Neue Möglichkeiten, Vor- und Nachteile, wissenswertes für Produzenten

Da die Anwendung von FPV Drohnen in der Filmproduktion doch etwas erklärungsbedürftig ist wollen wir in diesem Beitrag einmal die spezifischen Eigenschaften von FPV Drohnen im Vergleich zu “normalen” Filmdrohnen aus der Sicht eines Filmproduzenten erklären. In diesem Blogbeitrag geht es also vorrangig um die Fragen: “Was ist eine FPV Drohne?” und “Welche Vorteile bietet Sie für die Filmproduktion?”. Außerdem diskutieren wir ausgehend von den unterschiedlichen Modellen die spezifischen Vor- und Nachteile von FPV Drohnen gegenüber den üblichen Filmdrohnen mit Gimbal zum Beispiel von DJI oder Heavy Lifter für Kinokameras. Sowie die Unterschiede der analogen Übertragung des Bildsignals gegenüber dem DJI FPV System. Weitere Infos zu unseren konkreten Angeboten mit FPV Drohnen finden Sie hier.

Informationen zu technischen Details vom Aufbau, Setup und Flugeigenschaften von FPV Drohnen finden sich in vielen guten Artikeln und Videos im Internet. Hier soll nur kurz auf die für die späteren Erklärungen relevanten, technischen Eigenschaften eingegangen werden.

Was ist eine FPV-Drohne? Grundsätzlich gibt es fast unendliche viele verschiedene Frames und Designs die je nach Größe, Anwendung und verwendeter Kamera mit Motoren in verschiedenen Leistungsstufen und den passenden Batterien bestückt werden können. Dazu kommen wichtige Komponenten wie der Flight Controller und die Motorsteuerung (ESC), die die Steuer Inputs zusammen mit dem Flight Controller in Stromfluss und damit Drehzahl für die Motoren übersetzt. Außerdem ein Empfänger für die Übertragung von der Fernbedienung und ein Sender für die Bildübertragung von einer kleinen FPV Kamera (First-Person-View) in die Videobrille des FPV Piloten, zum Beispiel mit Hilfe des DJI FPV Systems. Für beide Signale kommt es auf eine sehr geringe Latenz an um eine sichere Steuerung zu ermöglichen. Die Reichweite des Steuerungs- und auch Videosignals wird durch die Umgebung (Gebäude mit Stahlkonstruktionen, Störsignale durch Funk etc.) beeinflusst.
Bei der Bildübertragung für die FPV Kamera kann man grundsätzlich zwischen digitaler und analoger Bildübertragung unterscheiden.
In der Vergangenheit wurde hauptsächlich auf analoge Bildübertragung gesetzt, da dies geringere Latenzen, hohe Reichweite und Robustheit gegenüber Störsignalen und Hindernissen ermöglichte.
Die hochauflösende, digitale Bildübertragung hat durch das DJI FPV System in letzter Zeit deutlich aufgeholt und bietet auch sehr geringe Latenzen und je nach Umgebung sogar bessere Reichweiten selbst durch Wände bei Indoor Flügen und wird mittlerweile von den meisten Piloten bevorzugt.
Ein weiterer Vorteil der digitalen Bildübertragung liegt in der Möglichkeit, das Live-Bild der FPV Kamera per HDMI-Kabel in HD Qualität auf einen separaten Monitor auszugeben. So kann sich die Regie während des Flugs einen Eindruck verschaffen (Fluglinie und Blickwinkel etc.) oder das Live-Bild nutzen, um z.B. für Live-Streaming bei Sportevents oder sonstigen Anlässen neue Perspektiven zu nutzen.

Grundsätzlich kann man verschiedene Größenklassen mit unterschiedlichen Schwerpunkten in der Anwendung unterscheiden. Cinewhoops, FPV Racer und FPV Cinelifter stellen dabei die gängigsten FPV Drohnen Modelle dar.

Cinewhoop

Für die Filmproduktion relevant sind zunächst kleine Cinewhoops, in der Regel mit Propellerschutz, für Flüge Indoor und nah an Menschen. Deshalb bleiben diese FPV Cinewhoops auch unter dem Gewichtslimit von 250g, welches in Europa die geringsten rechtlichen Einschränkungen für Flüge vor allem nah an Menschen bedeutet. Aufgrund des geringen Gewichts kann wenig Schaden angerichtet werden, allerdings ist man auch auf die üblichen Action Kameras beschränkt.

