Neue Aufhängung liefert wackelfreie HD-Bilder auch mit Drohnen
Ein elektronisch geregeltes Aufhängungssystem für Kameras, das gestochen scharfe Videobilder auch in Extremsituationen ermöglicht, haben Ingenieure der TU Wien entwickelt. Dabei ist das System um 70 % leichter als bereits existierende Systeme. Damit eignet es sich auch für spektakuläre Aufnahmen aus der Luft. Bei der aktuellen Tour de France wäre es ideal.
Sturz des deutschen Rennfahrers Tony Martin im Gelben Trikot bei der Tour de France, aufgenommen aus einem Hubschrauber für die Sportschau der ARD: Besonders im Sport bei schnellem Tempo sind wackelfreie Aufnahmen eine Herausforderung. Bei der Tour de France sitzen die Kameraleute in Hubschraubern, um das Rennen aus der Luft zu filmen. Mit der neuen Technik aus Wien lassen sich auch mit Drohnen gestochen scharfe Luftaufnahmen machen.
Foto: Sportschau/ARD
Ruhig kreist die Fernsehkamera im alpinen Hochgebirge um den mutigen Freikletterer in der Steilwand herum, zoomt ganz nah heran, die Schweißperlen auf der Stirn des Kletterers treten deutlich hervor. Gefilmt wird das alles vollkommen wackelfrei in High Definition von einer Kamera, die unter einer unbemannten Drohne montiert ist, die auch noch von rauen alpinen Höhenwinden durchgeschüttelt wird.
Das wirklich ganz besondere an dieser Vision ist, das sie nun Realität geworden ist. Wissenschaftler an der TU Wien haben gemeinsam mit der Firma Dynamic Perspective ein elektronisch gesteuertes Kamera-Aufhängungssystem entwickelt, das gestochen scharfe Videobilder auch in Extremsituationen ermöglicht.
Luftaufnahmen erfordern ein leichtes Kamerasystem
„Die einfachste Möglichkeit, Verwacklungen zu bekämpfen, ist ein möglichst schweres Kamerasystem zu bauen“, erklärt Alexander Schirrer vom Institut für Mechanik und Mechatronik der TU Wien. Denn eine schwere Kamera ist so träge, dass sie von Erschütterungen nicht merklich beeinflusst wird.
Die entwickelte Kamerastabilisierung liefert gestochen scharfe HD-Aufnahmen für Film und Fernsehen selbst bei dynamischen Flug.
Quelle: Dynamic Perspective
So etwas geht, wenn die Kamera zum Beispiel eine wüste James-Bond-Verfolgungsjagd auf einem Acker einfangen soll. Luftaufnahmen jedoch erfordern ein leichtes Kamerasystem. Das von den Forschern entwickelte System wiegt insgesamt 20 kg, andere Kamerasysteme kommen auf bis zu 100 kg.
Kardanische Aufhängung ist ein alter Hut
„Mit bis zu 70 % Gewichtsersparnis im Vergleich zu existierenden Systemen ist unser Gimbal der erste, der auf Ultra-Leicht-Fluggeräten und Drohnen eingesetzt werden kann – zusätzlich zu den herkömmlichen Einsatzbereichen wie Helikoptern, Kränen, Autos und Booten“, sagt Peter Morawitz von Dynamic Perspective. „Dabei können wir höchste Bildstabilität gewährleisten. Möglich ist das durch unsere Regelungssysteme.“
Es ist zum einen die kardanische Lagerung in zwei sich schneidenden zueinander rechtwinkligen Drehlagern, ein sogenanntes Gimbal, die bewirkt, dass die Kamera Neigungen der Umgebung nicht mitmacht. Verbreitet ist diese Art der Aufhängung zum Beispiel bei Kreiselkompassen an Bord von Schiffen. Die kardanische Aufhängung ist ein alter Hut. Sie ist benannt nach dem italienischen Arzt und Mathematiker Gerolamo Cardano, der sie im Jahre 1560 erstmals beschrieb.
Sensoren messen die Kameraposition im Millisekundentakt
Doch es ist vor allem die Regelungstechnik, die derart ruhige Videosequenzen auch aus extremen Situationen heraus ermöglicht. Dafür wird mehrere tausend Mal in der Sekunde von Sensoren die exakte Position der Kamera gemessen. Innerhalb von wenigen hundert Mikrosekunden berechnen die einprogrammierten regelungstechnischen Algorithmen die richtigen Korrekturbewegungen, die dann von elektromechanischen Aktoren umgesetzt werden.
Luftaufnahme am 14. Mai 2015 von den Unwetterschäden in der Gemeinde Affing in Bayern: Ingenieure der TU Wien haben eine Kameratechnik entwickelt, die auch wackelfreie Luftaufnahmen unter schweren Bedingungen mit Drohnen erlaubt. Selbst bei Stürmen sollen die Aufnahmen gestochen scharf sein. Die Aufnahme von Affing wurde aus einem Flugzeug aufgenommen.
Quelle: Mario Lindner/Luftsportverein Aichach/dpa
„Dafür waren zunächst umfangreiche Computersimulation nötig, dann konnten wir unsere Regelungstechnik mit Gyrokoptern in der Praxis testen“, beschreibt Alexander Schirrer den zweijährigen Entwicklungsprozess des neuen Kamerasystems und betont. „Sogar im dynamischen Flug, bei Vollzoom und mit voller HD-Auflösung liefert unser Setup gestochen scharfe Bilder. Wir erschließen damit einen Qualitätsbereich, den in diesem Anwendungssegment bisher noch niemand erreicht hat.“
Forscher denken an Sportaufnahmen
Die Wiener Forscher denken für ihr Kamerasystem weniger an Filmaufnahmen in Hollywood, wohnen Drohnen ebenfalls am Set schon eingesetzt werden, als an Sportaufnahmen. Denn im Gegensatz zum Kinofilm sind bei Sportaufnahmen keine Post-Produktions-Tricks in 3D oder langwierige Nachbearbeitungsschritte am Computer möglich. Im Gegenteil: „Das Filmmaterial muss bereits in perfekter Qualität aus der Kamera kommen und live gesendet werden können – und genau diese Möglichkeit wird durch unser System nun geschaffen“, sagt Schirrer stolz.
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