Copter Teil 4: Das fliegende Auge..

Wer die ersten drei Copter-Beiträge aufmerksam gelesen hat, wusste schon vor diesem Artikel, welcher nächste (unvermeidbare) Schritt folgen würde: Das „Upgrade“ auf echten First Person View Flug, d.h. die Live-Verbindung vom Boden zum Kamera-Bild.

Mindestens zwei Aspekte drängen den aufstrebenden Multirotor-Piloten geradezu in diese Richtung. Da wäre zum einen die wiederkehrende Frustration, welche sich immer dann einstellt, wenn man mit der GoPro mal wieder ein paar Meter zu hoch oder zu tief gehalten oder die Drehung wie immer zu schnell durchgeführt hat. Dies ist für sich genommen natürlich kein Beinbruch, aber mit der Option im Hinterkopf, dass es ja eigentlich viel schöner ginge, ärgert es den ambitionierten Hobbyfilmer dann doch.

Viel „motivierender“ ist aber der Gedanke den Boden endlich virtuell unter den Füßen zu verlieren und in nahezu Echtzeit einen Eindruck davon zu erhalten, wie die Welt wohl gerade von 20m über unseren Köpfen betrachtet aussieht. 20m sind dabei noch eine vergleichsweise geringe Höhe – die deutsche Gesetzgebung lässt unter gewissen Voraussetzungen ganz legal Flüge bis zu einer Höhe von 100m in der Vertikalen zu. In der Horizontalen ist die Formulierung übrigens weniger eindeutig – hier heißt es lediglich, dass man das Fluggerät noch mit eigenen Augen sehen können muss.

Alles in allem ein faszinierender Gedanke, oder?

Ready to rumble!
Ready to rumble!

So kommt man also recht schnell dazu sich Gedanken über das „Wie?“ zu machen. Als Aufnahmegerät kann für den Anfang der Live-Out-Ausgang einer vorhandenen GoPro-Kamera (o.ä.) genutzt werden. Sobald diese hinsichtlich ihrer Lage stabilisiert wird (durch den Einsatz eines Gimbals), empfiehlt sich zwar der Einsatz einer dedizierten Kamera für den Piloten, aber dies kann zunächst als eine der vielen, optionalen Erweiterungsmöglichkeiten betrachtet werden. Als nächstes muss man sich Gedanken darüber machen, wie das Kamera-Bild vom Copter zum Boden kommt. Hierfür benötigt man einen sogenannten Video Transmitter (VTX), der hoffentlich mit einer in Deutschland legalen Sendeleistung (25mW) und im freigegebenen Band funkt. Da die Fernsteuerung in der Regel im Bereich von 2,4 GHz arbeitet, verwenden die meisten FPV-Piloten Sende- und Empfangseinheiten im 5,8 GHz-Band. Eine attraktive und brandneue Möglichkeit bestünde darin eine digitale Verbindung zur Übertragung von Steuerbefehlen und Videoinhalten gleichermaßen zu verwenden, doch derartige Produkte (hier v.a. die DJI Lightbridge) sind noch sehr neu und derzeit preislich recht unattraktiv (>1.100€). Also bleibt man besser bei der analogen Übertragung mit Hilfe von renommierten Produkten von Iftrontech, ImmersionRC oder Fatshark (preislich attraktiver dann halt von Boscam etc.). Unser Copter war neben der GoPro Hero 2 auch schon mit einem Stinger Nano von Iftrontech ausgestattet, so dass hier von Anfang an alles „ready“ war.

Wenn nun luftseitig alles gegeben ist, sollte man sich um die Empfangseinheit am Boden und die Darstellung Gedanken machen. Wie so oft gibt es eine Vielzahl von Optionen und Kombinationsmöglichkeiten – ich beschränke mich im Folgenden auf die gängigsten. Prinzipiell muss man sich eigentlich nur zwei Fragen stellen:

  1. Reicht mir eine Antenne / Empfangseinheit oder benötige ich für eine erhöhte Reichweite, bessere Übertragungsqualität, Ausfallsicherheit etc. mindestens zwei (das nennt man dann Diversity)? Recht viele fortgeschrittene FPV-Piloten setzen einen Empfänger mit Diversity ein und kombinieren so Antennen mit unterschiedlichen Charakteristika. Dies ist sicherlich eine schöne Option, bedingt aber neben der Notwendigkeit einen weiteren Akku für die Groundstation mitzuschleppen eine nicht unerhebliche Investition (ein ImmersionRC DUO5800 v3 kostet rund 240€ .. dazu kommen mindestens 50 – 70€ für vernünftige Antennen .. nach oben keine Grenze)
  2. Möchte ich auf einen Bildschirm gucken (gängig sind 7,8 oder 10″) oder favorisiere ich eine Video-Brille, bei der ich quasi einen virtuellen Bildschirm vor mir in der Luft schweben sehen? Bei den Brillen geht das HD-Zeitalter übrigens gerade erst los, weshalb die Darstellungsqualität hier möglicher Weise etwas hinter dem zurückbleibt, was man sich zunächst vorstellt, aber durch die analoge Bildübertragung ist das theoretische Maximum hier eh .. begrenzt

Der Flug via Monitor hat einen Vorteil: Man kann das ganz prima und legal auch allein tun. Der Bildschirm kommt einfach an ein Stativ oder via zusätzlicher Halterung an die Fernbedienung und schon hat man die Möglichkeit das Kamerabild und das Quad quasi zur gleichen Zeit zu beobachten. Problematisch ist an diesem Setup das feindliche Tageslicht (gemeinhin: schönes Wetter) und – wie ich gehört habe – insbesondere zu Beginn die Herausforderung sich tatsächlich auf den Monitor zu konzentrieren. Es soll schon Leute gegeben haben, die mit Decke aufs Feld gefahren sind, um einen gewissen Zwang herzustellen nicht in die Luft zu starren 😉 Monitore gibt es übrigens mit oder ohne eingebauten Empfänger und auch mit und ohne Diversity. Preislich bewegt man sich zwischen 130 und 270€ je nach Beschaffungsart und Hersteller. Ich würde derzeit zu einem BOSCAM RX-LCD5802 tendieren, da dieser dem Vernehmen nach mit 400-450cd/m2 recht hell ist, Diversity unterstützt und (ganz wichtig) bei schlechter Signalqualität Rauschen anstelle eines schwarzen oder blauen Bildes anzeigt. Das gute Stück kriegt man in Europa so ab 150€. Generelle Empfehlung im Netz ist meist der Black Pearl 7″ LCD – dieser hat jedoch eine geringere Helligkeit. Selber getestet habe ich keinen von beiden.

Ein kleiner Schnappschuss (als Frame einem Video entnommen): Rechts das noch im befindliche Mauk Gartencenter, links Bad Homburg - im Pixelmatsch eher links ist das Schloss zu sehen
Ein kleiner Schnappschuss (als Frame einem Video entnommen): Rechts das noch im befindliche Mauk Gartencenter, links Bad Homburg – im Pixelmatsch eher links ist das Schloss zu sehen

Die meisten Interessierten werden das Thema FPV-Flug sicherlich eher mit dem Einsatz einer Videobrille assoziieren. Die Vorstellung auf dem Feld zu stehen (oder in einem Camping-Hocker zu sitzen), auf einen sagen wir 46″ Bildschirm aus 2m Entfernung zu blicken und darin in nahezu Echtzeit das Bild des Copters zu sehen, klingt doch schon viel spannender. Ging mir genau so 😉 An dieser Stelle sollte man beachten, dass der FPV-Flug in Deutschland nur legal (und versicherungstechnisch abgedeckt) ist, wenn man einen Spotter dabei hat, der das Flugobjekt direkt im Blick behält und jederzeit eingreifen kann. Ob dies auch eine zweite Fernbedienung im Lehrer-/Schüler-Modus bedingt, kann ich an dieser Stelle nicht sagen .. auf der sichereren Seite ist man so definitiv!

Wie gesagt, immer mit Spotter fliegen..
Wie gesagt, immer mit Spotter fliegen.. Ein wenig wie GTA (2) 😉

Beim Thema Brille gibt es dann wiederum einige Fragen zu klären: Vollabgedunkelt oder mit der Option das man „darüber weg“ schauen kann, FullHD oder Standard, integrierter Empfang oder externe Lösung und Größe des virtuellen Bildschirms (FOV – Field of View). Wer sich weitergehend mit der Thematik befasst, wird feststellen, dass die Empfehlungen einheitlich in Richtung vollabgedunkelt gehen, HD aktuell erst im kommen ist (Aufpreis ca. 150€ .. dafür mit integriertem Video-Rekorder .. kann man schon drüber nachdenken), das FOV mindestens 30 Grad betragen sollte (sonst wird das Bild einfach zu klein) und man ja mit dem integrierten Empfänger beginnen und später einen externen Receiver zusätzlich nutzen kann.