FPV 5" Racer

Die etwas größeren 5-Zoll FPV Drohnen kommen den ursprünglichen FPV Racern, die für Rennen und Wettbewerbe optimiert sind am nähesten. Hier geht es um maximale Geschwindigkeit und Wendigkeit. Geflogen wird meist mit einer GoPro in einem 3D Druck Gehäuse, für etwas zusätzlichen Schutz falls es mal zum Crash kommt. Die Propeller sind meist etwas größer als bei Cinewhoops und daher nicht durch Ducts/Prop Guards geschützt. Es muss also die Sicherheit aller Beteiligten immer mitgedacht werden. Rasante Flüge sind nur möglich mit entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen wie Absperrungen und einem Spotter der den Piloten bei der Situational Awareness unterstützt. Die FPV Racer Drohnen können je nach Setup extrem leistungsfähig sein und in wenigen Sekunden Spitzengeschwindigkeiten bis zu 170 km/h erreichen.

FPV Cinelifter

Darüber hinaus kommen sogenannte FPV Cinelifter zum Einsatz. Diese größeren FPV Drohnen sind dazu gedacht schwere Kamera Setups mit Wechselobjektiven zu tragen. Auch in diesem Bereich kommen sehr unterschiedliche Frames zum Einsatz um den Schwerpunkt mit Kamera und damit die Flugeigenschaften zu optimieren. Oder um den Einsatz von Ducts/Prop Guards zu ermöglichen und dann auch mit größeren Setups im Nahbereich von Schauspielern oder Indoor zu fliegen.

In der Filmproduktion werden je nach FPV Drohnen-Typ unterschiedliche Kameras montiert. Die Wahl des Kamera Modells hängt meist von Faktoren wie Gewicht, Verwendung der Drohne und Art der Drohnenaufnahmen bzw. gewünschten Perspektiven ab. Neben Action Kameras und 360° Action Kameras kommen auch diverse Full-Size Kameras zum Einsatz.

Action Kameras

Auf den Cinewhoops werden meist kleine Action Kameras installiert um das Limit von 250g zu erreichen und die Flugeigenschaften zu optimieren. Dafür werden GoPros “gestripped”, also Bildschirm, Akku entfernt und der Rest in ein leichtes 3D Druck Gehäuse umgebaut. Die Stromversorgung erfolgt dann über den Flugakku und die Kameraeinstellungen werden per App vorgenommen.
Bei den 5 Zoll FPV Koptern steht in der Regel genug Power zur Verfügung um auch vollständige Action Kameras problemlos zu tragen. Auch hier wird dann überwiegend die jeweils aktuellste GoPro Action Kamera genutzt.

360° Action Kameras

Auch gibt es Frames für 360° Action-Kameras (z.B. Insta360) bei denen die Drohne in der Stitching Linie der Kamera verschwindet. Hierbei geht es dann meist nicht darum ein 360° Video zu drehen sondern in der Postproduktion ganz frei das Framing wählen zu können. Dies ist vor allem spannend weil dadurch die sonst typischen Einschränkungen bei der Kameraausrichtung ausgeglichen werden können. Ein dynamischer Perspektivwechsel zur Seite, nach oben oder nach hinten wird möglich ohne die Flugbahn zu ändern. Vor allem Indoor ist dies interessant, denn es vereinfacht die Flugroute und ermöglicht ruhigere Flüge. Auch bei z.B. einem Car Chase werden neue Perspektiven möglich, denn beim Vorbeiflug von hinten lässt sich nun mitschwenken und das Auto von vorne filmen ohne die FPV Drohne dabei zu drehen und rückwärts zu fliegen. Nachteilig ist allerdings die meist geringere Qualität von 360° Kameras in der Gewichtsklasse von Action Kameras und bei Objekten im Nahbereich kann die Stitching Linie zwischen den 2 Linsen dieser Kameras sichtbar werden.

