So wählen Sie ein M12-Objektiv für Ihre Drohne aus
Die Optik von Drohnen unterscheidet sich von der bodengestützter Systeme. Jedes Gramm, das Sie dem Flugkörper hinzufügen, geht zu Lasten Ihrer Flugzeit. Vibrationen durch rotierende Propeller können Bilder verwischen, wenn das Objektiv nicht fest arretiert ist. Und das benötigte Sichtfeld hängt ganz davon ab, ob Sie durch Tore rasen oder eine Baustelle vermessen. Hier erfahren Sie, wie Sie die Vor- und Nachteile abwägen können.
Gewichtsbeschränkungen
Bei einem kleinen Quadcopter wirkt sich das Gewicht der Nutzlast direkt auf die Flugzeit und die Manövrierfähigkeit aus. Ein 5-g-Objektiv im Vergleich zu einem 2-g-Objektiv bedeutet einen messbaren Unterschied beim Batterieverbrauch. M8-Objektive sind in der Regel leichter als M12-Objektive, wobei einige weniger als 1 g wiegen. Das CIL829 (M8, 2,8 mm) wiegt etwa ein halbes Gramm. Bei Mikro-Konstruktionen und solarbetriebenen Starrflüglern spielt das eine Rolle.
Der Nachteil liegt in der optischen Leistung. M12-Objektive bieten mehr Brennweitenoptionen, größere Blendenöffnungen und im Allgemeinen geringere Verzerrungen, da mehr Glas zur Verfügung steht. Wenn Ihre Drohne ein Objektivgewicht von 5–10 g verkraften kann, bietet Ihnen M12 mehr Flexibilität. Das Modell CIL036 (3,3 mm, 19 $) wiegt etwa 2 g und wird aus diesem Grund häufig in Consumer-Drohnen verbaut.
Vibrationen und Stöße
Propellervibrationen sind der Feind der Bildschärfe. Hochfrequente Vibrationen führen zu unscharfen Aufnahmen, selbst wenn die Drohne ruhig in der Schwebe bleibt. Bei harten Landungen kann sich ein nicht ordnungsgemäß befestigtes Objektiv verschieben. Zwei Maßnahmen helfen hier: Verwenden Sie Schraubensicherungsmittel auf den M12-Gewinden und stellen Sie sicher, dass der Objektivtubus nicht über ein Schutzgehäuse hinausragt, wo er Stößen ausgesetzt sein könnte.
Manche Drohnenbauer fixieren das Objektiv nach dem Fokussieren mit einem Klecks Silikon. Das verhindert ein Verdrehen während des Fluges. Wenn Sie häufig starten und landen, sollten Sie eine versenkte Halterung in Betracht ziehen, bei der der Objektivtubus innerhalb des Rumpfes liegt.
Sichtfeld für verschiedene Einsätze
Die Anforderungen an das Sichtfeld variieren je nach Anwendungsbereich erheblich. Beim FPV-Racing ist ein maximales Sichtfeld von 140° bis 180° oder mehr gefragt, damit die Piloten Tore und Hindernisse im peripheren Sichtfeld erkennen können. Hier ist das 195°-M8-Fischaugenobjektiv sehr beliebt. Verzerrungen spielen keine Rolle, da man nichts misst, sondern einfach nur fliegt.
Inspektionsdrohnen benötigen das Gegenteil. Ein engeres Sichtfeld (40° bis 60°) sorgt dafür, dass bei größeren Abständen mehr Pixel auf das Ziel fallen. Das CIL083 (8 mm, 52° Sichtfeld) ist genau dafür ausgelegt. Man opfert dabei die Abdeckung zugunsten der Detailgenauigkeit.
Mapping sits in the middle. You need enough coverage to capture overlapping swaths efficiently, but low distortion to avoid warping your orthomosaics. 70° to 100° is typical. The CIL335 (3.5mm, 92°) works well for this. Use the FOV calculator to match your sensor format.
Verzerrungen spielen in der Photogrammetrie eine wichtige Rolle
Die tonnenförmige Verzerrung ist die gekrümmte Verformung, die man auf Weitwinkelaufnahmen sieht, bei der gerade Linien nach außen gewölbt sind. Für FPV spielt sie keine Rolle. Für die Photogrammetrie und Kartierung macht sie Ihre Daten jedoch unbrauchbar. Die Verzerrung beeinträchtigt die Ausrichtung der Bodenkontrollpunkte und führt zu Fehlern in Ihren Orthomosaiken und 3D-Modellen.
