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Zeitrafferaufnahmen mit Raspberry Pi erstellen

05.02.2015 | 20:20 Uhr |

Der Raspberry Pi lässt sich auch für das Fernsteuern von Kameras samt Zeitraffern verwenden. Hierzu dient eine Software, die in den Raspbian-Repositories enthalten ist.

Die Software für Zeitrafferaufnahmen nennt sich //www.gphoto.org/:Gphoto2 und kann mit sehr vielen Kameras umgehen. Darunter befinden sich nicht nur Spiegelreflex- (DSLR), sondern auch eine ordentliche Anzahl von Kompaktkameras. Wir haben für dieses Tutorial eine Canon EOS 7D verwendet. Sie können diese Anleitung ebenfalls mit jedem anderen Linux-Rechner nachvollziehen. Vielleicht besitzen Sie zwar keinen Raspberry Pi, dafür aber ein Netbook mit installiertem Linux. Weiterhin muss der Raspberry Pi für die Software-Installation mit dem Internet verbunden sein.

Video: Quadcore-CPU & 1 GB RAM - der Raspberry Pi 2

Dieser Artikel stammt aus dem Sonderheft PC-WELT Hacks: Raspberry Pi

Raspberry Pi Schritt für Schritt, Tipps, Tricks und Anleitungen für Einsteiger & Profis, das Raspberry Pi Komplett-Paket 2014 auf DVD - das und mehr lesen Sie im neuen PC-WELT-Sonderheft Hacks .

Gefahren bei Zeitrafferaufnahmen

Gerade Spiegelreflexkameras verwenden mechanische Teile, wenn man nicht gerade im Live-View-Modus Bilder schießt. Jedes Hochklappen des Spiegels zehrt ein bisschen an der Lebensdauer einer DSLR. Die Hersteller garantieren nur eine begrenzte Anzahl an Aufnahmen. Je nach Qualität der Kamera können das 100.000 oder 300.000 Auslösungen sein. Wenn wir von 25 Bildern pro Sekunde für eine Zeitrafferaufnahme ausgehen, würden 60 Sekunden Film 1500 Aufnahmen benötigen. Möchten Sie mit der Technologie experimentieren, ist der Einsatz einer günstigeren Kompaktkamera sicherlich nicht verkehrt. Modernere Spiegelreflexkameras bieten außerdem die Möglichkeit einer sogenannten Live-View-Aufnahme an. Hier ist der Spiegel hochgeklappt, und Sie steuern die Aufnahme nicht über den Sucher, sondern den Bildschirm. Auch hier wird die Kamera weniger belastet. Mit dauerhaft aktiviertem Bildschirm hält allerdings der Akku nicht so lane durch.

Panorama-Fotos erstellen

DSRL und Raspberry Pi: Ein einfaches USB-Kabel verbindet Kamera und Raspberry. In diesem Fall steuern Sie den Winzling aus der Ferne via SSH und einer WLAN-Netzwerkkarte.
Vergrößern DSRL und Raspberry Pi: Ein einfaches USB-Kabel verbindet Kamera und Raspberry. In diesem Fall steuern Sie den Winzling aus der Ferne via SSH und einer WLAN-Netzwerkkarte.

Weitere Überlegungen: Die Hersteller werben gerne mit hohen Megapixel-Zahlen. Derzeit gibt es die ersten Kameras mit Unterstützung für 4K-Video. Das entspricht einer Auflösung von 4096 x 3072 oder 12,6 Megapixeln. Die meisten modernen Fernseher bieten allerdings nur Full HD (1920 x 1080 oder 2,1 Megapixel) oder HD (1280 x 720 oder 1 Megapixel) als mögliche Auflösung an. Verwenden Sie also eine Spiegelreflexkamera, reicht in der Regel die kleinste Auflösung. Bei der Canon EOS 7D wäre das 2592 x 1728. Das entspricht ungefähr 4,5 Megapixeln und ist bei weitem ausreichend. Ein Einzelbild ist dann etwa 1,5 MByte groß, und damit kommt der Raspberry Pi trotz seiner geringen Leistung auch gut zurecht.

Ein fester Stand: Ihre Kamera sollte einen festen Stand haben. Sie möchten bei Zeitraffer- Aufnahmen in beschleunigter Form zeigen, wie sich ein bestimmter Ort verändert. Wackler stören das als Endprodukt entstandene Video sehr. Aus diesem Grund raten wir Ihnen zum Einsatz eines guten Stativs.

