# Was Tausende Drohnenbilder aus Stahlwerken über die Kamera und die KI verraten, die Sie wirklich brauchen

> Was eine Drohnenkamera in einem Stahlwerk sehen kann und was nicht, wie Sie das prüfen und was Kamera, Objektiv und Datenverbindung leisten müssen.

Quelle: https://beyondpixels.dev/de/blog/steel-plant-drone-frames/ · Veröffentlicht 2026-10-15 · Belege: measured, derived, published, illustrative

Interaktive Werkzeuge der Webversion erscheinen hier als Komponenten-Tags mit Standardwerten.

<Summary title="Die Kurzfassung">

- Eine Nahaufnahme in einem Inspektionsbericht ist meist ein Ausschnitt aus dem Weitwinkelfoto. Details, die die Kamera nicht aufgezeichnet hat, lassen sich nicht nachträglich hinzufügen.
- Gehen Sie vom Fehler aus. Mit einem 20-MP-Sensor, 1,4-µm-Pixeln und einem 6-mm-Objektiv (hier dient eine e-CAM200 von e-con Systems als Referenz) deckt ein Pixel in 17 m Entfernung etwa 4 mm ab.
- Bei dieser Größe sind angehobene und fehlende Bleche leicht zu erkennen. Ein Loch von 10 mm liegt an der Grenze dessen, was sich noch entdecken lässt, und Risse lassen sich nicht ausmessen.
- Viele schwere Schäden sitzen an Wänden, Ecken und Giebelseiten. Fliegen Sie deshalb auch seitliche Ansichten, nicht nur das Dach.
- Licht ruiniert mehr Bilder als die Auflösung: Gegenlicht, tiefer Schatten und Staub. Größere Pixel und HDR helfen, wie bei der e-CAM810 mit 2,0-µm-Pixeln im Referenz-Set.
- Neben Stahl, der den Kompass stört, braucht die Navigation Kameras mit Global Shutter wie die e-CAM217. Fünf Kameras zusammen erzeugen 12,75 Gbit/s Rohdaten, und das bestimmt Verbindung und Bordrechner.
- Auch Bewegung und Objektivschärfe kosten Pixel, und jedes davon lässt sich vor dem ersten Flug berechnen.
- Um zu wissen, wie oft eine Kamera einen Fehler findet, bringen Sie bekannte Fehler an einer Testwand an und zählen Sie nach.

</Summary>

Öffnen Sie fast jeden Inspektionsbericht einer Drohne, und Sie finden dieselbe Seite: ein Weitwinkelfoto mit rotem Kasten, daneben eine vergrößerte Nahaufnahme, eine Schweregradbewertung und eine Empfehlung.

<Plate
  kind="diagram"
  src="/media/steel-plant-drone-frames/report-page.webp"
  alt="Eine typische Zeile eines Inspektionsberichts: Weitwinkelansicht der Drohne mit rotem Kasten, vergrößerte Nahaufnahme desselben Bildes, die Kategorie, ein Buchstabe für den Schweregrad und eine Empfehlung"
  caption="Eine typische Berichtszeile. Die Nahaufnahme rechts ist meist ein Ausschnitt aus dem Weitwinkelbild, kein zweites Foto."
  evidence="illustrative"
  width="1600"
  height="800"
/>

Diese Nahaufnahme ist selten ein zweites Foto aus kürzerer Entfernung. Es ist dasselbe Foto, auf dem Bildschirm vergrößert. Was die Kamera beim ersten Mal nicht aufgezeichnet hat, ist deshalb endgültig verloren.

<p class="pull">Die Pixelzahl ist die höchste Vergrößerung, die ein Prüfer je haben wird.</p>

Die nützliche Frage lautet also, was die Kamera aufzeichnen muss, damit ein Befund belastbar ist.

## Vom Fehler aus rechnen

Die erste Zahl, die Sie kennen sollten, ist die Anzahl Millimeter der Struktur, die ein Pixel abdeckt. In der Vermessung heißt das Bodenauflösung oder GSD (Ground Sample Distance).

Zwei Details sind wichtig. Die Entfernung ist die gerade Linie vom Objektiv zur Oberfläche, nicht die Flughöhe der Drohne: Eine Drohne, die 110 m hoch neben einem Schornstein und 20 m vom Stahl entfernt fliegt, arbeitet mit 20 m. Und das Objektiv zählt so viel wie der Sensor, denn dieselbe Kamera mit einem weiteren Objektiv sieht mehr Fläche in weniger Detail.

<p class="formula">GSD (mm/px) = Entfernung × Pixelgröße ÷ Brennweite</p>

Das Rechenbeispiel verwendet die unmittelbar danach beschriebene Referenz-Inspektionskamera: ein Modul [e-CAM200](https://www.e-consystems.com/camera-modules/20mp-ar2020-high-resolution-camera-module.asp) von e-con Systems mit einem 20-MP-Sensor onsemi AR2020 und 1,4-µm-Pixeln, hinter einem 6-mm-Objektiv, 17 m von einer Wand entfernt. Das ergibt 3,97 mm pro Pixel, die wir auf 4 mm runden und durchgehend verwenden. Das Pixelbudget weiter unten rechnet dieselbe Aufgabe für jede Kamera, jedes Objektiv und jede Entfernung.