Full-Size Kameras

Bei den größeren FPV Cineliftern werden vor allem Kameras ohne IBIS (Sensor Stabilisierung) geflogen, da diese in der Regel für die radikalen Bewegungen und auch Vibrationen, nicht geeignet sind. Selbst wenn die IBIS abgeschaltet ist sitzt der Sensor meist nicht fest genug und es kommt zu störenden Bewegungen im Bild. Zum Einsatz kommen also häufig Kameras wie die Black Magic Pocket Cinema (BMPCC), Red Komodo oder auch Sony FX6. Die 4k Version der BMPCC wird dafür auch gerne "gestripped", also Bildschirm, Gehäuse und Akku werden entfernt. Aufgrund der Gewichtsersparnis kann die gestrippte BMPCC dann auch auf den kleinen 5 Zoll Koptern geflogen werden.
Als Objektive kommen in der Regel sehr weitwinklige Linsen (9mm bis 24mm) zum Einsatz. Dies ermöglicht dann genug Spielraum für die Stabilisierung und späteres reinzoomen um das Framing zu optimieren. Aufnahmen in 6k sind dann natürlich hilfreich um den Qualitätsverlust auszugleichen. Darüber hinaus ist es bei den größeren Kameras wichtig Gyrodaten vom Flug aufzuzeichnen. Dies erfolgt bei den Action Kameras automatisch und auch die Sony FX6 hat eine interne Aufzeichnung von Gyro Daten für die spätere Stabilisierung. Bei Kameras ohne Gyrodaten kann man sich mit externen Zusatzlösungen behelfen. Zum Beispiel mit einer zusätzlichen Action Kamera direkt auf der Hauptkamera die während des Fluges mitläuft. Oder DIY Lösungen wo ein Gyrosensor zusätzlich direkt an der Kamera befestigt wird und die Daten aufgezeichnet werden.

Was ist eine FPV Drohne und wo liegt der Unterschied zu normalen FPV Drohnen? Der zentrale Unterschied aus Sicht des Filmemachers liegt sicherlich in der fixen Anbringung der Kamera, wohingegen sich bei normalen Drohnen mit Gimbal die Kamera ganz oder teilweise unabhängig von der Ausrichtung der Drohne ändern lässt. Während des Fluges sind also keine dynamische Anpassungen mehr möglich und die Kamerafahrt wird allein durch die Flugbewegungen der Drohne ausgeführt. Weitere Informationen zu unseren Drohnenaufnahmen mit üblichen Film Drohnen finden hier.

Einzig der Neigungswinkel der Kamera lässt sich in der Regel vor dem Flug anpassen. Je nach geplanter, horizontaler Geschwindigkeit sollte vor allem die FPV Kamera für die Bildübertragung zum Piloten nach oben geneigt werden. Denn je steiler die Kamera auf der FPV Drohne sitzt, je schneller ist der FPV Pilot geneigt zu fliegen. Denn für höhere, horizontale Geschwindigkeiten kippt der Pilot die FPV Drohne nach vorne, dies wiederum gleicht die nach oben gekippte FPV Kamera aus und resultiert damit in einem geraden Bild für den horizontalen Flug.

Die Hauptkamera lässt sich grundsätzlich zwar unabhängig von der FPV Kamera einstellen, aber damit der FPV Pilot, der im Flug nur das Bild der FPV Kamera sieht, ein besseres Gefühl für das Framing hat wird man den Winkel der beiden Kameras sehr ähnlich halten. Je nach geplanter Geschwindigkeit und gewünschtem Framing sollte also ein Anstellwinkel der Hauptkamera gewählt werden, der die Neigung der Kamera nach vorne durch den Anstellwinkel der Drohne ausgleicht.

Es gibt zwar auch Experimente mit Gimbals, üblich ist aber die feste Installation der Kamera, vor allem bei hohen Geschwindigkeiten und radikaleren Manövern wird ein Gimbal schnell an seine Grenzen kommen. Auch werden die Flugeigenschaften durch die Änderung des Schwerpunktes beeinträchtigt. Die Nutzung eines Gimbals auf der FPV Drohne ist zum Beispiel denkbar bei ruhigen, langen Shots mit zum Beispiel einem relativ entspannten Dive der FPV Drohne aus einem Establisher in der Höhe runter zu den Schauspielern wo die Drohne dann gefangen wird für Close-ups aus der Hand. Dies könnte zum Beispiel in der Anfangsszene des Netflix Film RED NOTICE mit Dwayne Johnson so umgesetzt worden sein (Link).

Ein weiterer wichtiger Unterschied liegt in den höheren Freiheitsgraden was Fluglagen sowie Steig- und Sinkgeschwindigkeiten angeht. Bei den sonst üblichen Drohnen wie von DJI übernimmt der Flight Controller im Zusammenspiel mit diversen Sensoren wie GPS, Barometer, Kompass, Accelerometer, Gyroskop und visuellen Sensoren die Steuerung der Fluglage und der Pilot steuert letztlich nur die durch einen Gimbal stabilisierte Kamera auf imaginären Schienen durch die Luft. FPV Drohnen verfügen teilweise auch über diese Sensoren, die aber über verschiedene Flugmodi zugeschaltet oder abgeschaltet werden können. In der Regel fliegt der FPV Pilot also im Acro Modus, der vereinfacht beschrieben einen vollständig manuellen Flug bedeutet. Der Gyrosensor des Flight Controllers nimmt dabei keinen Einfluss auf die Fluglage, sondern setzt nur die Steuerbefehle des Piloten um. Die Drohne lässt sich daher durch den Piloten in sämtliche Fluglagen, also auch kopfüber, bringen und kontrolliertes Abstürzen mit hohen Sinkgeschwindigkeiten wird möglich.