Durch einen positiven „Zufall“ (eine eher verharmloste Formulierung) eröffnete sich mir kurzfristig die Option recht günstig an eine Fatshark Dominator zu gelangen. Im Gegensatz zu Alternativen wie einer Carl Zeiss Cinemizer hat man hier den Akku und auch den Empfänger direkt an der Brille, so dass es wirklich nur heißt: Aufsetzen und los (kein Kabelchaos .. jedenfalls in meinem Setup nicht). Die Dominator ist wie alle Brillen von Fatshark vollständig abgedunkelt – da sieht man wirklich überhaupt nichts mehr und ein Betrug wie damals bei Wetten dass.. ist gänzlich auszuschließen 😉

Dieses äußerst aufwändig erstellte Foto (iPhone mit dem Display in die GoPro gehalten, GoPro-Bild über Videobrille geprüft, dann ausgelöst) dient nur der Darstellung, wie blickdicht die Brille ist
Dieses äußerst aufwändig erstellte Foto (iPhone mit dem Display in die GoPro gehalten, GoPro-Bild über Videobrille geprüft, dann ausgelöst) dient nur der Darstellung, wie blickdicht die Brille ist

Das FOV beträgt „nur“ 30 Grad, was nach meinen bisherigen Erfahrungen aber okay ist; dafür ist das Bild wirklich bis zum Rand absolut scharf (dem Vernehmen nach anders als z.B. bei der Predator). Headtracker und Empfänger sind bei der Dominator optional, so dass ich zumindest Letztgenannten noch zusätzlich erstehen musste (ja, eine Attitude V2 wäre auch eine Option gewesen .. hier ist alles integriert und das FOV beträgt 35 Grad. Außerdem kann man bei der Attitude den Augenabstand – IPD – einstellen. Bei mir passt der fixe Abstand der Dominator zum Glück). Interessant wären sicherlich auch die ganz neuen HD-Varianten gewesen, aber hier war mir die Wartezeit aktuell einfach zu hoch..

Dicker Hai *hrhr*
Dicker Hai *hrhr*

So fand also die Dominator aus dem Hause Fatshark in neuwertigem Zustand und mit originalem Transportcase den Weg zu uns. Selbiges ist übrigens richtig klasse, hat aber leider keinen Platz für eine Antenne (d.h. vor jedem Einpacken und nach jedem Auspacken muss diese fix aufgedreht werden). Auch sonst ist die Verarbeitung super und das Gerät selbst mit Akku im Halteband angenehm leicht zu tragen, einzig den fehlenden Ein-/Aus-Schalter kann ich nicht verstehen (man muss wirklich jedes mal den Akku rausziehen..). Bedingt durch die im letzten Beitrag beschriebenen – mittlerweile zum Glück gelösten – Probleme konnte ich bisher übrigens erst 2,3 Flüge mit der Brille machen .. weitere Erfahrungsberichte werden hier also noch folgen. Vorab nur soviel: Es ist ein wirklich irritierendes Gefühl, wenn man sich selbst in 10m überfliegt oder sich aus größerer Entfernung selbst sieht, aber den Copter überhaupt nicht mehr hört. Muss man einfach mal erlebt haben 😉

Dominator in mitgeliefertem Case. Vorn rechts erkennt man den Antennenanschluss und kann sehen, dass die Antenne unmöglich montiert transportiert werden kann..
Dominator in mitgeliefertem Case. Vorn rechts erkennt man den Antennenanschluss und kann sehen, dass die Antenne unmöglich montiert transportiert werden kann..
Brille mit optimierter Antenne .. gehört ebenfalls nicht zum Standardlieferumfang ;-)
Brille mit optimierter Antenne .. gehört ebenfalls nicht zum Standardlieferumfang 😉

Jetzt haben wir also ein Live-Video, eine Übertragung und eine Empfangseinheit .. eigentlich müsste das Glück doch damit komplett sein, oder?