Installation: Am schnellsten installieren Sie Gphoto2 über die Kommandozeile mit apt-get install. Um die entsprechenden Abhängigkeiten kümmert sich Raspbian automatisch.
Vergrößern Installation: Am schnellsten installieren Sie Gphoto2 über die Kommandozeile mit apt-get install. Um die entsprechenden Abhängigkeiten kümmert sich Raspbian automatisch.

Raspberry Pi vorbereiten

Wir gehen davon aus, dass Sie Raspbian benutzen und sich dieses auf dem aktuellen Stand befindet. Ob das Betriebssystem nun mit einer grafischen Oberfläche läuft oder nicht, ist zunächst nicht entscheidend. Gphoto2 ist ein Konsolen-Tool, und eine GUI brauchen wir nicht zwingend. Installieren Sie zunächst via Konsole Gphoto2 mit der Zeile

sudo apt-get install gphoto2  

Das System zeigt eventuelle Abhängigkeiten zu anderen Paketen an, die ebenfalls installiert werden müssen. Bestätigen Sie das.

Für die Videoerstellung: Es ist möglich, später das Video auch auf dem Raspberry Pi erstellen zu lassen. Wir zeigen Ihnen in diesem Beitrag, wie sich das bewerkstelligen lässt. Allerdings raten wir bei diesem Schritt zu einem etwas schnelleren Linux-Rechner, falls verfügbar. Denn die Aufgabe erfordert einiges an Prozessorleistung. Auf jeden Fall benötigen Sie die Software Mencoder. Sie installieren diese und die entsprechenden Abhängigkeiten äquivalent zu Gphoto2 mit der Befehlszeile

sudo apt-get install mencoder  

Danach benötigen Sie die Internet-Verbindung für den Raspberry Pi nicht mehr.

Kommunikation: Gibt der Befehl gphoto2 --listconfig eine solche Liste aus, dann kann sich das Raspberry Pi mit der Kamera unterhalten.
Vergrößern Kommunikation: Gibt der Befehl gphoto2 --listconfig eine solche Liste aus, dann kann sich das Raspberry Pi mit der Kamera unterhalten.

Gphoto2 im Überblick

Wie bei den meisten Kommandozeilenbefehlen unter Linux, können Sie auch für Gphoto2 die Manpage für die möglichen Schalter und Optionen einsehen. Tippen Sie dazu man gphoto2 ein. Für unsere Zwecke brauchen wir allerdings nicht alle diese Schalter. Deswegen erklären wir Ihnen eine Auswahl davon.

Kamera erkennen: Verbinden Sie zunächst die Kamera via USB mit dem Raspberry Pi und schalten diese ein. Damit die Verbindung zu Gphoto2 nicht abbricht, sollten Sie das automatische Abschalten der DSLR etwas höher wählen oder komplett deaktivieren. Zumindest muss die Kamera so lange wach bleiben, bis das nächste Foto in unserer Zeitraffer-Bildreihe ausgelöst wird. Gphoto2 kann die Kamera nicht aufwecken, zumindest nicht die im Test verwendete EOS 7D. Führen Sie im Anschluss den Befehl gphoto2 --auto-detect aus. In unserem Fall zeigt sich eine angeschlossene Canon EOS 7D. Einen Link zu einer Liste mit von Gphoto2 unterstützten Kameras finden Sie hier .

Mittels gphoto2 --list-config lassen Sie sich die konfigurierbaren Schalter der angeschlossenen Kamera auflisten. Befinden Sie sich in der grafischen Oberfläche, kommt es hier möglicherweise zu einer Fehlermeldung hinsichtlich PTP. Eine neuere Version von Gphoto2 würde das Problem lösen. Allerdings müssten Sie dazu selbst kompilieren. Einfacher ist es, die grafische Oberfläche zu deaktivieren. Geben Sie dazu auf der Konsole sudo raspi-config ein. Ändern Sie hier die Einstellung unter Punkt 3 entsprechend ab, so dass der Winzling in eine Textkonsole startet. Nun ist ein Neustart notwendig. Per Standard melden Sie sich mit Nutzer pi und Passwort raspberry ein. Rufen Sie nun gphoto2 --list-config auf, klappt der Schritt ohne Fehlermeldung. Diese Liste zeigt an, welche Optionen wir mit Hilfe von Gphoto2 an die DSLR übermitteln und einstellen können. Das ist von Kamera zu Kamera unterschiedlich, für unsere Zwecke aber zweitrangig.

Dieses Kamerazubehör ist ein Muss

Sequenz: In diesem Fall haben wir drei Bilder mit einem Abstand von zehn Sekunden geschossen. Mit Hilfe von --filename sorgen wir, dafür, dass die Reihenfolge stimmt.
Vergrößern Sequenz: In diesem Fall haben wir drei Bilder mit einem Abstand von zehn Sekunden geschossen. Mit Hilfe von --filename sorgen wir, dafür, dass die Reihenfolge stimmt.

