Panorama-Luftbildfotografie mit einer Drohne

Mehrere Bildergalerien dieser Website enthalten Panorama-Luftbilder (Beispiele: Rhein, Bibersee Marthalen). Wir zeigen hier, mit welcher Hardware diese aufgenommen wurden. Die Bildbearbeitung, insbesondere dem Rendern der Panoramen, wird später in einer weiteren Seite thematisiert.

Fluggerät und Kamera

Geflogen wurden die Luftbilder mit einer modifizierten Drohne «DJI Phantom 2». Sie trägt eine «Nikon Coolpix A» in einer selbst gebauten Halterung. 

In einer ersten Version flog die Kamera auf einer Plattform aus Balsaholz zwischen den Landekufen der Drohne. Die Kamera war im «normalen» Querformat und leicht nach unten ausgerichtet.

Aktuell fliegt die Drohne mit einer Tragkonstruktion zweiter Version aus Schaumstoff. Diese erlaubt den Einbau der Kamera im Hochformat (vergleiche technische Details unten).

Zum Eigengewicht der Drohne - ca. ein kg - trägt die Kamera 290 und die Tragkonstruktion weitere 60 Gramm bei. Die Phantom 2 fliegt mit diesem Gesamtgewicht von 1350 Gramm auf 500 m.ü.M. rund 15 Minuten.


Die Kamera wird im Hochformat geflogen, damit die Panoramaaufnahmen einen möglichst grossen Höhenwinkel abdecken. Die Breite der Panoramen wird durch Drehen der Drohne um die Vertikalachse bestimmt. Im Normalfall nehmen wir an einer bestimmten Fotoposition die gesamten 360 Grad auf.


Die im Hochformat eingesetzte Kamera ist von der Horizontalen um 15 Grad gegen unten gerichtet. Dadurch ist der Horizont meist mit guter Toleranz im Bild, und unten wird mehr Landschaft erfasst als bei horizontaler Ausrichtung.

Die Schaumstoff-Balsa-Halterung hat eine Mehrfachfunktion: Sie dämpft einerseits die Vibrationen der Drohne, andererseits schafft sie unter den Landekuven rund 5 cm zusätzliche Höhe; sonst hätte die Kamera im Hochformat nicht Platz.

Die Kamera wird von hinten in das Tragfach der Halterung eingefügt. Im Flug kann sie nicht herausspringen (Polster gegen das Batteriefach der Drohne). Alle notwendigen Bedienelemente der Kamera sind noch zugänglich.


Details zur Aufnahmetechnik

Während des gesamten Fluges löst der kameraintern vorhandene Intervall-Timer alle drei Sekunden eine Aufnahme aus. Die Drohne wird nach jeweils rund sechs bis zehn Sekunden horizontal leicht gedreht, damit der nächste Abschnitt des Panoramas aufgenommen wird. Dadurch entstehen in jeder Richtung mindestens zwei Bilder. Dies ist notwendig, weil Fotos unscharf werden, die genau dann ausgelöst werden, wenn die Drohne rotiert.

 

In den ersten Flugversuchen kam der Autofokus der Kamera zum Einsatz. Die funktionierte meist tadellos. Allerdings hat der Autofokus beim Zielen auf monotone Wasserflächen (See, Fluss) oder Wolken (Nebelmeer) mit dem Scharfstellen Mühe; zu viele Bilder kamen unscharf heraus. Inzwischen wird die Kamera fast nur noch mit manueller Scharfeinstellung geflogen (eine einzelne Kontrolle zu Beginn genügt; das Objektiv verdreht sich im Flug nicht).

Tiefer Nebel über dem Rhein zwischen Rüdlingen und Eglisau
Tiefer Nebel über dem Rhein zwischen Rüdlingen und Eglisau

Alle Aufnahmen erfolgen im RAW-Format. Bei gutem Wetter genügen meist 200 ASA um bei einer Blendenöffnung von 5.6 oder 8 Belichtungszeiten unter 1/500 Sekunden zu erzielen, was meist einwandfreie Bildschärfe ergibt. Blende und Belichtungszeit werden nach Versuchsaufnahmen am Boden fest eingestellt (Programm «M»), damit beim Rendern die einzelnen Panoramateile möglichst die gleiche Helligkeit aufweisen.

 

Die Nikon Coolpix A hat dank des grossen Sensors einen beträchtlichen Dynamik-Umfang. Auch in tiefen Schatten kann bei der Bildbearbeitung noch gute Detailzeichnung erzielt werden. Das Objektiv mit einer fixen Äquivalentbrennweite von 28mm zum KB-Format vignettiert etwas stark, was sich aber bei der RAW-Enwicklung leicht korrigieren lässt. Seine Abbildungsqualität ist ansonsten hervorragend, auch bei Offenblende.

Strategien beim Fliegen

Die Position der Drohne für die Panoramaaufnahmen wird normalerweise vor dem Flug durch Kartenstudium oder mithilfe von GoogleEarth geplant. Zu Beginn erfolgt meist ein sehr kurzer Probeflug, bei dem nur wenige Bilder aufgenommen werden, um die Eignung der Position der Drohne zu überprüfen.

 

Wenige Minuten Flugzeit genügen beim anschliessenden Fotoflug, um wie oben beschrieben ein 360 Grad-Panorama aufzunehmen. Bei wechselnden Licht- oder Windverhältnissen bewähren sich auch zwei Umdrehungen. Eine Batterieladung reicht üblicherweise für einen Probe- und zwei bis drei Fotoflüge. Anschliessend muss die zweite Batterie eingewechselt werden.

 

Die relativ grosse Oberfläche der Kamerahalterung bietet dem Wind eine erhebliche Angriffsfläche. Die Drohne muss deshalb zum Halten der Position gegen die Anströmrichtung des Windes kippen. Dadurch entsteht ein wellenförmiges Panorama. Wie dieses bei der Bildbearbeitung geglättet werden kann, wird hier erklärt.  Nicht vermeiden lässt sich bei der verwendeten Technik, dass die Kamera im Luv tiefer hinunter zielt als im Lee. Müssen tief unten liegende Bereiche im Bild erfasst werden, sollt deshalb diese Position im Idealfall  vom Lee her angeflogen werden.