Autor: Lunax, 08-2021

Die meisten Piloten kennen die Situation: man fliegt und hat plötzlich Bildstörungen in seinem Kamerabild. Bei analoger Bildübertragung und der verwendeten Technik ist dieses Phänomen häufig und man lernt damit umzugehen. Trotzdem macht es Sinn, sich diesen Bildstörungen anzunehmen, denn viele von diesen kann man minimieren und mit etwas Glück sogar vermeiden. Setzt aber voraus, dass es keine technische Störung der Kamera, des VTX oder ein Schaden in der Brille/Monitor ist. Gehen wir davon aus, das weder die Cam noch der VTX defekt ist, dann werden Bildstörungen in der Regel durch Spannungsspitzen und Störfelder (Magnetfelder) verursacht (Englisch: noise). Liegen die Videokabel in der Nähe von stromführenden Bauteilen oder Leitungen sind Störungen vorprogrammiert. Egal wodurch sie verursacht werden, sie sind unangenehm, beeinträchtigen das Fluggefühl und man sollte versuchen sie so gut es geht zu beseitigen.

Nachfolgende Tipps können dir helfen ein sauberes Bild zu bekommen.

Problem 1 : Weißer Grissel im Bild (weiße Punkte/Linien) #

Ursache: Grissel und horizontale weiße Linien im Bild sind oft elektrische Störungen, die auf das Videosignal einwirken. Alle Video-Kabel (von der Kamera zum FC und vom FC zum VTX) sind nicht abgeschirmt und stehen somit unter direktem Einfluss von störenden Magnetfeldern. Häufig liegen Videokabel in der Nähe oder in direkter Verbindung zu stromführenden Leitungen wie 5V, noch schlimmer Lipo-Spannung oder gar den Motoranschlusskabel am ESC. All diese Störungen werden als noise bezeichnet. Gute Vermeidungsstrategien werden weiter unten beschrieben.

Problem 2 : Schwarze Balken (flimmern) #

Ursache: Schwarze Lienen sind häufig ein Problem mit der Spannungsversorgung oder es besteht eine Masseverbindung zwischen der Antennenmasse und dem Frame. Mögliche Ursache könnten Spannungsversorgungsprobleme zwischen der Kamera und dem VTX oder VTX und FC. Obwohl heutige Kameras heute mit hohen Spannungen zurecht kommen, sollte man sie nie direkt mit der Lipo-Spannung versorgen. Besser ist es sie über den VTX oder über den FC mit 5V oder 9V zu versorgen. Moderne VTX bieten oft einen stabilisierten 5V Ausgang an, der für die Versorgung der Kamera verwendet werden kann. Wird zum Beispiel die Kamera über den VTX versorgt und das Problem tritt bei höheren Ausgangsleistungen mehr (oder nur) auf, dann liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Problem mit der Spannungsversorgung im VTX vor. Treten schwarze Linien auf sobald die Motoren gearmt werden, prüfen ob es eine Masseverbindung des Frames mit der Antenne gibt.

Problem 3 – der Jello-Effekt (Wackelpudding) #

Ursache: Dem Jello-Effekt ist ein ganzes Kapitel weiter unten gewidmet. Er kann bei CMOS-Kameras entstehen in Zusammenhang mit Vibrationen, schlechter Cam.

