik nicht galvanisch getrennt sind, habe ich bisher keine Situation provozieren können, bei dem ein Einfluss auf die RC-Anlage zu spüren gewesen wäre. Dennoch sollte man sich die Mühe machen, geeignete Entstörmaßnahmen zu treffen (Abblock-Kondensatoren, Ferritkerne usw.), wie man das z.B. auch bei Modellen mit elektronischer Zündung durchführt.

Funkübertragung - brauche ich das wirklich?

Zunächst muss sich der Anwender fragen, ob er wirklich eine Funkübertragung des Videosignals braucht, oder ob er nur gelegentlich ein paar kleine Filme aufnehmen will. Im letzteren Fall ist man sicher besser beraten, eine kleine, kompakte Digitalkamera zu erwerben, z.B. die GSmart Mini3, und die Filme direkt an Bord des Modells aufzuzeichnen. Diese Methode ist einfach und kostengünstig, erfordert keine "bodenständige" Infrastruktur und hat keine Probleme mit Reichweite und Übertragungsqualität. Die Funkübertragung lohnt sich nur dann, wenn man 25FPS Bildwiederholungsrate braucht, längere Zeit aufnehmen möchte oder ein Live-Bild am Boden braucht, z.B. zum Fliegen nach Kameraperspektive oder für andere Experimente...

Größenvergleich Gsmart Mini3 und Kompakt-Funkvideokamera

Vorteile Digitalkamera:

  • Geringerer Preis (ca. 60 Euro)

  • Keine Infrastruktur zur Aufzeichnung am Boden erforderlich, dennoch ca. 5 Minuten Aufnahmezeit

  • Weniger weitwinkliges Objektiv

  • Kann auch für Standbild (Photographie) verwendet werden

  • z.T. bessere Blende

  • Keine Reichweitenbegrenzung

Vorteile Funkvideo:

  • 25 FPS Bildwiederholrate (flüssigere Bewegungsabläufe)

  • Geringeres Gewicht

  • Verwendbarkeit für Live-Übertragung

  • Lange Aufnahmezeit

Bildqualität der Kamera

Eine objektive Bewertung der Bildqualität der Funkvideokamera-Module ist nur schwer durchzuführen. Die theoretische Auflösung beträgt ca. 380 TV-Linien, jedoch ist es fraglich, ob diese infolge der einfachen Objektive voll nutzbar sind. Im Folgenden habe ich versucht, einen kleinen, vielleicht doch etwas hinkenden Vergleich aufzustellen: Das erste der drei folgenden Bilder stammt aus einem am Boden aufgezeichneten Film aus dem Funk-Videomodul. Das mittlere ist ein eingefangenes Einzelbild aus der Filmaufzeichnung mit der Gsmart Mini3 Digitalkamera. Das untere ist ein im Flug mit niedriger Auflösung (640x480) geknipstes Digitalphoto mit o.g. Digitalkamera. Ich habe alle Bilder auf 360 Pixel Breite skaliert, um einen Vergleich zu ermöglichen.

Die offensichtlich beste Qualität erreicht man mit dem Digitalphoto, jedoch eben nur als Einzelframe. Die beiden Video-Captures sind qualitativ ähnlich mit leichten Vorteilen beim Video-Funkmodul. Diese hat auch eine bessere zeitliche Auflösung (25 FPS) und läuft quasi ruckfrei. Die Videokamera ist deutlich weitwinkliger. Am Ende der Seite gibt´s ein paar Videos zum Vergleich der beiden Video-Methoden.