<Plate
  kind="diagram"
  src="/media/steel-plant-drone-frames/gsd-worked-example.webp"
  alt="Diagramm mit ähnlichen Dreiecken: ein 20-MP-Sensor mit 1,4-µm-Pixeln und einem 6-mm-Objektiv in 17 m Entfernung von einer Wand; jedes Pixel deckt etwa 4 mm ab"
  caption="Ähnliche Dreiecke: Ein 1,4-µm-Pixel hinter einem 6-mm-Objektiv deckt in 17 m Entfernung 3,97 mm Wand ab."
  evidence="derived"
  meta="20 MP · 1,4 µm · f = 6 mm · R = 17 m"
  width="1600"
  height="900"
/>

## Die Referenzkameras

Die Befunde in diesem Artikel stammen aus unseren Beobachtungen der industriellen Inspektionsarbeit und unserer Auswertung dazu. Die Rechnungen verwenden ein Referenz-Kameraset aus der e-CAM-Reihe von e-con Systems, damit sich jede Zahl an einem echten Datenblatt prüfen lässt. Es ist ein Referenzentwurf, kein geflogenes Fluggerät. Die Spezifikationen stammen von den Produktseiten von e-con Systems und aus den Datenblättern der Sensorhersteller, Stand Oktober 2026.

| Aufgabe und Modul | Sensor und Modus | Warum es im Set ist |
| --- | --- | --- |
| Inspektionsfotos<br />[e-CAM200](https://www.e-consystems.com/camera-modules/20mp-ar2020-high-resolution-camera-module.asp) | onsemi AR2020, 20 MP, 1,4-µm-Pixel, Rolling Shutter | 4 mm pro Pixel in 17 m, genug, um angehobene und fehlende Bleche zu lesen |
| Gegenlicht- und Schattenszenen<br />[e-CAM810](https://www.e-consystems.com/camera-modules/4k-sony-starvis2-imx678-low-light-camera-module.asp) | Sony STARVIS 2 IMX678, 4K, 2,0-µm-Pixel, HDR-Modi | Etwa doppelt so viel Licht pro Pixel, für Schornsteinköpfe und Podestunterseiten |
| Navigation und Hindernisse, zwei Module<br />[e-CAM217](https://www.e-consystems.com/camera-modules/ar0234-global-shutter-camera-module.asp) | onsemi AR0234, 1920 × 1200, 3,0-µm-Pixel, Global Shutter, 60 fps | Gerade Kanten in Bewegung, und ein Paar, das im selben Moment aufnehmen kann |

Eine fünfte Kamera für die Landung gehört zum Set, wird aber nicht behandelt. Die e-CAM200 setzt die Detailgrundlinie für den ganzen Artikel. Die e-CAM810 steht für Szenen wie die Schornsteinspitze weiter unten, in denen der Himmel die Belichtung bestimmt, und das Paar e-CAM217 für die Navigation neben Stahl, der einen Kompass stört. Das Set hat Grenzen, und die folgenden Abschnitte nennen sie: Bei 4 mm pro Pixel sieht die e-CAM200 ein Loch von 10 mm nur an der Grenze der Entdeckbarkeit, und als Rolling-Shutter-Kamera eignet sie sich für den Schwebeflug, nicht für die Navigation. Die Modulkarten am Ende des Artikels verlinken jede Produktseite.

## Die Notfälle sitzen an den Wänden

Ein ordentliches Raster von oben ist der naheliegende Flugplan, so wie bei einer Kartierung. Doch viele der Schäden, auf die es bei Industriegebäuden ankommt, sitzen an den Seiten. Der Windsog ist an Dachrändern und Ecken am stärksten, und dort lösen sich Verkleidungen und Anschlussbleche, und eine Wand sehen Sie von senkrecht oben nicht.

<BarChart
  title="Angehobene und herausgerissene Bleche dominieren die Notfälle"
  unit=" %"
  evidence="measured"
  caption="Anteil der CAT-A-Befunde (Notfall), an denen der jeweilige Fehlertyp beteiligt ist, in den ausgewerteten Missionen. Die Anteile summieren sich auf mehr als 100 %, weil ein Befund mehr als einen Typ betreffen kann."
  rows={[
    { label: 'Herausgerissene oder angehobene Bleche', value: 45 },
    { label: 'Beschädigte Bleche', value: 25 },
    { label: 'Lose Materialien auf Dächern', value: 20 },
    { label: 'Durchlöcherungen', value: 9 },
    { label: 'Fehlende Bleche', value: 5 },
    { label: 'Korrosion', value: 3 },
  ]}
/>

Senkrechte Seitenverkleidungen wurden in mehreren CAT-A-Einträgen genannt, noch vor Dachblechen, Anschlussblechen und Lüftungsjalousien, und die Fundstellen häufen sich an Giebelseiten, Ecken und rund um Kanäle. Staub und Materialablagerungen waren mit 36 % der häufigste Befund insgesamt, aber nur 9 % davon waren CAT-A.