Maßnahmen #

• Nicht den VTX und/oder Kamera direkt über den Lipo mit Spannung versorgen. Lipo-Spannung ist ungefiltert bzw. ungeglättet, das verursacht deutliche Störungen und somit absolut zu vermeiden. VTX und Kamera immer mit geglätteter Spannung versorgen. Kameras und VTX können nur dann ein sauberes Bild liefern, wenn die Eingangsspannung möglichst frei von Störungen ist.
• Videokabel nicht an spannungsführenden Bauteilen/Kabeln entlangführen
• Alle Störungen die Einfluß auf das Videobild haben werden auch als
  • EMI(electro magnetic interference) Störungen benannt und beschreibt alle elektromagnetischen Störungen (z.B. Einflüße der Motoren, des ESC etc
  • RFI(Radiofrequency interference) Störungen und beschreiben alle Störungen hochfrequente Störungen und unerwünschte Störungen von Geräten (Voltage-Peaks, ….). Kleiner Exkurs: Bei RFI-Störungen unterscheidet man zwischen gestrahlter Hochfrequenzstörung die direkt von einem Gerät ausgehen (z.B. dem ESC) und leitungsgeführte Hochfrequenzstörung z.b. der Motorkabel, Lipo-Kabel, …
  • Beides zusammen führen zu den Störungen die Eingangs beschrieben wurden.
• Verwendet keine Billig-Antenne – billig kaufen -> zweimal kauen oder billig kaufen und mit schlechter Bildqualität leben
• Wenn Eure Analogbrille es zuläßt, verwendet einen True-Diversity Receiver und neuere Module wie z.B. TBS Fusion oder RapidFire. Diese Module können aus zwei Antennensignalen eine Mix produzieren und somit ein besseres Bild darstellen. True-Deiversity ist gut, da der Receiver entscheidet, welche Antenne aktuell das besser Signal empfängt. Auch hier gilt ein billiger True-Diversity-Empfänger kann und wird nicht die Leistung bringen wie einer der Topmarken – dem ist einfach so.

Masse – Masse und nochmals Masse #

In einem Copter werden unterschiedliche elektronische Komponenten wie Kamera, VTX, FC, ESC, Buzzer miteinander verbunden und besitzen immer eine Stromführende Leitung (+) und die dazugehörenden Masseleitung (GND oder auch Minus ). In einer idealen Welt sind alle GND-Leitungen exakt gleich und widerstandslos miteinander verbunden. Dem ist aber nicht so. Durch Leiterbahnen, Kabel, Lötverbindungen entstehen kleinste Widerstände, die den Stromfluss beeinflussen. Um aber Kamera und VTX mit der gleichen Masse zu verbinden sollte tatsächlich gemeinsame Masse Pins für beide verwendet werden. Dies kann man recht einfach mit einem Messgerät (Durchgangsprüfung) feststellen oder das Massekabel von Kamera und VTX zusammen auf dem gleichen Pin verlöten oder an dem nächst gelegenen Massepunkt verlöten. Für Perfektionisten sicherlich nicht der schönste Anblick. Achtet natürlich das keine Kabel löse auf dem FC liegen oder an diesem anschlagen.

Videokabel mit Massekabel verdrillen #

Das verdrillen des Massekabels und des Videokabels, sowohl des VTX als auch der Kamera ist auch eine Möglichkeit eine Art Abschirmung des Signalkabels zu erreichen. Nicht das Stromführende Kabel (+/rot) mit verdrillen, dann erreicht man nichts bzw. genau das Gegenteil.

Besonderes Augenmerk sollte man auch die Kabellängen legen. Alle Videoleitungen sollten so kurz wie möglich sein. Sowohl zwischen Kamera und FC als auch FC und VTX. Je kürzer die Leitung ums so weniger Angriffspunkte in Bezug auf EMI/RFI-Störungen

Entstörkondensator #

Ein Muss ist eine Kondensator am Lipo-Eingang des ESC. Kondensator sollten immer, wenn möglich am ESC verlötet werden und nicht am XT-Stecker. Der Kondensator sollte möglichst nah an der Quelle der Spannungsspitzen eingebaut werden. Beim Quadcopter ist das der ESC, Weiterhin sollte das Verbindungskabel zwischen Lipo und ESC ebenfalls möglichst kurz sein.

