Eine technische Entscheidungshilfe für Golfprofis, Trainer, Simulatorhersteller und Golfer, die mehr sehen möchten als nur flüssige Zeitlupenaufnahmen.

Wer einen Golfschwung aufnehmen möchte, beschäftigt sich meist zuerst mit der Anzahl der Bilder pro Sekunde. Das ist nachvollziehbar: Je mehr Einzelbilder die Kamera während des Abschwungs erfasst, desto kleiner sind die Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Positionen. Dennoch entscheidet die Bildrate nur selten darüber, ob eine Aufnahme wirklich brauchbar ist. In der Praxis sehen wir regelmäßig Systeme, die deutlich mehr als 100 Bilder pro Sekunde aufnehmen, bei denen der Schläger im Bereich des Ballkontakts jedoch nicht scharf beurteilt werden kann. Das Video läuft flüssig, aber genau die Information, für die die Kamera installiert wurde, fehlt.

Dieser Unterschied entsteht, weil eine Kamera zwei Aufgaben gleichzeitig erfüllen muss. Sie muss häufig genug ein Bild aufnehmen und jedes einzelne Bild kurz genug belichten. Die Bildrate bestimmt, wie viele Zeitpunkte des Schwungs erfasst werden. Die Belichtungszeit bestimmt, wie weit sich der Schläger innerhalb eines einzelnen Frames bewegt. Eine Kamera kann daher eine hohe Bildrate erreichen und trotzdem mit einer langen Belichtungszeit arbeiten. Auf dem Datenblatt handelt es sich dann um eine Highspeed-Aufnahme, im Bild bleibt vom Schläger jedoch nur eine Bewegungsunschärfe übrig.

Ein geeignetes Kamerasystem beginnt deshalb nicht mit der Frage, welche Kamera die höchste Bildrate liefert. Zunächst muss feststehen, was im Bild beurteilt werden soll. Für die Hüftrotation, die Kopfposition und die Gewichtsverlagerung gelten andere Anforderungen als für die Stellung der Schlagfläche unmittelbar vor dem Ballkontakt. Auch die räumlichen Gegebenheiten spielen eine entscheidende Rolle: Wie groß ist der Abstand zwischen Kamera und Golfer, muss der gesamte Körper sichtbar sein, wo kann der Computer aufgestellt werden und lässt sich zusätzliche Beleuchtung installieren? Erst wenn diese Fragen geklärt sind, erhalten Auflösung, Sensorformat, Objektiv und Kabel eine konkrete Bedeutung. Unser Sortiment an Golfkameras bündelt die Kameras, Objektive, USB3-Kabel und Montagekomponenten für solche Aufbauten.

Warum eine Industriekamera anders arbeitet

Eine herkömmliche Videokamera ist darauf ausgelegt, unter wechselnden Bedingungen sofort ein ansprechendes Bild zu erzeugen. Automatische Belichtung, Autofokus, Bildstabilisierung und interne Bildverarbeitung unterstützen den Anwender dabei. Für die Schwunganalyse können genau diese Funktionen jedoch nachteilig sein. Passt die Kamera während einer Trainingseinheit Verschlusszeit, Verstärkung oder Fokus automatisch an, werden zwei Aufnahmen nicht mehr unter denselben Bedingungen erstellt. Bereits ein dunkles Shirt, ein Fenster im Hintergrund oder ein Spieler, der etwas näher an der Kamera steht, kann das Aufnahmeverhalten verändern.

Eine industrielle Machine-Vision-Kamera arbeitet weniger automatisiert, bietet dafür aber deutlich mehr Kontrolle. Belichtungszeit, Gain, Bildrate, Auflösung und Sensorausschnitt lassen sich unabhängig voneinander fest einstellen. Dadurch kann die Kamera jeden Schwung mit denselben Parametern aufnehmen. Das garantiert noch kein gutes Bild, denn eine falsche Einstellung bleibt eine falsche Einstellung. Der entscheidende Vorteil besteht darin, dass die Ursache nachvollziehbar und korrigierbar ist. Ist der Schläger unscharf, werden Belichtungszeit und verfügbare Lichtmenge überprüft. Stimmt das Bildfeld nicht, werden Objektiv und Arbeitsabstand neu berechnet. Die Kamera trifft dabei keine eigenen Entscheidungen, die das Ergebnis unbemerkt verändern.

