Von Yasmin Elkalish

Wenn Sie schon einmal eine Drohne geflogen haben, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Ihnen irgendwann ein unnatürliches Wackeln in den Aufnahmen aufgefallen ist. Diese Verzerrung sieht typischerweise so aus, als hätte jemand während der Aufnahme die Kamera gerüttelt, und erzeugt einen Effekt, der als „Jello-Effekt“ bekannt ist. Das Symptom verdankt seinen Spitznamen seiner Ähnlichkeit mit dem beliebten Dessert, ist aber offiziell als Rolling-Shutter-Effekt bekannt.

Dieser Artikel erklärt, was den Jello-Effekt verursacht, die wichtigsten Unterschiede zwischen den Verschlussarten und wie Sie den Rolling-Shutter-Effekt beheben können.

Inhaltsverzeichnis

1. Ursachen des Jello-Effekts
   1. Propellerunwucht 
   2. Verschlussarten: Rolling-, Global- und mechanischer Verschluss
2. So beheben Sie den Rolling-Shutter-Effekt

Abbildung 1: Jello-Effekt in Drohnenaufnahmen einer Landschaft (Bob Hodge)

Ursachen des Jello-Effekts

Der Jello-Effekt in Drohnenaufnahmen wird hauptsächlich durch zwei Faktoren verursacht: die von der Drohne selbst erzeugten Vibrationen und die Methode, mit der der Kamerasensor der Drohne Einzelbilder aufnimmt.

Propellerunwucht und Vibrationen

Es ist bekannt, dass Propellerunwucht unerwünschte Vibrationen verursacht, die die Flugleistung der Drohne beeinträchtigen können. Neben der Flugleistung können Vibrationen auch andere Funktionen einer Drohne beeinträchtigen, wie die Luftbildvideografie und die Datenerfassung, die auf einen stabilen Videostream angewiesen sind.

Weiterführende Literatur: Wie man Propeller-Vibrationen bei UAVs reduziert

Drohnenkameras sind in der Regel an Gimbals montiert, die dazu entwickelt wurden, Mikrovibrationen zu absorbieren. Nicht alle hochfrequenten Vibrationen können jedoch gedämpft werden, und sie können zu verzerrten Kameraaufnahmen führen. 

Propeller- und Motorunwucht ist die häufigste Ursache für Instabilität und übermäßige Vibrationen. Ein unbalanciertes Antriebssystem beschleunigt den Verschleiß mechanischer Komponenten und trägt zu Ausfällen von Lagern und Motoren bei. Dadurch entsteht ein positiver Rückkopplungseffekt von Vibrationen, der sich auf die gesamte Drohne ausbreitet.

Dieses Video ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie dieser Effekt in Aktion aussieht. Bevor die Propeller rotieren, ist der Video-Feed klar und flüssig. Sobald die Propeller anfangen zu rotieren, bekommt das Bild einen Jello-Effekt, was den Zusammenhang zwischen Propellerstabilität und Videoqualität verdeutlicht.

Abbildung 2: Jello-Effekt, der mit einer Mini-Drohne am Boden aufgenommen wurde

Rolling-, Global- und mechanischer Verschluss 

Wir haben besprochen, was der Jello-Effekt ist und wann er auftritt, aber jetzt sehen wir uns an, warum er passiert. Alles hängt vom Kameraschluss zusammen.

Drohnenkameras können einen elektronischen Verschluss verwenden, wie einen Rolling- oder Global-Shutter, oder seltener einen mechanischen Verschluss, wie einen Bildebnen- oder Lamellenverschluss.

Rolling Shutter ist eine Auslesemethode, die häufig in Kameras mit CMOS-Sensoren verwendet wird, die aufgrund ihres geringeren Stromverbrauchs und ihrer Kosteneffizienz ideal für den Einsatz in Drohnen sind. Der CMOS-Sensor arbeitet, indem er das Bild Zeile für Zeile aufnimmt, ähnlich wie ein Tintenstrahl-Drucker.

Der Rolling-Shutter-Verzerrung ist jedoch letztendlich für den Jello-Effekt verantwortlich, der in Drohnenvideoaufnahmen zu sehen ist. Das Problem entsteht, wenn Vibrationen in der Drohne während der Bildaufnahme leichte Verschiebungen der Kameraposition verursachen. Da der CMOS-Sensor das Bild Zeile für Zeile aufzeichnet, kann sich die Szene bis zum Erreichen des unteren Bildrandes leicht verändert haben. Dies führt zum unerwünschten „Jello-Effekt“, der eine verzerrte und ungenaue Darstellung der realen Szene erzeugt.

Global Shutter wurde kürzlich in CMOS-Sensoren eingeführt und verwendet eine bessere Technik, die das gesamte Bild gleichzeitig statt nacheinander aufnimmt, wodurch die Probleme behoben werden, die dem Jello-Effekt zugrunde liegen. Laut Herstellern ist diese Technologie jedoch teuer und schwierig zu integrieren.

Infolgedessen verwenden nur die fortschrittlichsten Drohnenkameras einen Global Shutter.

Abbildung 3: Unterschiede in der Lichtexposition bei Rolling- und Global-Shutter.