<Plate
  kind="diagram"
  src="/media/steel-plant-drone-frames/findings-by-severity.webp"
  alt="Gestapeltes Balkendiagramm der Drohnenbefunde nach Typ und Schweregrad, von Staub und Materialablagerungen oben bis zu Geländer und Laufsteg unten"
  caption="Was Drohnenprüfer melden, nach Schweregrad aufgeteilt, von CAT-A (sofort handeln) bis unter Beobachtung halten."
  evidence="measured"
  meta="Inspektionsbefunde · alle Missionen"
  width="1536"
  height="1024"
/>

Die Flugprotokolle bestätigen das. Die mittlere Kameraneigung betrug −30°, nur 13 % der Bilder zeigten annähernd senkrecht nach unten, und bei Missionen an Schornsteinen blickten 11 % nach oben.

<Plate
  kind="diagram"
  src="/media/steel-plant-drone-frames/camera-tilt.webp"
  alt="Drei Drohnenskizzen: mittlere Kameraneigung −30°, 13 % annähernd senkrechte Bilder, 11 % nach oben gerichtete Bilder bei Missionen an Schornsteinen"
  caption="Wohin die Kamera tatsächlich zeigte, aus den Flugmetadaten."
  evidence="measured"
  meta="Gimbal-Neigung · Flugprotokolle"
  width="1600"
  height="800"
/>

<p class="pull">
  Die Befunde, auf die es ankommt, liegen seitlich, an Ecken und im Mischlicht. Kamera, Gimbal und
  Flugplan sollten deshalb für diese Ansichten ausgelegt sein.
</p>

In der Praxis heißt das: ein Gimbal, der sich über den Horizont hinaus neigen lässt, Objektive für 10 bis 30 m Abstand statt für 100 m Flughöhe und ein Flugmuster, das jede Giebelseite und jede Ecke von zwei Seiten aufnimmt.

<Plate
  kind="diagram"
  src="/media/steel-plant-drone-frames/mission-pattern.webp"
  alt="Missionsplanung: seitliche Ansichten an Ecken, Gimbal-Neigung über den Horizont hinaus, 10 bis 30 m Abstand und ein Orbit, der jede Giebelseite und jede Ecke von zwei Seiten aufnimmt"
  caption="Die Mission um seitliche Befunde herum planen."
  evidence="illustrative"
  width="1600"
  height="800"
/>

<Plate
  src="/media/steel-plant-drone-frames/gable-cladding.webp"
  alt="Verwitterte blaue und rostfarbene Verkleidung an einem Industriegebäude mit Aufbau, an der Giebelseite hebt sich ein Blech"
  caption="An Giebelseiten und Ecken lösen sich Verkleidungen."
  evidence="illustrative"
  meta="KI-generierte Illustration"
  width="1536"
  height="1024"
/>

## Was 4 mm pro Pixel zeigen können und was nicht

Die Bildwissenschaft kennt eine alte Faustregel, die Johnson-Kriterien. Um eine Aufgabe mit gleich großer Erfolgs- und Misserfolgschance zu lösen, brauchen Sie etwa 2 Pixel über die schmalste Seite des Objekts, um es zu entdecken, 8, um es zu klassifizieren, und 13, um es zu identifizieren. Die Regel wurde an Menschen angepasst, die Fahrzeuge betrachteten, verstehen Sie sie also als Planungshilfe. Für eine vorsichtigere Planung gehen Sie auf die 90-%-Stufe, die etwa 3,5, 14 und 23 Pixel verlangt.

Die Sichtprüfung vor Ort erfolgt meist innerhalb von etwa 600 mm, wo normales Sehvermögen etwa 0,17 mm auflöst. Die Referenzkamera zeichnet 4 mm pro Pixel auf, etwa 23-mal gröber. Um das Auge in 600 mm Entfernung zu erreichen, müssten Sie bis auf 0,73 m an die Oberfläche heranfliegen, mit einem 12-mm-Objektiv bis auf 1,5 m. Das tut niemand entlang einer Förderbandbrücke.

<Plate
  kind="diagram"
  src="/media/steel-plant-drone-frames/eye-vs-drone.webp"
  alt="Das menschliche Auge löst in 600 mm Entfernung 0,17 mm auf; die Drohnenkamera zeichnet in 17 m Entfernung 4 mm pro Pixel auf"
  caption="Das Auge in 600 mm Entfernung gegen die Drohnenkamera in 17 m Entfernung."
  evidence="derived"
  meta="1 Bogenminute · 20 MP, 1,4 µm, etwa 6 mm"
  width="1600"
  height="800"
/>

Fehler auf Blechebene, die die meisten CAT-A-Befunde ausmachen, liegen weit innerhalb der Grenze. Ein fehlendes Blech deckt Hunderte von Pixeln ab.