Software kann Verzerrungen korrigieren, doch die Korrektur ist nur so gut wie Ihre Kalibrierung. Objektive mit einer optischen Verzerrung von unter 1 %, wie das CIL083, erfordern weniger Korrektur und liefern genauere Ergebnisse. Für die Photogrammetrie ist die Verzerrung wichtiger als die Auflösung. Ein scharfes Bild, das geometrisch verzerrt ist, ist schlechter als ein etwas unschärferes Bild, das die Form originalgetreu wiedergibt. Um die Werte für einen bestimmten Sensor und eine bestimmte Flughöhe zu berechnen, nutzen Sie den Leitfaden für Drohnen-Kartierungsobjektive, der einen GSD- und Objekterkennungsrechner enthält.
Sensorkompatibilität
Jedes Objektiv hat einen Bildkreis. Ist dieser Kreis kleiner als die Diagonale Ihres Sensors, entstehen dunkle Ecken. Gängige Drohnensensoren und ihre Diagonalen:
- IMX477 (1/2,3", Diagonale 7,9 mm): HQ-Kamera für den Raspberry Pi, erfordert Objektive mit größerem Bildkreis
- IMX462 (1/2,8", Diagonale 6,4 mm): beliebt für Drohnen bei schlechten Lichtverhältnissen
- AR0234 (1/2,6", Diagonale 6,9 mm): Global-Shutter, gut geeignet für schnelle Bewegungen
- OV9281 (1/4", 4,6 mm Diagonale): gängiger Stereo-/Tiefensensor
Die Größe des Bildkreises entnehmen Sie bitte dem Datenblatt des Objektivs oder unserer Sensorgrößenübersicht. Wenn Sie ein System auf Basis eines Jetson Nano- oder Raspberry Pi-Compute-Moduls aufbauen, kommt in der Regel der Sensor IMX477 oder IMX219 zum Einsatz. ArduCam und e-con bieten gute Moduloptionen mit M12-Befestigungen an.
Tag-, Nacht- und IR-Betrieb
Manche Drohnen fliegen in der Dämmerung oder nutzen NIR-Beleuchtung für Nachteinsätze. Die meisten M12-Objektive lassen Nahinfrarotstrahlung problemlos durch, aber möglicherweise möchten Sie den IR-Sperrfilter von Ihrer Kamera entfernen oder einen speziellen IR-Durchlassfilter anbringen. Große Blendenöffnungen (F/1,4 bis F/2,0) helfen bei schlechten Lichtverhältnissen, da sie pro Belichtung mehr Photonen einfangen.
Bei der Wärmebildtechnik sieht die Sache anders aus. LWIR-Objektive (8–14 Mikrometer) verwenden Germanium oder Chalkogenidglas und kein herkömmliches optisches Glas. Herkömmliche M12-Objektive sind für die Wärmebildtechnik nicht geeignet. Wenn Sie LWIR benötigen, kommen nur spezielle Objektive von FLIR oder Seek in Frage.
Regulatorische Aspekte
FAA Part 107 regelt den gewerblichen Drohnenbetrieb in den USA. Wenn Sie zu Zwecken der Photogrammetrie, Inspektion oder für andere gewerbliche Zwecke fliegen, benötigen Sie zuverlässige Optik, die konsistente Ergebnisse liefert. Bei Ausnahmegenehmigungen für BVLOS-Flüge (Beyond Visual Line of Sight, außerhalb der Sichtweite) legen die Aufsichtsbehörden Wert darauf, dass Ihr „Sense-and-Avoid“-System eine ausreichende Reichweite und Zuverlässigkeit aufweist.
Dies ist zwar keine technische Angabe zum Objektiv, spielt aber bei der Objektivauswahl eine wichtige Rolle. Billige Optiken mit unregelmäßiger Qualitätskontrolle können im ungünstigsten Moment versagen. Wir testen jedes Objektiv vor dem Versand und können für kritische Anwendungen individuelle MTF-Testberichte bereitstellen. Bei Flotteneinsätzen, bei denen Sie aufeinander abgestimmte Optiken für mehrere Flugzeuge benötigen, teilen Sie uns dies bitte mit – wir wählen dann Objektive aus derselben Produktionscharge aus.