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Systembedingte Einschränkungen von DSLR's in der audiovisuellen Produktion

Neben vielen interessanten Funktionsmöglichkeiten der DSLR in der audiovisuellen Produktion, existieren einige systembedingte Einschränkungen, welche an dieser Stelle näher erläutert werden sollen.

Rolling Shutter

Bedingt durch den in DSLR’s verbauten CMOS-Sensor, tritt der Rolling Shutter Effekt auf. Da die DSLR in vielen Fällen nicht auf die Videoaufnahme optimiert ist, kann es zu einem stärkeren Rolling Shutter Effekt als bei Videokameras kommen. Dies ist bedingt durch die Auslesegeschwindigkeit des Sensors. Die Geschwindigkeit für das Auslesen von Fotos muss nicht so hoch sein wie bei der Videoaufzeichnung. Des Weiteren bieten Videokameras oft eine softwareseitige Korrektur des Effekts innerhalb der Kamera an.

Zum Auslesen der Bildinformationen verwenden Kameras mit CMOS-Sensoren größtenteils die Rolling Shutter Methode. Eine Zeile oder Spalte wird hierbei bereits ausgelesen, während in der Nachbarzeile / -spalte noch die Ladung gesammelt wird. Die Zeilen oder Spalten stammen damit aus zeitlich unterschiedlichen Belichtungsphasen. Dies kann bei schnellen Bewegungen im Bild oder schnellen Kameraschwenks Bildverzerrungen hervorrufen. Durch schnelle horizontale Bewegungen werden vertikale Bildobjekte schräg abgebildet und bei vertikalen Bewegungen können sie in die Länge gezogen werden. Aber nicht nur bei schnellen Bewegungen, sondern auch bei Blitzlicht kann das Rolling Shutter Ausleseverfahren zu Problemen führen. Ein Beispiel hierfür ist die Auslösung eines Kamerablitzes während der Bildaufzeichnung. Der Blitz wird dann nur teilweise im Bild sichtbar sein (wirkt abgetrennt). Das Resultat ist ein starker Helligkeitsunterschied in der Aufnahme. Bei Kameraerschütterungen kann es außerdem zum sogenannten Jello Effekt (auch Wobbeln) kommen, einem Verwischen der Bildinformationen. Je nach Aufbau des Sensors und der Auslesegeschwindigkeit variiert die Stärke des Effektes. Ganz verhindert werden könnte der Effekt durch eine Flügelblende, welche den Sensor nach der Bildaufnahme abdeckt. [1]

rolling_shutterRolling Shutter Effekt bei Schwenk und Blitzlicht

Ein weiteres Verfahren zur Vermeidung des Rolling Shutter Effekts ist die Global Shutter Methode. Hierbei werden die einzelnen Bildpunkte gleichzeitig belichtet und nachfolgend zwischengespeichert, wodurch keine zeitliche Verschiebung entsteht. Der Global-Shutter hat eine ähnliche Wirkung, wie ein Kameraverschluss vor dem Sensor. Ein Nachteil ist aber die aufwendige und teure Produktion. [2] Die Global Shutter Methode wird dadurch (wenn überhaupt) nur in hochpreisigen Kameramodellen verbaut. Die Firma RED bietet für ihre Kameralinien (CMOS-Sensor mit Rolling Shutter Methode) beispielsweise einen Global Shutter Adapter an, welcher vor den Sensor montiert wird. Die Firma Arri hingegen verwendet zur Reduzierung des Rolling Shutter Effekts eine rotierende Spiegelblende. Die meisten Hersteller versuchen allerdings das Problem durch eine schnellere Auslesegeschwindigkeit im Sensor zu kompensieren und verzichten auf eine zusätzliche Hardwarekomponente. Durch das spaltenweise Auslesen des Sensors lässt sich das Problem ebenfalls (je nach Anwendungsfall) reduzieren, da horizontale Schwenks in der audiovisuellen Produktion i. d. R. öfters vorkommen als vertikale.