Fotos erstellen

Nachdem Sie nun mit den Grundlagen von Gphoto2 vertraut sind, machen wir uns an die Aufnahme der Fotos über die Kommandozeile.

Ein Bild schießen: Testen wir zunächst, ob sich mittels Gphoto2 auch eine Aufnahme durchführen lässt. Wir haben dazu mit Hilfe des Befehls mkdir zeitraffer ein Verzeichnis mit der Bezeichnung „zeitraffer“ angelegt und sind in dieses mit dem Befehl cd zeitraffer gewechselt. Nun führen Sie folgenden Befehl aus:

gphoto2 –capture-image-and-download  

Dies bewirkt, dass ein Foto aufgenommen, sofort auf den Computer heruntergeladen und nicht auf der Speicherkarte der Kamera gehalten wird. Der Schalter „--capture-image“ würde ebenfalls ein Bild aufnehmen, allerdings auf der Kamera speichern.

Nach dem Ausführen des Befehls kann es vorkommen, dass die Kommunikation zwischen dem Raspberry Pi und der Kamera wieder unterbrochen ist und Sie bei einem weiteren Versuch eine Fehlermeldung bekommen. Stecken Sie einfach die Kamera aus und wieder ein. Bei der Aufnahme einer Sequenz klappt allerdings alles einwandfrei.

Eine Bildserie aufnehmen: Im nächsten Schritt erweitern wir unseren Befehl und nehmen eine ganze Serie an Bildern auf. Dazu wollen wir außerdem sicherstellen, dass die Bilder anhand der Namen in einer Reihenfolge sind. Dazu dient zum Beispiel diese Befehlszeile

gphoto2 -I 10 -F 30 --captureimage- and-download --filename "%Y%m%d%H%M%S.jpg"  

Der Schalter „-I“ gibt das Intervall in Sekunden an. In unserem Beispiel schießt die Kamera alle zehn Sekunden ein Foto. Mit der Option „-F“ geben Sie die gesamte Anzahl der Bilder an, was im Beispiel oben 30 sind. Mit der Option „--filename“ bestimmen Sie einen Dateinamen. In unserem Fall geben wir das Datum und die sekundengenaue Uhrzeit an: Jahr (%Y), Monat (%m), Tag (%d), Stunde (%H), Minute (%M) und Sekunde (%S). Somit stellen wir sicher, die Bilder auch in der richtigen Reihenfolge zu haben.

Nachdem die Sequenz abgeschlossen ist, können Sie durch Eingabe des Befehls ls -ltrh überprüfen, ob die Bilder tatsächlich auf dem Raspberry Pi gespeichert sind.

Video erstellen: Mit dem Raspberry Pi das Zeitraffervideo zu erstellen, ist sicherlich nicht die schnellste Lösung. Aber es funktioniert zuverlässig und führt zum gewünschten Ergebnis.
Vergrößern Video erstellen: Mit dem Raspberry Pi das Zeitraffervideo zu erstellen, ist sicherlich nicht die schnellste Lösung. Aber es funktioniert zuverlässig und führt zum gewünschten Ergebnis.

Das Video erstellen

Haben Sie Mencoder installiert, können Sie damit direkt auf dem Raspberry Pi das entsprechende Video erstellen. Der Befehl sieht sehr wüst aus, funktioniert aber (eine Zeile):

mencoder "mf://*.jpg" -mf fps=25:type=jpg -ovc lavc -lav copts vcodec=mpeg4:mbd=2:trell:v bitrate=7000 -vf scale=1280:720 -oac copy -o zeitraffer.mp4  

Bilder pro Sekunde: Hinter „fps=“ steht die Zahl der Bildrate des Videos. Das menschliche Gehirn nimmt ab zirka 14 bis 16 Bildern eine Sequenz als bewegt, aber nicht zwingend ruckelfrei auf. Unsere Fernseher liefern 25 Bilder pro Sekunde. Je höher diese Zahl ist, desto mehr Bilder brauchen Sie für die gleiche Zeit an Film.

Auflösung und Qualität des Videos: Hinter „scale=“ verbirgt sich die Auflösung des Videos. In unserem Beispiel würde das Zeitraffervideo im HD-Format, 1280 x 720, vorliegen. Full HD wäre „1920:1080“. Die Qualität des Videos beeinflussen Sie mit der Zahl hinter „vbitrate=“. Hier müssen Sie einfach ein wenig ausprobieren, was Ihren Ansprüchen gerecht wird. Sie können aus den Bildern auch mehrere Videos erstellen und dann vergleichen. Ändern Sie einfach den Ausgabe-Dateinamen zum Beispiel in „zeitraffer2.mp4“, „zeitraffer3.mp4“ und so weiter. Um sich einen Eindruck vom möglichen Ergebnis zu verschaffen, können Sie ein Beispielvideo hier abrufen.