Empfohlen für Sie: Testen von Einblatt-Propellern

Es gibt zwei Haupttypen von mechanischen Verschlüssen, die in DSLR-Kameras Standard sind. Bildebnenverschlüsse verwenden zwei Vorhänge, die über den Sensor gleiten: Der erste öffnet die Blende, um die Belichtung zu beginnen, und nach der festgelegten Belichtungszeit folgt der zweite in die gleiche Richtung, um sie zu schließen. Lamellenverschlüsse verwenden überlappende Lamellen, die sich vom Mittelpunkt des Sensors aus öffnen und schließen. 

DJI hat mechanische Verschlüsse zu seinen Phantom 4 RTK- und Mavic 3 -Serien-Drohnen hinzugefügt, um den CMOS-Rolling-Shutter-Effekt bei Vermessungs- und Kartierungsanwendungen zu beseitigen.

Während mechanische Verschlüsse die Probleme beseitigen, die mit dem Jello-Effekt verbunden sind, wird die MTTF ihrer beweglichen Teile immer noch durch übermäßige Vibrationen verschlechtert, sodass die Kamera weiterhin anfällig für eine durch Unwucht verursachte Leistungsminderung bleibt.

So beheben Sie den Rolling-Shutter- (Jello-) Effekt

Außer Sie sind bereit, viel Geld auszugeben, ist es schwierig, Rolling Shutter und seine Komplexität bei Drohnenkameras zu vermeiden.

Es gibt jedoch Modifikationen, die Sie vornehmen können, um den Effekt zu begrenzen. In Ihren Einstellungen können Sie versuchen, die Verschlusszeit zu verringern und Lichtfilter anzupassen, oder eine Stabilisierungssoftware für die Nachbearbeitung verwenden, um ihn zu glätten. Das gesagt, wird es nicht viel tun, um die eigentliche Ursache des Jello-Effekts zu beheben.

Sie können die eigentliche Ursache des Problems, die Vibrationen, beheben, indem Sie Ihre Gimbals aufrüsten oder Ihre Propeller ausbalancieren.

So balancieren Sie Ihre Propeller

Bei Tyto Robotics haben wir ein dynamisches Propeller-Balancing-System entwickelt, mit dem Benutzer Unwuchten in den Propellern und Motoren ihrer Drohne quantifizieren und korrigieren können.

In nur wenigen schnellen Drehungen können Benutzer eine ISO-Klasse-Ausbalancierung erreichen:

Abbildung 4: Dynamisches Ausbalancieren von Propellern durch Hinzufügen von Gewichten (Quelle)

Fazit

Der Jello-Effekt in Drohnenaufnahmen tritt auf, weil das Zeile-für-Zeile-Scan-System zur Bildaufnahme in den meisten Drohnenkameras verwendet wird. In Kombination mit hochfrequenten Vibrationen und schnell bewegten Objekten sind Verzerrungen in den Aufnahmen fast unvermeidlich.

Da Sie den Verslusstyp oder die Art der Szene nicht immer kontrollieren können, ist die beste Möglichkeit, Verzerrungen zu begrenzen, die Vibrationen zu reduzieren, die durch unbalancierte Propeller und Motoren verursacht werden, eine effektive Möglichkeit, die Videoqualität zu verbessern.

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Referenzen:

1. Phantom Pilots. Was verursacht den Jello-Videoeffekt? PhantomPilots-Website. Veröffentlicht 2016.https://phantompilots.com/threads/what-causes-the-jello-video-effect.86315/#:~:text=Unbalanced%20props%20are%20the%20most,there%20is%20more%20play%20with

2. Mosaic51. Rolling vs. Global Shutter: Kameraeffekte erklärt. Mosaic51-Website. Veröffentlicht 2022. https://www.mosaic51.com/technology/rolling-vs-global-shutter-camera-effects-explained/#:~:text=The%C2%A0consistency%20and%20accuracy%C2%A0of%20the%20images,%E2%80%98jello%20effect%E2%80%99%20or%20object%20segmentation

3. Wondershare Filmora. Wie man den Jello-Effekt und Rolling Shutter aus Luftvideo entfernt. Filmora-Website. Veröffentlicht 2022. https://filmora.wondershare.com/drones/remove-jello-effect-rolling-shutter-from-aerial-video.html

4. DJI Enterprise. Drohnen mit mechanischem Verschluss: Die Arbeit professioneller Vermesser. DJI Enterprise-Website. Veröffentlicht 2022. https://enterprise-insights.dji.com/blog/mechanical-shutter-drones#:~:text=The%20work%20of%20professional%20surveyors,provide%2C%20you%20need%20a%20shutter

5. Micrathene FPV. Der Jello-Effekt: Ursachen, Lösungen und Tipps für flüssige Videoaufnahmen. Micrathene FPV-Website. Veröffentlicht 2023. https://www.micrathenefpv.com/blog/the-jello-effect-causes-solutions-and-tips-for-smooth-video-footage

6. 2Bridges Productions. 5 praktische Tipps zur Behebung des Rolling-Shutter-Jello-Effekts in Luftaufnahmen. 2Bridges-Website. Veröffentlicht 2022. https://www.2bridges.nyc/nycblog/5-handy-tips-to-fix-rolling-shutter-jello-effect-in-aerial-footage/