Sendeleistung und Reichweite

Reichweiten-Angaben der Händler sind meist unter idealen Bedingungen angegeben, welche wir beim Betrieb im Flugmodell nicht unbedingt vorfinden. Auch die Leistungsangaben sind irreführend. Speziell bei den Kameramodellen mit mehreren hundert mW Sendeleistung, die dann im Betrieb komischerweise auch nur mit 300m Reichweite angegeben sind, wird oftmals die Gleichstrom-Eingangsleistung des Gesamtmoduls angegeben anstatt der sehr viel kleineren reinen Sendeleistung. Bereits ein 8mW-Sender erreicht unter guten Bedingungen Reichweiten, die für den Einsatz in kleineren, langsameren Flugmodellen ausreichend sind. Für Anwendungen in großen Höhen und hohen Qualitätsansprüchen wird man kaum daran vorbei kommen, Kamera und hochwertigen Sender getrennt zu erwerben. Die kleinen Kompaktmodule sind dafür nicht geeignet.

Um ein Maximum an Reichweite der Funkverbindung zu erreichen, empfiehlt sich eine freistehende Montage des Empfängers auf einem Stativ. Einige Empfänger besitzen bereits das dafür erforderliche Gewinde. Je nach Empfängertyp verfügt dieser entweder über eine im Gehäuse integrierte Antenne mit Richtcharakteristik oder über eine externe Antenne mit richtungsunabhängigen Empfangseigenschaften. Antennen mit Richtcharakteristik werden vor dem Flug auf den Bereich ausgerichtet, in dem sich später das Modell vorwiegend aufhält. Auch eine manuelle Nachführung der Antenne durch einen Helfer ist denkbar. Antennen ohne Richtcharakteristik werden am Stativ freistehend, senkrecht und möglichst hoch angebracht. Hindernisse, z.B. in unmittelbarer Nähe stehende Autos, Fangzäune oder Personen können eine Verminderung der Reichweite bewirken.

 

Stativmontage des Empfängers (vom Modell aus photographiert)

In hartnäckigen Fällen kann man sich auch Gedanken über den Selbstbau einer verbesserten Empfangsantenne machen. Die einfachste Lösung, Anbringung der bestehenden Antenne im Brennpunkt einer Satellitenschüssel, vergrößert die Reichweite deutlich, erfordert aber eine genaue Ausrichtung der Antenne auf das Modell. Es ist besser, die Antenne etwas dichter an die Schüssel heranzubringen. Dabei verkleinert sich zwar der Antennengewinn, aber der Öffnungswinkel vergrößert sich, was die Ausrichtung auf das Modell vereinfacht. Auch komplette Antenneneigenbauten sind möglich, dafür sei auf die umfangreiche Literatur im Amateurfunkbereich (Stichworte GHz, Mikrowellenantenne und ATV-Antenne für die Internet-Suchmaschine) verwiesen.

Stromversorgung - Vorsicht Lebensgefahr!

Bei der Versorgung des Kameramoduls finden sich in den Gebrauchsanleitungen und auf den Beschriftungen der Geräte teilweise irreführende Angaben. Bei einigen Modellen wird ein weiter Bereich der Versorgungsspannung angegeben, wie in folgendem Bild zu sehen ist:

Gleichzeitig warnt bei einigen Kameramodulen ein Schild am Stecker des Kameramoduls davor, diesen zu entfernen - aus gutem Grund: in diesem Stecker ist oftmals ein 5V-Festspannungsregler integriert. Wird der Stecker entfernt und das Modul mit mehr als 5V betrieben, kann das zur Zerstörung der Kamera führen. Da der Stecker aber schwer und unhandlich ist, soll ggf. eine andere Lösung her. Eine typisches 10mW-Kameramodul hat eine Stromaufnahme von ca. 140mA.