Bei schnellen Bewegungen ist außerdem der Verschlusstyp entscheidend. Viele Consumer-Kameras lesen den Sensor zeilenweise aus. Bei einem solchen Rolling Shutter wird die unterste Bildzeile etwas später aufgenommen als die oberste. Ein schnell bewegter Schaft oder Schläger kann dadurch schräg oder gebogen erscheinen, obwohl er es in Wirklichkeit nicht ist. Dieser Effekt kann selbst dann auftreten, wenn die Aufnahme auf den ersten Blick relativ scharf wirkt. Ein Global-Shutter-Sensor belichtet alle Pixel gleichzeitig. Dadurch bleiben die Geometrie des Schlägers und die Körperhaltung korrekt erhalten. Für eine ernsthafte Analyse ist das wichtiger als ein optisch besonders schönes Videobild: Die Aufnahme muss nicht nur scharf aussehen, sondern die Bewegung auch geometrisch richtig wiedergeben.

Eine hohe Bildrate ist nur dann wertvoll, wenn jedes Einzelbild scharf ist

Die Geschwindigkeit eines Golfschlägers zeigt, wie kurz die tatsächlich verfügbare Zeit ist. Nehmen wir als Rechenbeispiel eine Schlägerkopfgeschwindigkeit von 45 Metern pro Sekunde, also etwa 101 mph. Innerhalb einer Millisekunde bewegt sich der Schlägerkopf dann rund 45 Millimeter. Wird die Belichtungszeit auf 0,1 Millisekunden reduziert, beträgt die Bewegung immer noch etwa 4,5 Millimeter. Die Kamera friert die Bewegung daher nie vollständig ein. Bei der technischen Auslegung geht es darum, wie viel Bewegung innerhalb eines Frames für den zu untersuchenden Abschnitt des Schwungs noch akzeptabel ist.

Für viele Trainings- und Coaching-Anwendungen ist eine Bildrate ab etwa 120 fps ein sinnvoller Ausgangspunkt. Der Abschwung wird dann auf genügend Einzelbilder verteilt, um die Bewegung gut analysieren zu können. Eine höhere Bildrate erzeugt kleinere Zeitschritte und eine flüssigere Zeitlupe, stellt aber auch höhere Anforderungen an Kamera, USB3-Verbindung und Computer. Gleichzeitig steht pro Frame weniger Belichtungszeit zur Verfügung. Ohne ausreichend Licht führt eine höhere Bildrate deshalb zu einem dunkleren Bild oder zu einer höheren Verstärkung und damit zu mehr Bildrauschen.

Deshalb betrachten wir die Bildrate niemals unabhängig von der Belichtungszeit. Eine scharfe Aufnahme mit 120 fps kann mehr Informationen liefern als eine unscharfe Aufnahme mit 250 fps. Wer hauptsächlich Körperhaltung und Schwungebene analysiert, benötigt außerdem nicht automatisch dieselbe Geschwindigkeit wie jemand, der den Schläger im Bereich des Ballkontakts Bild für Bild untersuchen möchte.

Licht ist bei dieser Abwägung kein Nebenthema. Eine kürzere Belichtungszeit bedeutet, dass der Sensor weniger Licht erhält. Eine weiter geöffnete Blende hilft, verringert jedoch die Schärfentiefe. Ein höherer Gain macht das Bild heller, verstärkt aber gleichzeitig das Rauschen. Zusätzliche, gleichmäßige Beleuchtung liefert daher in der Regel das beste Ergebnis. In Simulatorräumen ist bei dimmbarer LED-Beleuchtung besondere Vorsicht geboten. Manche LEDs flimmern so schnell, dass das menschliche Auge es nicht wahrnimmt, während eine Kamera mit kurzer Belichtungszeit abwechselnd helle und dunkle Phasen erfasst. Schwankende Helligkeit oder Streifen im Bild werden dann fälschlicherweise der Kamera zugeschrieben.

Bildfeld und Objektiv werden durch den verfügbaren Raum bestimmt

Die Auswahl des Objektivs beginnt mit dem verfügbaren Abstand zwischen Kamera und Golfer. Die Kamera muss hoch und weit genug entfernt montiert werden, um die vollständige Bewegung zu erfassen, gleichzeitig ist der Platz in einem Indoor-Golfsimulator häufig begrenzt. Eine kurze Brennweite erzeugt ein größeres Bildfeld, verstärkt jedoch auch die perspektivische Wirkung: Bereiche, die näher an der Kamera liegen, erscheinen größer als weiter entfernte Bereiche. Eine längere Brennweite liefert aus größerer Entfernung ein ruhigeres und natürlicher wirkendes Bild, lässt sich aber nicht in jedem Raum einsetzen. Nur die Millimeterangabe auf dem Objektiv zu vergleichen, ist wenig sinnvoll, da auch das Sensorformat der Kamera bestimmt, wie viel vom Golfer im Bild sichtbar ist.

