Ein paar Gedanken zu Highspeed-Video-Aufnahmen

Highspeed-Kameras gibt es schon lange: Die schnellsten Filmkameras schossen schon vor Jahrzehnten viele Tausend Negativ-Filmframes pro Sekunde durch das Filmgate. In der digitalen Welt erreicht man heute Geschwindigkeiten von mehreren Millionen Bildern pro Sekunde.

Analyse, SĂ€nfte und Spektakel

Highspeedkameras wurden entwickelt, um schnelle Aktionen bei industriellen oder militÀrischen Prozessen (z.B Projektilverhalten und Ballistik) einfangen zu können. Solche Prozesse sind mit blossem Auge nicht wahrnehmbar, da sie zu schnell sind. Aus dem selben Grund werden bei Auto-Crashtests solche Kameras verwendet.

In der Unterhaltungsindustrie sind Highspeedkameras in einzelnen Sparten im Einsatz. Besonders bei Werbungen oder Sport- oder Musikvideos wird hÀufig mit höheren Bildraten aufgenommen.

Der Zuschauer empfindet SĂ€nfte, sieht er eine Frau in Zeitlupe mit der Hand durch ein Seidentuch fahren, oder spĂŒrt Spektakel, sieht er verlangsamte Bilder eines Snowboarders, der scheinbar grenzenlos durch die LĂŒfte schwebt. Oder es werden ihm ganz neue Perspektiven eröffnet, wie folgendes Beispiel zeigt:

Canon Bring Colour To life from Christopher Hewitt on Vimeo.

FlĂ€chendeckend – also auch bei Pro- und Konsumerkameras – hat sich Highspeed noch nicht durchsetzen können. Der Grund liegt bei den technischen Anforderungen an ein solches GerĂ€t.

Wie funktionert Highspeed?

Interessanterweise waren viele Filmkameras darauf ausgerichtet, höhere Bildraten zu erreichen. Die beliebte 16mm-Kamera ARRIFLEX 16 sr3 aus dem Jahr 1992 konnte in der Standardversion 75 und in der HS-Version 15o Bilder pro Sekunde (fps) belichten.

Um höhere Raten zu erzielen, mussten spezielle Tricks angewandt werden. Beispielsweise musste ein Verfahren entwickelt werden, damit die Stop-and-Go-Bewegung beim Fixieren des Films wĂ€hrend der Belichtung umgangen werden konnte. Dies fĂŒhrte nĂ€mlich unweigerlich zu einem Riss des Films. Rotierende Spiegel und Prismen waren die Lösung und ermöglichten Bildraten von ĂŒber 100’000 fps. Interessant: Der Film musste dabei mit einer Geschwindigkeit jenseits der Schallgrenze transportiert werden.

Im digitalen Zeitalter scheinen die physikalischen Grenzen verschwunden zu sein. Mehrere Millionen Frames pro Sekunden lassen sich mit kleiner Auflösung aufzeichnen. Bei 4 Megapixel lassen sich aber immer noch mehrere Tausend Bilder speichern. Schnelle Sensoren, flinke Bildbearbeitungs-Prozessoren und rasante Aufzeichnung mĂŒssen dafĂŒr alle gleichsam vorhanden sein. 1 Sekunde rohe Datenauslesung des Sensors mit einer Full-HD-Auflösung und einer Rate von 1000 fps kommt schnell auf 1 GB. RAM als schnellen Speicher ist besonders geeignet, um diese Datenraten einzufangen. So hat sich der Workflow entwickelt, dass die vom Sensor und Image-Prozessor gelieferten Daten zuerst auf in der Kamera integriertes RAM gespeichert wird, um diese erst in einem nĂ€chsten Schritt auf Festplatte zu speichern. Viele Industriekameras werden per Gigabit-Ethernet ĂŒber einen normalen RJ-45 Stecker an einem Computer angedockt, wo das Bildmaterial mit einer mitgelieferten Software visioniert, eventuell gekĂŒrzt und dann von der Kamera auf die interne Festplatte gespeichert wird. Diese Video-Daten sind meist in einem Rohformat (8-12 bit) vorhanden und können mit demselben Programm in gĂ€ngigere Formate umgewandelt werden.

Wo liegt das Problem?

Das Hauptproblem liegt darin, dass schnelle Verschlusszeiten mehr Licht benötigen. Bei 1000 fps fĂŒhrt erst die 40-fache Erhöhung des Lichts zur selben Belichtung wie bei 25fps. Bei Aussenaufnahmen im Sonnelicht mag dies noch gut gelingen, bei Studioaufnahmen fĂ€hrt man doch mit grösseren Lampen rein. 5K-Scheinwerfer sind je nach Distanz zum Objekt minimal nötig!