Folgende Möglichkeiten bieten sich bei Beibehaltung des Kamerasteckers an:

  • Versorgung aus beiliegendem Batteriekasten oder Clip (9V Block)
  • Akku 6 Zellen NiCd, NiMH, ab 120mAh
  • Akku 2 Zellen LiPoly, z.B. Kokam 145mAh

Entscheidet man sich dafür, das Modul unter Verletzung der Garantie ohne Kamerastecker zu betreiben, bieten sich folgende Möglichkeiten an:

  • Aufbau eines eigenen Festspannungsreglers (78s05 oder 2940CT) und Versorgung aus dem Antriebsakku (8-10 Zellen). Diese Methode hat sich bei mir sehr gut bewährt
  • Direkter Betrieb aus der 5V-BEC-Spannung des Flugreglers. Dies erfordert ein entsprechend starkes BEC, die Kamera benötigt etwa soviel Strom wie 2 Servos, auch mit Entstörmaßnahmen sollte man nicht geizen.
  • Eigener, leichter Festspannungsregler mit getrennter Batterie/Akkuversorgung. (wie mit dem eigenen Stecker)

Der Aufbau eines eigenen 5V Festspannungsreglers ist zwar vergleichsweise einfach, erfordert aber schon gewisse Kenntnisse und Fertigkeiten. In jedem Fall muss die Anleitung genau studiert werden, und es ist auch empfehlenswert, mal die am Stecker anliegende Spannung zu messen.


Einfacher Festspannungsregler

Eine Ferritperle entspricht im großen und ganzen einer gewöhnlichen Perle, außer dass sie aus ferromagnetischem Material besteht. Wenn durch sie ein stromführender Leiter hindurchgeführt wird, verhält sie sich wie eine kleine HF-Drossel. Sie ist ein einfaches, bequemes und preiswertes Mittel, um wirksame HF-Abschirmung, HF-Entkopplung und Nebenwellenunterdrückung zu realisieren.

Warnung: Wenn man den Stecker kappt, verfällt der Garantieanspruch! Man sollte sich also sehr sicher sein, was man da tut.

Der winzige Selbstbau-Spannungsregler ist direkt am Sender angebracht

Die Stromversorgung des Empfängers ist oftmals für 12V-Versorgungsspannung ausgelegt, wobei intern auf ein geringeres Spannungsniveau abgeregelt wird. Der Betrieb aus einem gewöhnliche 8-zelligen Flugakku ist eine einfache und ausdauernde Alternative zur Autobatterie, da man dann den Empfänger nicht neben dem Auto positionieren muss, was zu Reichweiteneinbußen führen kann.

Geeignete Flugmodelle als Träger

Aufgrund des sehr geringen Gewichtes (typ< 20 Gramm) moderner Funk-Kameramodule sind auch kleinere Flugmodelle, z.B. in der Speed-400-Klasse, sehr gut geeignet. Die begrenzte Reichweite und große Öffnungswinkel der Kameraoptik lässt bei akzeptabler Bildqualität nur begrenzte Flughöhen und Entfernungen zu. Da man meist nicht nur karge Ackerlandschaft filmen will sondern auch mal eine Ortschaft o.Ä. ist es wünschenswert, ein leises und unauffälliges Modell zu verwenden, das möglichst weniger als 1.5kg wiegt, so dass der Betrieb in der Nähe von Ortschaften praktikabel und legal wird. Ich verwende zumeist einen Hochdecker-Eigenbau mit Speed400-Getriebeantrieb, der mit Kamerasystem nur 500g Gewicht auf die Waage bringt und bequem von jedem kurzen befestigten Weg oder Parkplatz gestartet werden kann. Um den Propeller-Moiree-Effekt zu vermeiden, ist der Einsatz von zweimotorigen Modellen oder Modellen mit Druckpropeller sehr effektiv. Klassische Kameraträger sind der TwinStar oder der Wingo, aber auch der TwinJet oder ähnliche Modelle kommen in Frage.

Kameramontierung

Beim Einsatz in Modellen mit Verbrennungsmotor oder im Hubschrauber muss eine saubere mechanische Entkopplung zwischen Flugmodell und Kamera erfolgen, damit die Kamera nicht den Vibrationen des Modells ausgesetzt ist. Bei Segel- und einfachen Elektroflugmodellen kann die Lagerung meist einfacher erfolgen. Ein zu hohes Vibrationsniveau macht sich in einem horizontalen "Wabern" des Funkbildes bemerkbar.