Elkos(Elektrolytkondensator) sind Kondensatoren, die einen Plus und einen Minuspol besitzen und auch nicht verkehrtherum eingelötet werden dürfen. Weiterhin sollten LOW ESR Kondensatoren eingesetzt werden. Dies sind spezielle Kondensatoren mit einem niedrigen Innenwiederstand (daher LOW ESR : electrical serial resistance). Ziel des Kondensators ist es lästige Störungen aus einem Gleichspannungssignal herauszufiltern. Es kann hilfreich sein einen Kondensator zwischen 5V & GND am FC zusätzlich einbauen. Allerdings haben gute FCs an den neuraligschen Punkten bereits Kondensatoren verbaut . Schaden kann es aber nicht.

Weitere Infos gibt es auch hier.

LC-Glied einbauen #

Ein LC Glied ist eine Kombination aus einem Kondensator und einer Spule. Diese Filter werden in der Spannungsversorgung (5V / GND) und der Kamera und / Oder dem VTX eingebaut. Ein LC-Filter ist im Prinzip ein Tiefpassfilter und lässt nur tiefe Frequenzen durch und hohe Frequenzen (Störungen) unterdrückt er. Wird er nun in die Spannungsversorgung integriert, filtert er weitere Störungen aus dem Spannungsversorgung heraus. Wie schon beschrieben, je sauberer (Störungsfrei/glatter) die Spannungsversorgung unsere Kamera und des VTX ist umso weniger Störungen werden im Videosignal übertragen. Diese LC-Glieder sind aber zwischenzeitlich nicht mehr so häufig zu sehen, da gute VTX für die Kameras in der Regel schon eine gute Filterung bieten. Sollte aber Alles nicht richtig helfen, ist dies aber auf jeden Fall einen Versuch Wert.

VTX/ Kamera tauschen #

Billig kaufen, zweimal kaufen. Viele kaufen sich beim Chinamann den günstigen VTX für 12.99€ und wundern sich warum das Bild so schlecht ist. Billige Bauteile, wenig Entstörung, ein on Board-BEC (Battery Eleminator Circuit = Spannungsregler) ist entweder gar nicht vorhanden oder schlecht. Gleiches gilt übrigens für die Kamera, eine Kamera für 15€. TBS mit seinen Unify VTX bieten hier für mehr Geld aber auch deutlich mehr Leistung.

Übrigens, nur weil der Hersteller schreibt ein VTX leistet bis zu 800mW heißt es noch lange nicht, das er das auch tut. Ich habe eine Reihe von VTXen mit einem RF-Meter vermessen und musste feststellen, das kaum ein China-Billig VTX diese Angaben erreicht. Weiterhin plagt man sich mit dem Effekt – je höher die Leistung je mehr Bildstörungen sind vorhanden.

Ausgangsleistung des VTX. In Deutschland sind nur 13dbi/25mW erlaubt. (Gilt auf für Races, hier sind ebenfalls nur 25mW erlaubt). Die meisten VTX können deutlich mehr. Auch wenn es nicht erlaubt ist – klar ist – mehr Leistung und eine höhere Chance auf eine besseres Bild

Abgeschirmte Leitungen #

Wie einführend beschrieben sind die Videokabel sehr empfindlich für Störungen von außen. Erinnerung an alte Fernsehzeiten mit einer Antenne, dort war das Antennenkabel ebenfalls abgeschirmt. Hier kann man das gleiche Verfahren für die Videokabel nutzen – also Kamera zum FC und FC zum VTX. Hier ein dünnes abgeschirmtes Kabel verwenden und die Abschirmung an Masse legen. Kann das letzte Quäntchen für ein sauberes Bild bringen. Hier mal im Internet suchen. Als Suchbegriff mal „Litze 0,5mm, einadrig, geschirmt“ eintragen. Gebraucht werden diese Kabel häufig bei Tonübertragung. Tonarmlitze (ist aber in der Regel zwei-adrig) ist auch ein Versuch Wert.