<Plate
  src="/media/steel-plant-drone-frames/missing-sheet.webp"
  alt="Ein fehlendes Verkleidungsblech hinterlässt eine dunkle rechteckige Öffnung in einer Trapezblechwand"
  caption="Ein fehlendes Blech umfasst bei 4 mm pro Pixel Hunderte von Pixeln."
  evidence="illustrative"
  meta="KI-generierte Illustration"
  width="1536"
  height="1024"
/>

Bei Löchern sieht es anders aus. Eine Durchlöcherung von 10 mm deckt etwa 2,5 Pixel ab, das liegt an der Grenze dessen, was sich entdecken lässt. Ein Loch von 60 mm deckt etwa 15 ab, genug zum Klassifizieren. Ein Riss von 0,3 mm ist nur einen Bruchteil eines Pixels breit und lässt sich daher bei keinem praktikablen Abstand ausmessen oder klassifizieren. Eine lange, kontrastreiche Linie lässt sich manchmal trotzdem entdecken, und dann markiert die Drohne den Bereich, und ein Techniker misst nach.

Das folgende Werkzeug zeigt, wie viele Pixel ein Detail bekommt. Es beginnt mit dem Sensor der Inspektionskamera in 17 m Entfernung mit einem 6-mm-Objektiv, betrachtet wird ein Loch von 10 mm.

<PixelBudget pitchUm={1.4} widthPx={5120} focalMm={6} rangeM={17} lang="de" />

## Die Detektionswahrscheinlichkeit messen

Jedes Prüfverfahren muss angeben, wie wahrscheinlich es einen Fehler einer bestimmten Größe findet. Das ist die Detektionswahrscheinlichkeit, kurz POD (Probability of Detection), und in den Datenblättern von Drohnenkameras steht sie selten. Sie können sie selbst messen.

1. Bauen Sie eine Testwand aus echtem Profilblech mit eingebrachten Fehlern: angehobene Kanten, Löcher von 10 bis 60 mm, fehlende Befestigungen, eine verbogene Schiene.
2. Befliegen Sie sie mit der geplanten Entfernung und Geschwindigkeit, mit der Kamera, dem Objektiv und den Bildeinstellungen des Serieneinsatzes.
3. Bitten Sie Prüfer, zu markieren, was sie finden, ohne ihnen zu sagen, wo die Fehler liegen.
4. Tragen Sie Treffer und Fehlschläge über der Fehlergröße auf. MIL-HDBK-1823A beschreibt das Standardverfahren dafür. Verwenden Sie Dutzende eingebrachter Fehler, nicht eine Handvoll.
5. Ändern Sie jeweils nur eine Sache (Objektiv, Entfernung, Belichtungszeit, Kompression) und sehen Sie, was die Erkennung verbessert.

<Plate
  kind="diagram"
  src="/media/steel-plant-drone-frames/pod-test-wall.webp"
  alt="POD-Ablauf: eine Testwand mit eingebrachten Fehlern, eine Drohne im Serien-Setup, verblindete Prüfer, die Befunde markieren, und eine POD-Kurve über der Fehlergröße"
  caption="Die fünf Schritte eines POD-Versuchs."
  evidence="illustrative"
  width="1600"
  height="800"
/>

Das Ergebnis zeigt, ob eine bessere Kamera den a90/95 wirklich verschiebt, also die Fehlergröße, die in 90 % der Fälle mit einer Konfidenz von 95 % gefunden wird, und es liefert eine Zahl, die Sie dem Anlageneigentümer vorlegen können.

Der Umfang des Versuchs ist wichtig. Wer 29 von 29 eingebrachten Fehlern einer Größe findet, hat damit eine Detektionsrate von mindestens 90 % bei einer Konfidenz von 95 % gezeigt. Ein Versuch, der einen Fehlschlag zulassen soll, braucht 46 Ziele, bei zwei Fehlschlägen sind es 61.

## Licht ruiniert mehr Bilder als die Auflösung

Die Ausfälle, die in keinem Datenblatt stehen, hängen am Licht.

Gegenlicht ist das Erste. Beim Blick nach oben auf einen Schornsteinkopf belichtete die Kamera auf den Himmel, mit 1/1600 s, f/5 und ISO 100, etwa EV 15,3, und der Stahl wurde fast schwarz. Wer ihn nachträglich aufhellt, holt Rauschen und Banding hervor, keine Rosttextur.

Schatten ist das Zweite. Dachrinnen unter der Traufe, das Innere von Lüftungsjalousien und die Unterseiten von Podesten liegen im tiefen Schatten neben sonnenbeschienenem Dach, und eine verstopfte Dachrinne, die Sie nicht sehen, ist eine CAT-A-Meldung, die Sie nie erfasst haben.

Staub ist das Dritte. Werksstaub färbt alles rosagrau. Der automatische Weißabgleich korrigiert ihn von Bild zu Bild anders, und das zerstört die Farbe, an der Sie frischen Rost von altem Lack unterscheiden.