Vorteile

Die Vorteile der FPV Drohne ergeben sich hauptsächlich aus den deutlich höheren Freiheitsgraden im Flug und den höheren Geschwindigkeiten, vor allem Sinkgeschwindigkeiten, die möglich sind. Es werden zum Beispiel Dives an Häuserfassaden möglich, eindrucksvoll zu sehen am Burj Khalifa in Dubai in einem YouTube Video von Johnny FPV (Link). Oder auch die Verfolgung eines Golfball im Flug, wie in einem Golf Commercial der Marke Titleist (Link). Auch wir setzen FPV Drohnen im für Drohnenaufnahmen von Immobilien ein.

Der dem Vogelflug ähnelnde Flow der FPV Drohne entwickelt sich zu einem besonderen Stilmittel welchen zum Beispiel Porsche gerne in seinen Werbevideos nutzt. Hier werden auch die Freiheitsgrade mit einem schnellen Wechsel zwischen Slowmotion Close-ups und Wide Shots wunderbar eingesetzt (Link).

Die FPV Drohnen sind meist kompakter und ermöglichen daher Flüge durch Engstellen, sowie Fenster und Türen wodurch sich sehr lange, komplexe Kamerafahrten ohne Schnitt realisieren lassen. Dies wurde zum Beispiel in einem Werbevideo für eine Bowling Bahn in den USA super umgesetzt welches sogar von der New York Times gefeatured wurde (Link).

Darüber hinaus sind Indoor Flüge meist einfacher zu realisieren, denn aufgrund des manuellen Fluges ohne Sensoren ist die FPV Drohne weniger anfällig für Störung durch Metall, GPS-Abschattung, oder schlechte Lichtverhältnisse. Wobei professionelle Drohnen, vor allem solche die nicht für normale Consumer gedacht sind, auch manuelle Flugmodi (z.B. ATTI Modus) anbieten, die Indoor Flüge ohne störende Sensorik für erfahrene Piloten problemlos zulassen.

Nachteile

Offensichtlicher Nachteil ist natürlich die Einschränkung hinsichtlich dynamischer Anpassungen des Kamerawinkel unabhängig von der Fluglage oder Flugrichtung der Drohne wie dies bei Gimbal-Drohnen möglich ist.

Die Bildübertragung für den FPV Piloten und einen eventuellen weiteren Regiemonitor erfolgt oft nur über die kleine FPV Kamera, das heißt der Bildausschnitt der Hauptkamera kann während des Fluges nicht ohne zusätzliche Bildübertragung kontrolliert werden, was aus Gewichtsgründen aber häufig nicht installiert wird. Man kann sich zwar ein wenig mit Framing Hilfslinien am Monitor behelfen, aber Schärfe und Belichtung lässt sich erst nach der Landung beim Review der Footage prüfen was zusätzliche Zeit am Set kostet. Generell ist man mit der Hauptkamera hinsichtlich Belichtung, Schärfe und Framing meist im Blindflug unterwegs, aber ich denke hier werden sich praktikable Lösungen für die Liveübertragung finden, die dann auch standardmäßig eingesetzt werden.

Die fehlende Stabilisierung durch einen Gimbal führt bei FPV Drohnen letztlich dazu, dass nur sehr weitwinklige Linsen sinnvoll einsetzbar sind. Es sei denn man nutzt Slow-Motion Kameras wie zum Beispiel die Wave von Freefly Systems, die auf FPV Drohnen auch schon eingesetzt wurde. Bei realer Abspielgeschwindigkeit macht die hohe Dynamik bei fixer Kamera allerdings ein stabiles, wackelfreies Framing bei Objektiven über 28mm eigentlich unmöglich.

Das heißt schöne Parallax Shots mit Teleobjektiven bei denen der Hintergrund durchs Bild fliegt bleiben eine Domäne der mit Gimbals ausgestatteten Drohnen. Dazu kommt dass die softwaregestützte Stabilisierung der Aufnahmen im Nachgang das Framing verändert bzw. beschneidet und ein reinzoomen fast immer nötig ist. Siehe dazu auch der Abschnitt Stabilisierung.