Mechanische Ursachen und deren Vermeidung #

Antennen-Setup #

Antennen-Setup kann man beliebig tiefgreifend beschreiben, hier ist nicht der Platz dafür. Daher nachfolgend nur Anhaltspunkte über die man nachdenken sollte:

• Sender-Antenne und Receiver-Antenne müssen gleich sein (RHCP-RHCP oder LHCP-LHCP). Mixt man diese, wird man definitiv Einschränkungen sowohl in Qualität als auch in der Reichweite haben
• Patch-Antennen
  Sind sogenannte Richtantennen und können nur an der Brille genutzt werden. Den besten Empfang hat man, wenn die Antenne Richtung Copter zeigt. Also nie alleine nutzen und ausschließlich für die Brille geeignet. Bei Patch-Antennen achtet darauf, diese diese in EURE Blickrichtung zeigen und nicht irgendwo hin.
• Pagoda-Antennen
  Bekannt sind hier Lollipop, Foxeer Antennen die gute Qualität aufweisen. Zwei Scheiben liegen übereinander und sind meistens in einem kleinen Kunststoffgehäuse verbaut. Pagoda-Antennen sind relativ klein. Können für Copter und Brille genutzt werden.
• Omnidirektionale Antennen (Donut, Cloverleave)
  Größe ähnlich der Pagoda-Antennen vom Aufbau aber anders. Haben in der Regel gute Sende & Empfangsleistungen.
• Im Idealfall sind sowohl Sender als auch Empfangsantenne auf einander abgestimmt.

Generell gilt bei Antennen, das sie im Copter sauber verbaut werden. Die Antenne sollte im Idealfall den höchsten Punkt im Copter bilden. Nicht einfach hinten aus dem Copter herausführen, dann wird sie durch den Frame und vermutlich auch durch den Lipo abgedeckt.

Montage der Antenne sollte vibrationsarm mit so kurzem Kabel wie möglich und ohne Masseverbindung zum Frame montiert werden. (siehe Problem 2 – schwarze Balken). Steckt niemals nur einen SMA Adapter durch einen TPU Halter und schraubt eine 6 cm lange Antenne dran, dies erzeugt eine Starke Resonanz im Gyroskop.

Wie weiter oben schon erwähnt – Billig-Antennen erreichen nicht die Leistung wie abgestimmte hchwertige Antennen. Eine Antenne für 10€ vom Chinamann kann und wird nicht die Qualität erreichen wie etwas teurere abgestimmte und kalibrierte Antennen. Gute Antennen liegen in der Regel 20€ und mehr.

Bei Brillen mit der Möglichkeit mehrere Antennen anzuschließen hat sich als gutes Setup ein Mix aus einer guten Pagoda oder Omni-Antenne und einer guten Patch-Antenne etabliert.

Überhitzung #

Kennt vermutlich jeder, man hat den VTX angeschlossen und nach kurzer Zeit ist das Ding sehr heiß. Je nach Ausgangsleistung, die eingestellt wurde, kann diese Wärmeentwicklung noch deutlich höher liegen. Daher ist es grundsätzlich wichtig den VTX im Copter so zu verbauen, das er im Luftstrom liegt und somit Kühlung erhält.

Für Longrangepiloten: Hat man Platz genug kann man auch kleine Kühlkörper mit Wärmeleitpaste aufkleben. Diese Kühlkörper dienen dazu die entstehende Wärme schneller abzuführen (durch eine größerer Oberfläche und einem Material was gut Wärme leitet (z.B. Alu). Wärmeleitpaste ist wichtig, da es sonst zwischen dem VTX und dem Kühlkörper zu einer schlechten Wärmeweiterleitung kommt.

Übrigens Überhitzung kann durchaus die die Bildqualität negativ beeinflussen abgesehen, kann sie zur Zerstörung des VTX führen.

Für-Racer: Pit-Mode benutzen!