<Plate
  src="/media/steel-plant-drone-frames/stack-backlit-vs-exposed.webp"
  alt="Zwei Ansichten eines Stahlschornsteins: links auf den hellen Himmel belichtet, sodass die Struktur eine schwarze Silhouette ist, rechts auf den Stahl belichtet, sodass Rost sichtbar ist"
  caption="Auf den Himmel belichtet (links) und auf den Stahl belichtet (rechts)."
  evidence="illustrative"
  meta="KI-generierte Illustration einer gemessenen Situation (≈ EV 15,3)"
  width="1536"
  height="1024"
/>

<Plate
  src="/media/steel-plant-drone-frames/stack-dust-haze.webp"
  alt="Ein Schornsteinkopf, gesehen durch rosagrauen Dunst aus Werksstaub"
  caption="Werksstaub verschiebt die Farbe, und der automatische Weißabgleich verschiebt sie in jedem Bild anders."
  evidence="illustrative"
  meta="KI-generierte Illustration"
  width="1536"
  height="1024"
/>

Drei Dinge helfen. Das Erste ist Sensor-internes HDR und größere Pixel für Arbeiten im Gegenlicht und im Schatten. Ein 2,0-µm-Pixel sammelt etwa doppelt so viel Licht wie ein 1,4-µm-Pixel. In der Referenz-Nutzlast übernimmt das die [e-CAM810](https://www.e-consystems.com/camera-modules/4k-sony-starvis2-imx678-low-light-camera-module.asp), ein 4K-Modul mit dem Sony STARVIS 2 IMX678 und 2,0-µm-Pixeln, das Schornsteinköpfe und die Unterseiten von Podesten abdeckt. Der Sensorhersteller nennt für den IMX678 die Modi Clear HDR und DOL HDR. Bei der Szene mit dem Schornstein oben muss die 1,4-µm-Kamera eine Belichtung für Himmel oder Stahl wählen. Die zusätzliche Blendenstufe Licht pro Pixel und die HDR-Modi der e-CAM810 verengen diese Wahl.

Das Zweite ist ein Weißabgleich, der für die ganze Mission festgesetzt wird, beim Start gegen eine Graukarte eingestellt, zusammen mit einer abgestimmten Bildpipeline. Bei der Inspektionskamera erfolgt diese Abstimmung mit dem [TintE ISP](https://www.e-consystems.com/vision-ip-cores.asp). Das Dritte ist Raw mit 10 oder 12 Bit oder eine hochwertige Kodierung. Staubinspektionen sind ein Problem geringen Kontrasts, und starke Kompression löscht die Textur aus, an der man erkennt, dass die Sicken noch sichtbar sind und die Schicht dünn ist.

## Jährliche Inspektionen brauchen eine Kamera, die nicht driftet

Die meisten Bauwerke werden nach einem Zeitplan erneut geprüft, oft jedes Jahr. Die Kamera wird dann zu einem Messgerät für Veränderung, und ein Messgerät darf nicht driften.

- Legen Sie den Fokus für die reale Prüfentfernung fest, statt den Autofokus über glatten Blechflächen suchen zu lassen. So gibt es zwischen diesem und dem nächsten Jahr keinen Fokusunterschied.
- Halten Sie die Farbpipeline von Mission zu Mission gleich: gleiche Bildabstimmung, gleiches Weißabgleichverfahren, gleiche Kodiereinstellungen.
- Halten Sie fest, wie jedes Foto entstanden ist: Kamerawinkel, Höhe, Zeit und, wenn möglich, die Entfernung zur Oberfläche. Das Foto des nächsten Jahres lässt sich dann mit dem dieses Jahres abgleichen.
- Wenn Sie eine Flotte betreiben, fragen Sie den Hersteller, wie Farbe und Schärfe über die Seriengeräte hinweg konstant gehalten werden. Das zählt mehr als eine Kennzahl für das Datenblatt.

<Plate
  kind="diagram"
  src="/media/steel-plant-drone-frames/repeatability.webp"
  alt="Fünf Maßnahmen für wiederholbare Inspektionen: fester Fokus, festgelegte Farbpipeline, gleiche Bildeinstellungen, festgehaltene Aufnahmegeometrie, Gleichmäßigkeit von Gerät zu Gerät"
  caption="Was das Bild dieses Jahres mit dem des nächsten vergleichbar hält."
  evidence="illustrative"
  width="1600"
  height="800"
/>

<Plate
  src="/media/steel-plant-drone-frames/corroded-cladding.webp"
  alt="Nahansicht einer korrodierten Trapezblechverkleidung mit Rostfahnen"
  caption="Korrosion wird als Veränderung über die Zeit verfolgt, und das funktioniert nur, wenn die Kamera nicht driftet."
  evidence="illustrative"
  meta="KI-generierte Illustration"
  width="1536"
  height="1024"
/>

## Bewegung, Vibration und Verschluss

Eine bewegte Drohne verwischt das Bild, und die Unschärfe hängt von Geschwindigkeit und Belichtungszeit ab. Die Rechnung ist kurz. Bei 4 mm pro Pixel verschiebt eine Drohne, die mit 1 m/s driftet, das Bild während einer Belichtung von 1/240 s um etwa 4 mm, also um ein Pixel. Wer mit 2 m/s an einer Förderbandbrücke entlangfliegt, braucht 1/1000 s, um die Unschärfe auf ein halbes Pixel zu begrenzen. Ein Gimbal-Zittern von 1° pro Sekunde fügt bei 1/240 s mit einem 6-mm-Objektiv etwa 0,3 Pixel hinzu, und es wächst mit der Brennweite, wird also schlimmer, wenn Sie für mehr Detail ein längeres Objektiv einsetzen.