Aliasing und Moiré

Aliasing oder Moiré Effekte sind kein grundsätzliches DSLR Problem, treten aber bei dieser verstärkt auf. Interferenzprobleme entstehen, wenn Bildaufnahmesysteme mit einem regelmäßigen und starren Abtast-Raster, ebenso regelmäßige Muster als Bildinhalt aufzeichnen. Dann kommt es zwischen dem Raster und dem Muster zu Interferenzen. Diese Interferenzen sind Bildstörungen und werden als Moiré bezeichnet. Um diese Probleme zu vermeiden, muss die Abtastfrequenz doppelt so hoch sein wie die max. Frequenz des Bildinhalts. Durch Kamerabewegungen kann sich die Frequenz aber verändern und deswegen werden Tiefpassfilter verwendet, welche alle Frequenzanteile oberhalb der doppelten Abtastfrequenz unterdrücken. Diese Tiefpassfilter sind auf die Sensorgröße und Pixelanzahl abgestimmt. Auch DSLR’s verwenden Tiefpassfilter, welche allerdings auf die maximale Pixelanzahl im Fotomodus ausgelegt sind. Bei der Videoaufnahme wird aufgrund der geringeren Auflösung allerdings nur jede zweite oder dritte Zeile ausgelesen (Line-Skipping), wodurch sich die Abtastfrequenz verändert und der Tiefpassfilter nicht korrekt arbeiten kann. Aus diesem Grund tritt der Moiré Effekt bei DSLR’s stärker auf, als bei Videokameras, deren Sensorgröße und Tiefpassfilter für die jeweilige Videoauflösung optimiert sind. [2] Die nachfolgende Abbildung zeigt zwei Testaufnahmen. Die linke Hälfte wurde im Videomodus und die rechte im Fotomodus mit der selben Kamera aufgenommen. Auf der linken Seite ist der Moiré Effekt anhand der bläulichen Bildstörungen sichtbar.

moire_effektMoiré Effekt (links) – Tiefpassfilterwirkung bei Video / Foto

Pixelfehler

Bei Kamerasensoren können verschiedene Arten von Pixelfehlern auftreten. Bei Spiegelreflexkameras mit großen Sensoren kann dieses Problem stärker vertreten sein, als bei Kameras mit kleineren Sensoren. Durch die hohe Anzahl an verfügbaren Pixeln steigt auch die Wahrscheinlichkeit der Zunahme an Pixelfehlern. Es existieren drei verschiedene Arten von Pixelfehlern:

  • Hot Pixel: Geben, abhängig von Belichtungszeit und Sensortemperatur, falsche Helligkeitsinformationen wieder.
  • Stuck Pixel: Sind auf der höchsten Helligkeitsstufe stehengeblieben und bleiben immer weiß.
  • Dead Pixel: Immer schwarz bleibende, defekte Pixel.

Überhitzung

Da bei Fotoaufnahmen der Sensor immer nur kurzzeitig ausgelesen wird, können beim permanenten Auslesevorgang im Videomodus Temperaturprobleme in der Kamera entstehen. Die Bauweise der DSLR ist dabei nicht auf hohe Sensortemperaturen ausgelegt und kann die Wärme nicht ausreichend abführen. Dies bedeutet, dass die Kamera sich nach längeren Videoaufnahmen selbstständig abschaltet, um abzukühlen. Dieser Vorgang wird i. d. R. mit einem Warnhinweis eingeleitet, kann aber bei nicht Beachten zu einem Verlust der Aufnahme führen. Die benötigte Abkühlzeit variiert je nach Außentemperatur und Kamerahersteller. Auch das Bildrauschen wird bei höheren Sensortemperaturen verstärkt.