Wie Bokeh-Effekte beim Fotografieren entstehen

Neues Projekt: Bevor Sie mit Slowmovideo loslegen, müssen Sie zunächst ein neues Projekt erstellen. Hier wählen Sie Ordner und auch gleich das Quellvideo aus.
Vergrößern Neues Projekt: Bevor Sie mit Slowmovideo loslegen, müssen Sie zunächst ein neues Projekt erstellen. Hier wählen Sie Ordner und auch gleich das Quellvideo aus.

Videos mit Slowmovideo strecken

Slowmovideo ist eine Open-Source-Software, die Videos verlangsamen und somit in der Zeit strecken kann. Dabei entschleunigt die Software nicht einfach die Abspielgeschwindigkeit des Videos. Das Programm sucht sich bewegende Pixel und rechnet damit die fehlenden Bilder in das Video ein. Somit ruckelt es für das Auge nicht mehr. Einige Beispielvideos können Sie ebenfalls über die Herstellerwebseite abrufen. Ein Video, das den Zeitraffereffekt mit und ohne Slowmovideo zeigt, finden Sie beispielsweise auf Youtube . Die Software ist leider nicht in den Repositories von Raspbian oder einer anderen Linux-Distribution zu finden. Außerdem sollten Sie dafür einen wesentlich stärkeren Rechner als das Raspberry Pi verwenden. Die Entwickler bieten für Ubuntu (12.04 bis 13.10) ein PPA (Personal Package Archives) an. Weiterhin sind die Quellen, deb-Pakete sowie Installations- Dateien für Windows verfügbar. Anwender von Mac-OS X können die Software mit Hilfe von Wine betreiben. Unter Ubuntu und dessen Derivaten installieren Sie Slowmovideo mit dem bekannten Dreisprung:

sudo apt-add-repository ppa:brousselle/slowmovideo  sudo apt-get update  sudo apt-get install slowmovideo  

Rufen Sie die Software nun über das Menü auf. Die Software ist noch nicht komplett übersetzt und bietet daher einen Mix aus Englisch und Deutsch. Klicken Sie im Menü auf „File à New“. Hier wählen Sie nun Verzeichnis und Projekt-Dateinamen. Ebenso wählen Sie die Datei des Quellvideos aus, das Sie bereits mit Mencoder erstellt haben.

Slowmovideo-Raster: Im Fenster sehen Sie ein Koordinatensystem. Die X-Achse, also von links nach rechts, ist dabei für die Zeit zuständig, die Y-Achse für die einzelnen Bilder. Das erste Bild ist dabei unten und das letzte oben. Nehmen wir an, dass unser Video fünf Sekunden lang ist. Wollen Sie das Video verdoppeln, klicken Sie einfach am oberen Rand bei zehn Sekunden mit der linken Maustaste. Das erstellt einen neuen Knoten, und Sie sehen im Fenster eine gerade Linie, die von links unten nach rechts oben verläuft.

Aus fünf mach zehn: Mit Hilfe von Slowmovideo können Sie das Video strecken. Eine Verdopplung der Zeit ist ohne weiteres möglich. Je nach Umfang dauert das aber auch auf schnellen Rechnern etwas.
Vergrößern Aus fünf mach zehn: Mit Hilfe von Slowmovideo können Sie das Video strecken. Eine Verdopplung der Zeit ist ohne weiteres möglich. Je nach Umfang dauert das aber auch auf schnellen Rechnern etwas.

Haben Sie die gewünschten Einstellungen vorgenommen, klicken Sie auf „File > Render“. Im sich öffnenden Fenster können Sie nun die Bildwiederholrate (Frames) pro Sekunde einstellen, ob die Software Bewegungsunschärfe hinzufügen soll und so weiter. Auch hier müssen Sie etwas experimentieren. Wichtig ist ein Besuch des Reiters „Output“. Hier legen Sie fest, wo das Ergebnis landen soll und wie die Datei heißt. Per Standard würde Slowmovideo die Ausgabedatei unter Linux nach „/tmp/rendered. mpg“ legen.
Bilder statt Video: Anstelle eines Quellvideos können Sie auch einzelne Bilder verwenden. Sie könnten Slowmovideo damit auch für die Erstellung des Zeitraffervideos verwenden. Über den Ordner „Output“ haben Sie die Möglichkeit, aus einem Video wieder Einzelbilder erstellen zu lassen.

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