Das folgende Werkzeug rechnet das für Ihre eigenen Einstellungen. Es beginnt bei 2 m/s und 1/1000 s, mit dem 6-mm-Objektiv in 17 m Entfernung.

<MotionBudget speed={2} shutter={1000} jitter={1} lang="de" />

Die Schärfe hängt auch vom Objektiv und von der Blende ab. Die Beugung setzt eine harte Grenze: Bei 1,4-µm-Pixeln und f/5,6 fällt der Kontrast bei 0,455 Zyklen/Pixel auf null, knapp unter den 0,5, die der Sensor abtasten kann. Das feinste Zehntel des Bandes ist also schon vor jedem Objektivfehler leer. Fokusfehler kosten Kontrast auf dieselbe Weise.

Das nächste Werkzeug addiert jeden Verlust zwischen Wand und Sensor. Es beginnt bei f/5,6 mit 1,4-µm-Pixeln, einem 6-mm-Objektiv und 17 m Abstand.

<SharpnessBudget
  pitchUm={1.4}
  focalMm={6}
  aperture={5.6}
  rangeM={17}
  speed={2}
  shutter={1000}
  lang="de"
/>

Welcher Verschlusstyp passt, hängt von der Aufgabe der Kamera ab.

- Für Inspektionsfotos funktioniert ein hochauflösender Rolling-Shutter-Sensor gut, solange die Drohne schwebt. Die e-CAM200 ist ein solcher Sensor: 5120 × 3840 bei 30 fps.
- Für Navigations- und Hindernis-Kameras nehmen Sie einen Global Shutter. Ein Rolling Shutter liest das Bild Zeile für Zeile aus, schnelle Bewegung verbiegt daher gerade Kanten, und das irritiert die Navigationssoftware (siehe Rolling Shutter). Auch Stereopaare müssen im selben Moment aufnehmen. Zwei nicht synchronisierte Kameras mit 60 fps können bis zu ein Bild auseinanderliegen, 16,7 ms, und das reicht aus, um bei einer bewegten Drohne falsche Tiefe zu erzeugen.

Das Navigations- und Hindernispaar der Referenz-Nutzlast besteht aus zwei Modulen [e-CAM217](https://www.e-consystems.com/camera-modules/ar0234-global-shutter-camera-module.asp). Jedes verwendet den onsemi AR0234, einen Global-Shutter-Sensor mit 3,0-µm-Pixeln, und läuft mit 1920 × 1200 bei 60 fps. Wenn Stereo oder Navigation mehr Auflösung braucht, ist die [e-CAM521](https://www.e-consystems.com/camera-modules/5mp-sony-pregius-imx568-global-shutter-camera-module.asp) die Option: ein Global-Shutter-Sensor Sony Pregius S IMX568 mit 5 MP und 79 fps, auf dessen Produktseite Multikamera-Synchronisierung genannt wird. Sie gehört nicht zur Nutzlast aus fünf Kameras, die weiter unten verwendet wird.

## Hitze, Stahl und Störungen

- Hitze: Gießhallen, Schornsteine und Heißgaskanäle heben die lokale Lufttemperatur weit über die Umgebungstemperatur. Prüfen Sie die genaue Temperaturangabe gegen Ihre Flugbedingungen und sorgen Sie im Aufbau der Nutzlast für Luftstrom an der Kamera.
- Stahl und Kompasse: Große Stahlstrukturen verzerren das Magnetfeld, auf das sich der Kompass einer Drohne stützt, und hohe Bauwerke können Satellitensignale abschatten. Genau dort prüfen Sie, und deshalb lohnt sich eine kamerabasierte Navigation. In der Referenz-Nutzlast übernimmt das das Navigationspaar mit Global Shutter.
- Elektrische Störungen: Schnelle Kameraverbindungen liegen neben Funkgeräten und GPS. Fragen Sie nach EMV-Prüfunterlagen für das genaue Kameramodell und testen Sie die komplette Nutzlast selbst.
- Lieferkette: Wenn Ihr Programm NDAA-Anforderungen hat, verlangen Sie eine Erklärung für das konkrete Modell, keine allgemeine Aussage.