Dynamik und Komprimierung

DSLR’s zeichnen für gewöhnlich mit einer Farbtiefe von 8 Bit und einer Abtastung von 4:2:0 auf. Der verwendete H.264 Codec arbeitet zwar sehr effektiv, verringert aber dennoch die Bildqualität. Die Bitrate ist fest vorgegeben und befindet sich meistens im Bereich von 20 – 90 MBit/s. Die Bildqualität ist allgemein nicht schlecht, aber in der Nachbearbeitung des Materials wäre eine höhere Farbtiefe für eine umfangreiche Farbkorrektur / -anpassung besser geeignet. Auch im Visual Effects (VFX) Bereich stellt sich der Umgang mit 4:2:0 Material als schwierig heraus. Die fehlenden Farbinformationen können z. B. beim Chroma-Keying, also beim Arbeiten mit Green- und Bluescreen, zu Artefakten an Kontrastkanten führen.

Autofokus

Bei DSLR’s (nicht DSLM’s) arbeitet der Autofokus (AF) im Sucher- und Live-View-Modus unterschiedlich. Dadurch ergeben sich gerade bei der Geschwindigkeit des Fokussierens Probleme. Das Autofokus-Verfahren wird in Phasenvergleich und Kontrastmessung unterschieden. Der Phasenvergleich funktioniert nur, wenn der Spiegel heruntergeklappt ist. Das reflektierte Licht wird dabei durch einen Hilfsspiegel auf die AF-Einheit gelenkt. Nach Teilung des Lichtes wird es zum Sensor weitergeleitet und es entstehen zwei Teilbilder. Diese Teilbilder werden miteinander verglichen und aus dem Vergleich die Fokusveränderung berechnet. Der Phasenvergleich arbeitet dabei schnell und genau. Bei der  Kontrastmessung, welche im Live-View-Modus bei DSLR’s und generell bei DSLM’s eingesetzt wird, übernimmt die Schärfemessung der Sensor direkt. Hierzu werden verschiedene Aufnahmen getätigt und ein Vergleich dieser durchgeführt. Bei einem hohen Kontrast liegt eine hohe Schärfe vor und bei niedrigem Kontrast eine geringe. Die Bilder werden so nach und nach ausgewertet, bis die korrekte Schärfe gefunden ist. Dieses Verfahren ist zwar zuverlässig, aber gegenüber dem Phasenvergleich langsamer. [3]

Während der Videoaufnahme kann es durch die Kontrastmessung zum sogenannten Pumpen kommen. Das heißt, die Kamera versucht ein Objekt zu fokussieren, schafft es aber nicht oder nicht schnell genug. Dies wirkt sich dann negativ auf das aufgenommene Material aus.

Beim Film wird i. d. R. manuell fokussiert, womit der Autofokus an dieser Stelle hinfällig ist. Sinn macht er z. B. bei Reportagen oder privaten Aufnahmen. Zu beachten ist auch, dass selbst bei Vorhandensein eines Autofokus, dieser nicht weiß, welchen genauen Teil des Bildes ein Kameramann scharf abbilden möchte.

Audio

Ein großes Hindernis stellt die Audioaufnahme und Audiokontrolle bei DSLR’s dar. Die Kameras verfügen zwar über ein kleines internes Elektretmikrofon, doch qualitative Audioaufnahmen sind damit nicht möglich. Dadurch, dass das Mikrofon direkt im Gehäuse integriert ist, werden alle Kameraberührungen direkt auf dieses übertragen und die Aufnahme damit unbrauchbar. Auch äußerliche Einflüsse, wie z. B. Wind, lassen sich mangels Windschutz nur schwer reduzieren. Oft stehen softwareseitige Filter zur Reduzierung bereit, doch können diese einen herkömmlichen Windschutz nicht ersetzen. Ein weiteres Problem ist eine, für gewöhnlich integrierte, automatische Pegelaussteuerung, welche sich ggf. nicht deaktivieren lässt und somit das Audiosignal verfälscht und durch automatische Anhebung des Grundrauschens auch negativ beeinflusst. Eingänge für externe Mikrofone sind nicht bei allen Kameras verfügbar und wenn, dann nur in Form eines Klinkeneingangs und nicht als XLR-Eingang. Eine Stromversorgung (+48V Phantomspeisung) steht ebenfalls nicht für externe Mikrofone zur Verfügung, was den Einsatz von professionellen Mikrofonen erschwert. Zudem sind die internen Mikrofonvorverstärker nicht auf den professionellen Einsatzbereich ausgelegt. Auch ein Kopfhörereingang zur Signalkontrolle oder eine Pegelanzeige zur Überprüfung der Aussteuerung fehlt größtenteils.