Bereits mit einfachen, selbstklebenden Klettbändern kann das leichte Kameramodul befestig werden. Allerdings sollte man in jedem Fall eine Verliersicherung (z.B. eine Schnur oder zugfeste Verkabelung) vorsehen.

Zwei Klettbandstreifen auf Flügel und Rumpf ermöglichen bei der "Nähmaschine" den schnellen Umbau der Kamerablickrichtung (vorwärts, rückwärts, seitwärts)

Die Haube eines Twinjet mit eingebautem Funk-Kameramodul. So hat die winzige Sendeantenne die optimale Abstrahlungsmöglichkeit. Die Kamera ist sicher gelagert und hat keine Propeller im Blickfeld.

 

Eine in Azimut und Elevation drehbare Kameramontierung kann leicht mit zwei Microservos verwirklicht werden, die einfach mit Kabelbindern zusammengezurrt sind. Die zugentlastete Verkabelung dient als Verliersicherung. Diese Minimal-Lösung kann aber nur bei vibrationsarmen Flugmodellen eingesetzt werden.

Mehr Bewegungsfreiheit durch Schwenk- und Neigungsservo.

Die "Nähmaschine" kann auch Videokamera und Digitalkamera gleichzeitig über das Zielgebiet tragen

 

Auch das ist möglich: Live-Einblendung des Kamerabildes in einen VR-Helm. Allein nach Kamerabild zu fliegen ist aber extrem schwierig und sollte niemals ohne Sicherheitspiloten erfolgen, der das Modell im Auge behält. Bei dem abgebildeten System wird mittels einer Microcontrollerschaltung sogar die momentane Blickrichtung des Helmträgers an die Fernsteuerung weitergegeben; die Kamera wird entsprechend der Blickrichtung des Piloten automatisch geschwenkt und geneigt.

Aufzeichnung des Videosignals - Oftmals ein Problem

Ein infrastrukturelles Problem stellt die Aufzeichnung des Videofilmes am Boden dar. Einige moderne Camcorder bieten die Möglichkeit, ein externes PAL-Signal einzuspeisen und aufzuzeichnen. Damit hat man die Möglichkeit, das Kamerabild vor dem Flug zu kontrollieren sowie die Fokussierung und Ausrichtung der Kamera einzustellen. Diese kompakte und elegante Lösung ist zugleich eine der teuersten. Günstiger sind spezielle Videorekorder für den Campingbereich, welche mit einer 12V-Spannungsversorgung arbeiten. Bastler können auf Flohmärkten oftmals recht günstig alte Kamera-Recorder erwerben, welche aus Zeiten stammen, als Videokameras noch schwer wie Blei waren, geschultert wurden und der Bandrekorder extern angeschlossen werden musste. Auch die Einspeisung des Videosignals in ein transportables Notebook mit geeigneter Hardware (TV-IN oder externe TV-Karte) ist möglich.

Detailprobleme - womit muss man rechnen?

Propeller-Moiree:

Blickt die Kamera durch den Propellerkreis, so treten starke, zeilenförmige Moiree-Muster auf, welche je nach Drehzahl sehr stark bewegt sind und flackern oder sogar scheinbar stillstehen können. Dieser Effekt ist für den Einsteiger zunächst interessant, stört aber langfristig doch bei der Benutzung der Kamera. Eine Platzierung, bei der die Kamera den Propellerkreis nicht im Bild hat, schafft Abhilfe.