Schlussendlich haben FPV Drohnen in der Regel kürzere Flugzeiten aufgrund einer anderen Abstimmung zwischen Gewicht, Motor und Akkuleistung für optimale Flugeigenschaften. Dies bedeutet, dass am Set häufigere Akkuwechsel notwendig sind.

Außerdem sind FPV Drohnen natürlich deutlich anspruchsvoller zu fliegen, da es keine Unterstützung durch Flugautomatiken gibt und es ist mehr Aufwand für Sicherheitsmaßnahmen einzuplanen.

Durch die fixe Anbringung der Kamera auf den FPV Drohnen überträgt sich jeder Steuerungs-Input und resultierende Wackler direkt ins Bild. Der FPV Pilot braucht aber für einen sicheren Flug eine sehr direkte Steuerung ohne irgendwelche Buffer oder Glättung seiner Inputs. 

Mit Hilfe der Gyrodaten, welche die Bewegungen der Kamera im Zeitverlauf enthalten, können diese Wackler allerdings im Nachhinein geglättet werden. Dafür gibt es spezielle Software, die die Daten nutzt um dies über ein dynamischen Reframing und reinzoomen zu erreichen. Für ein gutes Ergebnis ist gerade bei schwierigen Lichtverhältnissen darauf zu achten eher mit höherem Shutter Speed zu filmen damit kein Motion Blur aufgrund der Kamerawackler im Bild entsteht. Gerade bei Bildelementen im Vordergrund kann es ansonsten zu sehr störendem “fleckigen” Motion Blur kommen, der nach Stabilisierung der Wackler noch offensichtlicher wird, da er nicht mit der generellen Bewegungsrichtung der Kamera oder der Bewegung der Bildobjekte korreliert.

Übliche Software für die Stabilisierung sind zum Beispiel Catalyst Browse für die Sony FX6 sowie Gyroflow und Reelsteady. Gerade letztere wurden durch kürzliche Updates deutlich im Funktionsumfang erweitert und in der Bedienung vereinfacht und bieten nun verlustfreie Stabilisierung auch mit professionellen Video Codecs.

Aus dem Vergleich von FPV Drohnen mit normalen Drohnen lässt sich schlussfolgern, dass FPV Drohnen die normalen Drohnen keinesfalls ersetzen, sie sind vielmehr als ein weiteres Tool im Werkzeugkasten für Filmemacher zu sehen. FPV Drohnen ermöglichen andere Perspektiven und neue kreative Möglichkeiten für eine andere Bildsprache und sind daher komplementär zu sehen.

Darüber hinaus entwickelt sich der Bereich der FPV Drohnen nach wie vor sehr dynamisch. Interessant wird zum Beispiel zu sehen ob und wie Gimbals auf FPV Drohnen zukünftig häufiger eingesetzt werden. Auch weitere Sicherheitsfeatures sollten verstärkt in den Selbstbau bzw. in Kleinserien gebauten FPV Drohnen zum Einsatz kommen. Der Drohnenhersteller DJI hatte hier mit einer Einsteiger DJI FPV Drohne als Komplettsystem gute Ansätze, wie zum Beispiel der Panik Button, der bei Kontroll- oder Orientierungsverlust des Piloten schnell Assistenzsysteme zuschaltet um einen kontrollierten Flug herzustellen.

Auch die vielen Filmemacher und Produzenten müssen die kreativen Möglichkeiten noch vermehrt entdecken um die Potentiale für ihre Projekte zu nutzen. Auch hier bleibt es spannend zu beobachten welche kreativen Einsatzmöglichkeiten sich noch entwickeln werden. Wir hoffen mit diesem Blog Beitrag konnten wir für dich die Frage "Was ist eine FPV-Drohne?" beantworten und Du hast ein paar Ideen für den Einsatz von FPV Drohnen bei deinem nächsten Projekt. Auch wir selbst versuchen bei unseren Imagefilm Produktionen die FPV Drohne verstärkt kreativ einzusetzen, einfach weil es aufgrund der besonderen Bilder zusätzliche Aufmerksamkeit bei den Zuschauern erzeugt und damit die Ziele des Kunden unterstützt.

Bei weiteren Fragen zum Einsatz von FPV Drohnen in der Filmproduktion melde Dich gerne direkt bei uns über das Kontaktformular oder ruf uns an!