<Plate
  kind="diagram"
  src="/media/steel-plant-drone-frames/heat-steel-interference.webp"
  alt="Vier Risiken für die Nutzlast: Hitze an Schornsteinen, Stahlstrukturen, die Kompass und GPS stören, elektrische Störungen durch Kameraverbindungen und Erklärungen zur Lieferkette"
  caption="Die Risiken für die Nutzlast, die in Prüfentfernung auftreten."
  evidence="illustrative"
  width="1600"
  height="800"
/>

## Die Daten planen, bevor die Drohne fliegt

Eine ernsthafte Inspektionsdrohne trägt oft mehrere Kameras, jede mit eigener Aufgabe. Die Referenz-Nutzlast hat fünf: die e-CAM200 für Inspektionsfotos, die e-CAM810 für Gegenlicht- und Schattenszenen, zwei e-CAM217 für Navigation und Hindernisse und eine Kamera für die Landung. Die Abbildung zeigt die Rohdaten, die sie erzeugen.

<Plate
  kind="diagram"
  src="/media/steel-plant-drone-frames/data-path-rig.webp"
  alt="Eine Inspektionsdrohne mit fünf Kameras: 20-MP-Inspektionskamera mit 5,90 Gbit/s, 4K-HDR-Kamera mit 2,99 Gbit/s, ein Navigationspaar mit 2,76 Gbit/s und eine Landekamera mit 1,11 Gbit/s, insgesamt 12,75 Gbit/s"
  caption="Fünf Kameras, 12,75 Gbit/s Rohdaten."
  evidence="derived"
  meta="Rohdatenraten · Breite × Höhe × Bit × Bildrate"
  width="1600"
  height="800"
/>

Drei Zahlen gehören in das erste Entwurfsgespräch.

- 12,75 Gbit/s entscheiden, wie Sie die Kameras anbinden und welchen Rechner Sie an Bord brauchen. Allein die 20-MP-Inspektionskamera erzeugt 5,90 Gbit/s, das Navigationspaar 2,76 Gbit/s.
- 24,6 MB ist ein 20-MP-Raw-Foto mit 10 Bit. Ein Foto alle 2 Sekunden bei einem 20-Minuten-Flug ergibt etwa 14,7 GB, entscheiden Sie also früh, was Sie behalten.
- 80 Kacheln sind nötig, um die Fehlererkennung auf der Drohne laufen zu lassen, ohne das Foto zu verkleinern. Auf eine Modelleingabe von 640 Pixeln Breite gestaucht, werden aus 4 mm pro Pixel 32 mm pro Pixel, und kleine Fehler verschwinden. Wenn Sie das Foto in 640-Pixel-Kacheln mit 20 % Überlappung zerlegen, sind es etwa 80 Kacheln, und das Detail bleibt erhalten.

Ändern Sie die Kameras, den Flug oder die Eingabegröße des Modells und sehen Sie, wie sich die Zahlen verschieben. Das Werkzeug beginnt mit der obigen Nutzlast aus fünf Kameras, mit der e-CAM200 als Inspektionskamera.

<DataPath minutes={20} lang="de" />

Auch die Kabellänge spielt eine Rolle. Gängige Flachbandkabel für Kameras sind nur 15 bis 30 cm lang. Für Kameras an Auslegern oder Gimbals nehmen Sie GMSL2, eine Kameraverbindung mit größerer Reichweite. Von den Modulen hier nennt die e-CAM200 GMSL2 unter ihren Schnittstellen, neben MIPI CSI-2, 10G Holoscan Sensor Bridge und USB 3.2. Die e-CAM217 und die e-CAM810 werden mit MIPI CSI-2 geführt, und die e-CAM810 hat in der IP67-Variante GigE.

## Die Kamera war nicht der einzige Engpass

Auf Industriegeländen gehen Inspektionstage weit öfter an Genehmigungen, Wetter, Akkus und Störungen verloren als an die Kamera. Eine Kamera kann eine Warteschlange bei der Genehmigung nicht verkürzen. Sie kann aber die Chance erhöhen, dass ein einziger 20-Minuten-Flug verwertbare Belege liefert, denn ein erneuter Flug kostet eine weitere Genehmigung und ein weiteres Wetterfenster.

## Die Kamera spezifizieren

Die Bildqualität entsteht aus dem Zusammenspiel von Sensor, Objektiv, Bildverarbeitung, Verbindung und Firmware, und jedes Teil setzt eine Grenze, die weiter oben im Artikel auftaucht.

- Sensor: Pixelgröße und Verschlusstyp. Die 1,4-µm-Pixel des AR2020 setzen die 4 mm pro Pixel in 17 m Entfernung, die 2,0-µm-Pixel des IMX678 sammeln etwa doppelt so viel Licht, und die Global-Shutter-Sensoren AR0234 und IMX568 halten gerade Kanten in der Bewegung gerade.
- Objektiv: Das 6-mm-Objektiv macht aus der Pixelgröße die GSD. Ein längeres Objektiv liefert mehr Detail, aber auch mehr Unschärfe durch Gimbal-Zittern, und bei f/5,6 ist durch Beugung das feinste Zehntel des Bandes für 1,4-µm-Pixel schon leer. Für diese Sensoren sind M12-Objektive von weiter Abdeckung bis zu engem Detail erhältlich, die Brennweite kann also dem Abstand folgen.
- Bildverarbeitung: Ein festgesetzter Weißabgleich und eine unveränderte Farbpipeline halten die Bilder dieses Jahres mit denen des nächsten vergleichbar. Raw-Ausgabe oder hochwertige Kodierung erhält die kontrastarme Textur, auf die Staubinspektionen angewiesen sind.
- Verbindung: 12,75 Gbit/s insgesamt bestimmen, wie die Kameras angebunden werden, und Flachbandkabel enden bei 15 bis 30 cm, sodass Kameras an Auslegern oder Gimbals eine längere Verbindung wie GMSL2 brauchen.
- Firmware: Individuelle Builds können ändern, was der Sensor tut. Ein Beispiel ist eine Global-Reset-Release-Funktion beim AR2020 für blitzsynchronisierte Fotos. Auch ein Stereopaar braucht Synchronisierung in Hardware (Frage 5 unten).
- Rechner: Der Bordrechner muss diese Daten verarbeiten. NVIDIA Jetson Orin NX, Nano und AGX Orin sowie Qualcomm-Plattformen werden je nach Modul als unterstützt genannt.