Unglücklicher Weise hält der FPV-Flug bedingt durch das mitunter verzerrte Bild der Kamera (je nach Einstellung der GoPro) und einfach durch das „indirektere“ Gefühl beim Steuern des Flugobjekts doch so seine Tücken bereit. Entfernungen, Höhen, Geschwindigkeiten, Richtung .. das alles muss man erst lernen einzuschätzen und adäquat darauf zu reagieren. Allein schon vor diesem Hintergrund ist ein verständnisvoller und aufmerksamer Spotter („Du bist jetzt noch so 1m über dem Boden .. weißt du, oder?“) unverzichtbar! Wie bei so vielen technischen Spielereien gibt es natürlich auch für diese Herausforderung eine Lösung: Ein sogenanntes OSD (On Screen Display)-Modul. Dieses wird in die Verbindung zwischen Kamera und Video-Transmitter eingeklinkt und kann je nach Ausführung verschiedene Informationen darstellen (am interessantesten sind sicherlich Höhe relativ zum Startpunkt, Distanz zum Startpunkt, Richtung zum Startpunkt und womöglich Geschwindigkeit, Bordspannung, und vertikale Geschwindigkeit sowie bei stabilisiertem Kamerabild Pitch- und Roll-Winkel). Da ich ja (zumindest zur Zeit) DJI NAZA Pilot bin, gibt es aus meiner Sicht zwei Optionen:

Option 1: minimOSD mit ein wenig Bastelaufwand

Dank einer tollen Community und vielen cleveren Köpfen, kann man ein enorm leistungsfähiges OSD schon für 20$ erwerben – zumindest wurde das Projekt so vorgestellt 😉 In der Praxis kostet das minimOSD tatsächlich nur zwischen 10€ und 50€ – je nachdem wo man kauft und wie lange man warten möchte. Um das OSD mit der richtigen Firmware zu bestücken und es konfigurieren zu können, ist zudem ein sog. FTDI-Adapter (in Deutschland einzeln ab ca. 12€) erforderlich. Da ich – wie bei allem – extrem ungeduldig war, habe ich das OSD mit FTDI und ein paar Kabeln direkt in China bestellt und eine tolle „Ab 30€ mit gratis Express-Versand“-Aktion mitgenommen. Montag Abend bestellt, Donnerstag das Paket in der Hand gehalten (~5€ Einfuhrumsatzsteuer direkt an den DHL-Boten entrichtet) – absolut beeindruckend.

Das minimOSD - hier schon semiprofessionell verpackt
Das minimOSD – hier schon semiprofessionell verpackt

Um das Modul mit der Flugsteuerung verbinden zu können, muss man sich anschließend ein Adapterkabel löten, wofür neben einem Servokabel ein paar 2,4mm Sockel- und Stiftleisten benötigt werden; diese sind günstig via eBay und Brief zu beziehen (~2€). Danach heißt es Lötkolben an und schnell ein paar (drei) Kabel verbinden, fertig ist der Hardware-Part des OSDs (detaillierte Anleitung auf der Projektseite).

Adapterkabel aus Sockel- und Stiftleisten. Am anderen Ende ist einfach nur ein Servostecker
Adapterkabel aus Sockel- und Stiftleisten. Am anderen Ende ist einfach nur ein Servostecker (s.o.)

Beim späteren Verbau am Copter unbedingt darauf achten, dass die Kabel sowohl an der NAZA bzw. der PMU korrekt angeschlossen werden, sonst hat es das OSD binnen Sekunden erlebt. Softwareseitig muss das Modul mittels eines bereitgestellten Tools zunächst auf eine temporäre Firmware geflashed werden, bevor das sog. Charfile eingespielt werden kann. Danach wieder auf die richtige Firmware und schnell ein paar Settings konfiguriert – fertig. Alles in allem eine Aktion von weniger als 2h.