Schwarze Löcher und Rotstich:

Sehr helle Flächen, direktes Sonnenlicht oder Reflexionen überfordern die meisten einfachen Kameramodule. Die entsprechenden Bildbereiche werden von der Kamera einfach schwarz ausgeblendet, und die Sonne erscheint im Film als schwarzer Fleck. Im Widerschein dieser Lichtquellen kommt es oft zu intensiven Farbstörungen. Wenn man diese (teilweise recht interessanten) Effekte vermeiden will, ist es sinnvoll, Flugaufnahmen zu einer Tageszeit mit hohem Sonnenstand durchzuführen und die Blickrichtung der Kamera eher auf den Boden zu richten. Optimale Bedingungen findet man bei einer teilweisen Bewölkung, wenn die Sonne gerade hinter den Wolken ist. Bei geschlossener, dichter Wolkendecke wird das Kamerabild recht schnell kontrastarm.

Tunnelblick und gekrümmter Horizont:

Fast alle Funk-Kameramodule sind mit einer sehr weitwinkligen Kamera ausgestattet. Daraus resultiert insbesondere bei hellem Bild ein gewisser Tunnel-Blick, bei dem im Außenbereich des Bildes eine kreisförmige Dunkelzone vorhanden ist (Vignettierung). Das Bild wird zum Bildrand hin verzerrt (Fischaugen-Effekt), so dass gerade Linien und der Horizont gekrümmt erscheinen, sobald sie nicht durch die Bildmitte verlaufen. Für die etwas teureren Kameramodule gibt es im Handel Wechselobjektive mit geringerem Öffnungswinkel, die zwar diesen Effekt reduzieren, aber auf Grund der längeren Brennweite tendenziell wackeligere Bilder liefern. Eine Nachbearbeitung mit einem Videobearbeitungsprogramm kann den Effekt mildern, aber nicht beseitigen.

Blende:

Deutlicher Schwachpunkt vieler Kameramodule ist die Blende. Bereits bei peripherer Einstrahlung einer hellen Lichtquelle wird die Helligkeit soweit abgeregelt, dass ein extrem kontrastarmes und dunkles Bild entsteht. Dies geschieht auch, wenn die Lichtquelle gar nicht mehr im eigentlichen Bildbereich ist. Erste Versuche mit "Scheuklappen" bringen ermutigende Ergebnisse.

Videobeispiele

Hier nun einige Beispiele zum Download. Die Videos sind mit dem DivX5-Codec komprimiert, der unter www.divx.com kostenlos heruntergeladen werden kann. Bitte einfach auf die Bilder klicken, um das Video herunterzuladen (ggf. lange Ladezeiten).

Achtung: Bei den hier gemachten Luftaufnahmen wurde für Demozwecke bewohntes Gebiet überflogen. Das ist zwar mit dem verwendeten Parkflyer-ähnlichen Modell zwar nicht zwingend illegal, sollte aber bitte nicht nachgeahmt werden. 

Video aus Funkübertragung mit Kingfisher Farbkameramodul, 25FPS, 9MB

On-Board Aufzeichnung mit GSmart Mini3 Digitalkamera 10FPS, 2MB

10FPS-Version des ersten Videos, 3.5MB

Weitere Videos unter www.micro-rc.de.vu

Fazit

Onboard-Videoaufnahmen mit Funk-Videomodulen bieten eine Menge Spaß und ein weites Einsatzspektrum. Die Ansprüche an die Bildqualität darf man allerdings nicht allzu hoch ansetzen, denn insbesondere mit billigen Pinhole-Kameras ist dann eine Enttäuschung programmiert. Für den nur gelegentlichen Einsatz im Flugmodell kann man mit simplen Digitalkameras einfacher und günstiger Film- und Photoaufnahmen machen, ohne dabei auf eine "Bodenstation" angewiesen zu sein. Für Aufnahmen mit hohem Qualitätsanspruch sind die kleinen Module nicht geeignet. Hier muss in eine bessere Kamera, einen Camcorder und in ein dem Mehrgewicht angepasstes Träger-Flugmodell sowie ggf. in einen getrennten Videosender investiert werden, was die Kosten vervielfacht.

 

Stand: 04.11.2003