Ergonomie

Die Gehäuseform der DSLR ist auf das Fotografieren ausgelegt und leistet dort gute Dienste. Sobald man aber den Videomodus verwenden möchte, stößt man schnell auf diverse Einschränkungen. Die Kamera ist aufgrund ihrer Größe im Verhältnis zu einer Videokamera sehr leicht. Ohne Support Systeme ist es deshalb schwierig die Kamera ruhig zu halten und somit Verwacklungen zu vermeiden. Sogar ein leichter Wind kann die Kamera erschüttern. Weiterhin befindet sich an der Kamera kein extra Griff, um diese zuverlässig mit einer Hand führen zu können. Ein Einsatz als Schulterkamera ist ohne Zubehör ebenfalls nicht möglich. Das Display ist nicht bei allen Kameras schwenk- und ausklappbar, sodass dies je nach Kamerahaltung zu Problemen bei der Bildkontrolle führen kann. Das Display fällt häufig kleiner aus als bei vergleichbaren Videokameras, wodurch die Bildkontrolle und besonders das Fokussieren ebenfalls erschwert werden. Fotoobjektive sind zusätzlich nicht auf das permanente manuelle Nachziehen der Schärfe ausgelegt und somit fällt der Fokusring oftmals schmal und unhandlich aus.

Verschiedenes

Funktionen und umfangreiche Anschlussmöglichkeiten, die häufig standardmäßig in Videokameras integriert sind, fehlen meistens. Weiterhin ist die begrenzte Aufnahmedauer (in einer Sequenz) von 29:59 min eine Einschränkung. Dies liegt allerdings an den europäischen Zollbestimmungen und den daraus resultierenden Einfuhrkosten für die Hersteller. Fotokameras bleiben nur zollfrei, wenn sie die 29:59 min nicht überschreiten. Bei Überschreitung gelten sie als Videokameras und müssen dadurch mit 4,9% besteuert werden. Darüber hinaus sind die Anschlüsse der Kamera nicht auf den Videoeinsatz ausgelegt. Besonders der HDMI Ausgang der Kamera eignet sich nicht für den professionellen Einsatz. Der Stecker sitzt unter Umständen sehr locker im Anschluss, da er eigentlich nur für das gelegentliche Anschließen an ein TV-Gerät, zur Betrachtung der Aufnahmen, ausgelegt ist. Aufgrund des geringen Dynamikumfangs können weiterhin Banding Artefakte entstehen. Beim Banding werden die Übergänge eines Farbverlaufs durch sichtbare Streifen gestört. Dies kann z. B. bei Aufnahmen des Himmels oder in Schattenbereichen entstehen.

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Zusammenfassung:
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Einschränkungen (Nachteile) der Video-DSLR
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Neben vielen interessanten Funktionsmöglichkeiten der DSLR in der audiovisuellen Produktion, existieren einige systembedingte Einschränkungen.

Einzelnachweise:

  1. Quelle: Professionelle Videotechnik (Ulrich Schmidt), ISBN 978-3-642-38991-7. []
  2. Quelle: Monografie DSLR-Kameras für Filmer Nr. 1 (Hans-Albrecht Lusznat), Film & TV Kameramann [] []
  3. Quelle: Die große Fotoschule – Digitale Fotopraxis (Christian Westphalen), ISBN 978-3-8362-1311-0. []

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