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  alt="Sechs Teile einer Kameraspezifikation: Sensor, Objektiv, Bildverarbeitung, Anbindung, Firmware und Rechner"
  caption="Die Bildqualität entsteht aus dem Zusammenspiel von sechs Teilen."
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<EconCameras ids={['ecam200', 'ecam810', 'ecam217', 'ecam521']} title="Oben genannte Kameramodule" note="Die ersten drei gehören zur Referenz-Nutzlast. Die e-CAM521 ist die Option mit höherer Auflösung für Stereo." compact />

## Fragen an den Hersteller der Drohnenkamera

1. Welche GSD erhalte ich bei meinem realen Abstand mit dem Objektiv, das Sie vorschlagen?
2. Welche Objektive können Sie für 10 m, 17 m und 30 m Abstand liefern, und wie hoch ist ihre MTF bei der Nyquist-Frequenz des Sensors?
3. Welche HDR-Modi stellt die Kamera auf meiner Rechenplattform bereit, und mit welchen Bildraten?
4. Kann ich Weißabgleich, Belichtung und Bildeinstellungen für eine ganze Mission festsetzen, und kann ich Raw exportieren?
5. Welche Sensoren sind Global Shutter, und lassen sie sich in Hardware synchronisieren?
6. Wie lang ist die Auslesezeit in dem Modus, den ich verwenden werde, und was bedeutet sie für die Bewegungsverzerrung?
7. Welche Kabellängen unterstützen Sie, und ist GMSL2 verfügbar?
8. Welchen Betriebstemperaturbereich hat das genaue Modell, das ich kaufe?
9. Wie hoch sind Leistungsaufnahme und Gewicht mit montiertem Objektiv?
10. Können Sie EMV-, Umwelt- und NDAA-Unterlagen für das genaue Modell liefern?
11. Wie halten Sie Farbe, Fokus und Schärfe über die Kameras einer Flotte hinweg konstant?
12. Helfen Sie mir, die POD an einer präparierten Testwand zu messen, bei meinem realen Abstand, meiner Geschwindigkeit und meinem Licht?

## Trainingsdaten erzeugen, wenn echte Fehler selten sind

Wenn Sie eine KI zum Finden von Fehlern entwickeln, stoßen Sie auf ein bekanntes Problem. Fotos echter Fehler sind selten, sie gehören dem Anlageneigentümer, und sie sind ungleich verteilt. Es gibt Tausende Fotos intakter Wände und sehr wenige von eingerissenen Blechen.

Wir haben ein Casebook mit 16 Inspektionsszenarien aufgebaut, von losen Verkleidungen bis zu Schornsteinköpfen im Gegenlicht. Jedes legt Kamerawinkel, Abstand, Fehlergröße, Licht und die visuellen Grenzen fest, die ein Bild wie ein echtes Inspektionsbild wirken lassen. Es genügt nicht, ein eingerissenes Blech zu zeichnen. Entfernung, Perspektive, Licht, Material und Umgebung müssen ebenfalls kontrolliert werden. Ein Trainingsbild für ein eingerissenes Blech an einer Förderbandbrücke könnte zum Beispiel so spezifiziert sein:

<p class="spec-line">
  17 m Abstand · 35° Kameraneigung · ~400 mm Einriss · flach einfallendes Licht · Stahltrapezblech ·
  Geländer und Laufsteg im Bild
</p>

<Note kind="method" title="Zu den Bildern in diesem Artikel">

Die Werksfotos hier sind KI-generierte Illustrationen, die aus derselben Art von Szenariobeschreibung entstanden sind, und sie sind als solche gekennzeichnet. Die Statistiken und Diagramme stammen aus den Inspektionsdaten. Die Formeln und Werkzeuge sind aus den im Text genannten Kameraparametern abgeleitet.

</Note>

<div class="cta">
  <p>
    <strong>Möchten Sie das vollständige Defekt-Casebook?</strong> Die 16 Szenarien mit ihren
    Prompts und Randbedingungen.
  </p>
  <a class="btn btn-primary" href="mailto:hello@beyondpixels.dev?subject=CASEBOOK">Casebook anfordern</a>
</div>