Ein weiteres Problem ist der mĂŒhsame und langwierige Transfer der Daten auf den Computer. Dies kann je nach Hersteller 10min dauern, will man 5 Sekunden Bildmaterial aufgenommen mit einer Geschwindigkeit von 1000fps verschieben. Dieser Vorgang muss hĂ€ufig gemacht werden, da die kamerainternen RAM-Speicher hĂ€ufig nicht mehr als 8GB bieten und vor allem die Daten bei RAM nur flĂŒchtig gespeichert sind. Stellt die Kamera ab, sind die Daten, die nur auf dem RAM gespeichert waren, weg!

Die Herkunft aus der Industrie ist den meisten Highspeedkamera-Systemen anzusehen. Wenn ĂŒberhaupt – hĂ€ufig nur mit einem kleinen internen Akku ausgerĂŒstet, eignen sich solche Kameras nicht wirklich fĂŒr Handheld-Shots. Dass anstatt mit Tausendstel einer Sekunde nur mit Milli- und Mikrosekunden gerechnet wird und Auflösungen, die den Fernseh- oder Kinonormen nicht im geringsten nahe kommen (und nicht zuletzt der Umstand, dass hĂ€ufig keine Monitore in den Kameras verbaut werden), zeigen, dass die Unterhaltungsindustrie nicht der Hispeed-Aufnahmen Geburtsort ist.

Zwar haben sich ein paar wenige Kamerahersteller in die Kino- und Werbewelt eingenistet. Allen voran Vision Research mit der mehrfach ausgezeichneten Phantom Flex; nebst gĂ€ngigen HD-Auflösungen (und grösser) stehen HD-SDI Outputs zur VerfĂŒgung, mit denen man ein unkomprimiertes Livebild ausspielen kann. Das Filehandling ist mit ultraschnellen Kamera-internen Speichermedien (zur Speicherung der Daten aus dem RAM) deutlich Film-Set tauglicher! Doch mit ca. 100’000 Euro schlĂ€gt ein solches GerĂ€t fast jeden potentiellen Kunden in die Flucht. Das Mieten ist somit in den allermeisten FĂ€llen die unausweichliche Alternative.

FĂŒr die meisten Kameraleute im Kino- wie im TV-Bereich gehört der Umgang mit solchen Spezialkameras also noch lange nicht zum TagesgeschĂ€ft. In den meisten FĂ€llen mĂŒssen Spezialfirmen angeheuert werden. Der Aufwand und die Kosten sind erheblich, sodass viele Produzenten auf Hispeed verzichten.

Wo ist die Lösung?

Die Zeit fĂŒr die Demokratisierung des Highspeed in der Unterhaltungsindustrie ist nun gekommen. Als ich die Specs der neuen Sony NEX FS-700 gelesen habe, wurde mir klar, dass die neuen Kameragenerationen das lang erwartete 1080p50 nicht nur erreichen, sondern frech um das Vielfache ĂŒbertreffen! Wie herrlich die Zeiten, bei denen ein paar Tage spĂ€ter Canon mit der C500 120fps in 4K ankĂŒndigt, zwar zu einem stolzen Preis von voraussichtlich 30’ooo Euro, aber trotzdem verpackt in einem Body, der hĂ€ufig auf ENG / TV Produktionen anzutreffen sein wird! Klar: Hier sprechen wir nicht von 1000fps, aber bereits mit 120, oder gar 240 fps lassen sich die verblĂŒffenden Effekte erzielen, damit der Zuschauer SĂ€nfte oder Spektakel erlebt! RED Evangelisten mögen Recht haben, wenn sie monieren, dass die RED one schon vor 3 Jahren 120 fps aufzeichnen konnte. Doch sie war und ist vor allem fĂŒr aufwĂ€ndigere Film- und TV-Produktionen im Einsatz.

Schliesslich sind die neuen Sensor-Generationen so sensitiv wie nie zuvor! Selbst bei 240fps wird man ohne teures und stromhungriges Licht nicht auf Innenaufnahmen verzichten mĂŒssen!

Highspeed gehört nun allen

Good times, video guys, good times!

One Response to “Ein paar Gedanken zu Highspeed-Video-Aufnahmen”

  1. Jens Pueschel says:

    Hallo Herr Lehmann,

    mein Sohn macht GerĂ€teturnen und nun bin ich auf der Suche nach einer Highspeed-Kamera mit der ich bzw. sein Trainer ihm seine BewegungsablĂ€ufe deutlicher darstellen kann. Habe sie Erfahrung mit Highspeedaufnahmen im Sport / Bewegungsanalyse. Mein Budgetrahmen liegt bei max. 1000€. Gibt es in diesem Rahmen sinnvolle Lösungen.

    Schönen Sonntag
    Jens PĂŒschel

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