Vibrationen – Jello-Effekt #

Sehr unangenehm ist der Jello-Effekt (Wackelpudding). Das Bild (oder Teile davon) verzerren sich und es sieht wie ein verwischen des Bildes aus. Alles sieht irgendwie wabbelig aus (daher auch Jell-o). Eine andere Bezeichnung dieses Effektes ist als Rolling-Shutter-Effekt bekannt. Der Jello-Effekt ist unteranderem Bauartbedingt und tritt vornehmlich bei CMOS-Kameras auf, da bei diesen Image-Chips bauartbedingt die Belichtung Zeilen/spaltenweise durchgeführt wird. Bei Standbildern tritt der Effekt nicht auf, sondern erst in der Bewegung. Kameras mit einem CCD-Chip haben diesen Effekt nicht. Auf Wikipedia kann man sich auch weitere Informationen zum Thema durchlesen: https://de.wikipedia.org/wiki/Rolling-Shutter-Effekt

Öffnet die Kamera falls möglich und kontrolliert ob die Platine festsitzt. Polstert Freiräume mit Schaumstoff auf. Vermeidung des Jello-Effektes kann durch Verminderung von Vibrationen erreicht werden. Krumme Props, schlackernde Kabel, lose Teile vibrieren und erhöhen den Effekt.

ND-Filter auf dem Objektiv können das Problem kaschieren. Ein ND-Filter(Neutraldichtefilter) wird einfach auf das Objektiv aufgesetzt. Problem einen passenden für seine Kamera finden.

Hier eine Bildfolge von links nach rechts aus einem Ausschnitt einer FPV-Cam. Man sieht deutlich wie der Effekt sich von oben nach unten fortsetzt.

Kleiner Exkurs CMOS vs CCD Image Chips #

CMOS (complementary metal oxide semiconductor). Günstig in der Herstellung, geringere Latenz, bessere Auflösung, gute Wiedergabe bei geringem Licht. Verarbeitung des Bildes Zeilenweise (Rolling-Shutter), daher auch der Jello-Effekt. Bei hochfrequenten Störungen durch Vibrationen, verschieben sich die Bildzeilen zwischeneinander. Dies wirkt sich dann als verwischte Bildqualität aus. Häufig haben CMOS Sensoren Probleme bei schlagartigen Helligkeitsunterschieden z.B. aus der Sonne in den Schatten. Die Technologie bei den CMOS-Kameras entwickelt sich immer weiter, heute sind die meisten Kameras auf CMOS-Technologie. Weiterhin bieten sie eine größere Range an Einstellmöglichkeiten innerhalb der Kamera als CCD.

Typische Vertreter für FPV-CMOS-Cams

• Caddx Ratel 2
• RunCam Eagle 3
• RunCam Nano
• RunCam Racer (Racing Cam, 6ms Latenzzeit)
• Foxeer Nano Predator (Racing, 4ms Latenz)
• …

Am Markt werden mehr CMOS Kameras angeboten als CCD Kameras.

CCD (charged coupling device), guter Wirkungsbereich über einen weiten Bereich der Lichtverhältnisse, besserer Kontrast als CMOS, natürlichere Farben, Kein Jello-Effekt. Das Bild wird komplett aufgenommen und verarbeitet (Global-Shutter). Teurer in der Herstellung, bessere Bildqualität bei schnell Hell/Dunkel-Übergängen.

Typische Vertreter für FPV-CDD-Cams

• Runcam Swift 2
• Foxeer Arrow Micro Pro
• Foxeer Arrow V3
• Caddx Micro S1
• …

Hersteller und ihre Technologie #

• Caddx: verbaut überwiegend CMOS-Sensoren (nur eine CCD-Serie: S1)
• Eachine: verbaut viele CCD-Sensoren
• Foxeer: überwiegend CMOS, hat aber auch eine Reihe von CCD (Arrow-Serie)
• RunCam: überwiegend CMOS, hat aber auch eine Reihe von CCD (Swift-Serie)

Autor LunaX