Blick auf das minimOSD - Konfiguration nur beispielhaft
Blick auf das minimOSD – Konfiguration nur beispielhaft

Was wir hier sehen, ist die größte Stärke des OSDs (aus meiner Sicht). Jedes Element kann frei positioniert sowie eingeblendet oder versteckt werden. Man hat die totale Freiheit und kann – wenn man im Löten etwas talentierter ist – auch weitere Daten wie Empfangsstärke des Fernbedienungssignals, Flugmodus der NAZA oder sogar einen künstlichen Horizont einblenden – absolut genial und für (ideal betrachtet) weniger als 20€. Wenn man – wie ich – von der NAZA Lite auf die NAZA V2 umsteigt, wird man den tollen Adapter übrigens zwei mal basteln wollen, da der Stecker des Adapters bei der Lite direkt an die NAZA kommt und recht klein sein muss, während bei der NAZA V2 die GPS-Daten direkt an der Verbindung von Pilz zu PMUv2 abzugreifen sind (und damit hier alles fest sitzt, muss der mechanische Part des Adapters wiederum etwas größer sein).

Screenshot des Konfigurationstools
Screenshot des Konfigurationstools

Option 2: DJI iOSD Mini

Wie auf so viele elementare Wünsche des FPV-Fliegers hat DJI natürlich auch auf den Bedarf eines OSDs eine bzw. sogar mehrere Antworten. Die einfachere, aber ausreichende Version davon heißt DJI iOSD Mini und wechselt für 59€ den Besitzer. Das iOSD Mini besticht durch seine Einfachheit: Modul (so richtig schön mit Gehäuse und so), auspacken, via passgenauem Stecker mit PMUv2 verbinden, ein Kabel an die Kamera, ein Kabel an den Videotransmitter, Akku an den Copter, freuen. Kein Flashen, kein Updaten, keine Adapter .. einfach nur diesen wenigen Schritten folgen und nach weniger als 10 Minuten (kommt drauf an, wie lang man für zwei Lötungen benötigt) hat man die kleine Plastikkiste in Betrieb.

Blick auf das DJI iOSD Mini
Blick auf das minimOSD – Konfiguration nur beispielhaft (und Voltagesettings nicht eingestellt .. sonst wäre der 3S Lipo ganz schön heftig..)

Wie man sieht, scheinen die Informationen auf ersten Blick die gleichen zu sein wie beim (von mir entsprechend konfigurierten) minimOSD und sogar Daten wie der künstliche Horizont sind sofort da. Witzig ist die kleine Raute im Bild, welche den Startpunkt markiert, während das minimOSD eine Radardarstellung bietet und mittels rotierendem Pfeil komfortabel die Richtung den Copter-Piloten zeigt. Was mich am iOSD Mini etwas stört, ist seine mangelnde Flexibilität. Es gibt zwar eine dedizierte Anwendung für den PC und einen USB-Port, aber die einzige Option ist hier: Linke GUI-Elemente ganz links oder mittel-links und GUI-Elements rechts ganz rechts oder mittel-rechts. Der gesamte Gedanken des „Ich bastel mir selbst was Cooles“ geht da ein wenig verloren 🙁

Der iOSD Assistant - hier gibt es auch in Version 4 nicht viel zu tun..
Der iOSD Assistant – hier gibt es auch in Version 4 nicht viel zu tun..

Da ich während der Projektphase auf Grund immenser Inkompetenz einige Zeit dabei verloren habe, im Chaos von zuviel Isolationsklebeband die Anschlüsse von der Kamera und zum VTX zu verwechseln, habe ich jetzt mit Steckern und Beschriftungen gearbeitet und kann prinzipiell binnen weniger Augenblicke zwischen beiden OSDs wechseln .. mal schauen, welches uns auf Dauer begleiten wird.

Adapterkabel mit Beschriftungen
Adapterkabel mit Beschriftungen

Ich entschuldige mich an dieser Stelle für die suboptimalen Fotos der OSD-Darstellungen – leider ist es mir nicht gelungen mit der Spiegelreflex in die Fatshark zu fotografieren (Mindestabstand..). Auch die Darstellung mit schwarzen Rändern ist meiner derzeitigen GoPro-Einstellung geschuldet. Die Dominator erwartet eine 4:3-Darstellung, welche die GoPro z.B. im 960p-Modus auch liefert .. dann wird es aber ganz schön fischaugig.. Ich hoffe auch dieser kleine Einblick in die Welt des FPV-Flugs war lesenswert und hat vielleicht sogar Lust darauf gemacht, dass Beschriebene nachzubauen.

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