Bei einem Bildfeld von ungefähr zwei mal zwei Metern können bereits wenige Millimeter Unterschied in der Brennweite eine deutliche Veränderung bewirken. Mit einem passenden Sensor kann eine Brennweite von etwa 4,7 mm beispielsweise bei rund zwei Metern Arbeitsabstand liegen, während 6 mm eher einen Abstand von ungefähr 2,6 Metern erfordern und 8 mm noch mehr Distanz benötigen. Diese Werte sind keine allgemeingültigen Montagevorgaben. Sie verdeutlichen vor allem, warum Objektiv, Sensor und Arbeitsabstand immer gemeinsam betrachtet werden müssen. Die exakte Bildgröße muss für die ausgewählte Kamera berechnet werden.

In diesem Markt wird häufig das Kowa LMVZ4411 eingesetzt, ein Zoomobjektiv mit einer Brennweite von 4,4 bis 11 mm. Der Vorteil eines solchen Objektivs besteht nicht darin, dass ein Zoom technisch besser wäre als eine Festbrennweite, sondern in der zusätzlichen Flexibilität bei der Installation. Innerhalb des Zoombereichs können Bildfeld und Bildausschnitt vor Ort angepasst werden, ohne sofort ein anderes Objektiv montieren zu müssen. Nach der Einstellung müssen Zoom, Fokus und Blende fixiert werden, da bereits eine leichte Berührung die Geometrie der nächsten Aufnahme verändern kann.

Die erforderliche Auflösung ergibt sich aus demselben Bildfeld. Wird ein Golfer vom Kopf bis zu den Füßen aufgenommen, verteilt sich die Sensorauflösung über eine große Fläche. Mehr Pixel machen kleinere Details besser sichtbar, allerdings nur dann, wenn Fokus, Objektivqualität und Belichtung diese Details tatsächlich übertragen. Eine höhere Auflösung erhöht gleichzeitig die Datenmenge und kann die maximal erreichbare Bildrate begrenzen. Die beste Kamera ist deshalb nicht automatisch das Modell mit den meisten Megapixeln, sondern die Kamera, die innerhalb des erforderlichen Bildfelds bei der gewünschten Geschwindigkeit ausreichend Details liefert.

Face-on und Down-the-line sind keine identischen Kamerapositionen

Bei einer Face-on-Aufnahme steht die Kamera rechtwinklig zur Spielrichtung. Die gesamte Breite des Standes und die Körperbewegung müssen sichtbar bleiben, gleichzeitig sollen Hände und Schläger ausreichend detailliert erfasst werden. Ein größerer Sensor oder eine höhere Auflösung kann hier sinnvoll sein, wenn später in das breite Bildfeld hineingezoomt werden soll. Die Kamera wird vorzugsweise ungefähr auf Hand- oder Hüfthöhe montiert und möglichst gerade auf den Spieler ausgerichtet. Eine zu hoch oder zu niedrig positionierte Kamera verändert die scheinbaren Proportionen im Bild. Welche Bewegungen aus der Face-on- und Down-the-line-Perspektive sichtbar werden, hängt daher nicht nur vom Golfer, sondern auch von Position und Ausrichtung der Kamera ab.

Die Down-the-line-Perspektive blickt in Spielrichtung und stellt besonders hohe Anforderungen an die Ausrichtung. Wird die Kamera nur wenige Zentimeter nach links oder rechts verschoben, kann der Schläger im Verhältnis zu Händen und Körper bereits anders erscheinen. Damit Aufnahmen aus verschiedenen Trainingseinheiten vergleichbar bleiben, muss die Position reproduzierbar sein. Eine feste Wandmontage oder ein stabiles Stativ mit einem passenden Stativadapter und einer markierten Aufstellposition ist deshalb wertvoller als ein leichter Aufbau, der vor jedem Training nach Augenmaß neu ausgerichtet wird.

Da beide Positionen unterschiedliche Bildausschnitte und Analyseaufgaben haben, müssen nicht zwingend identische Kameras eingesetzt werden. Eine IDS U3-3060CP kann aufgrund ihrer höheren Auflösung und ihres größeren Sensors für die Position interessant sein, an der ein größeres Bildfeld oder zusätzliche Details benötigt werden. Eine IDS U3-3040CP eignet sich als zweite Kamera, wenn eine geringere Auflösung ausreicht und eine hohe Bildrate stärker gewichtet wird. Zwei identische Kameras sind einfacher zu verwalten, eine Kombination kann jedoch technisch und wirtschaftlich besser zum jeweiligen Aufbau passen.

Für einen vollständigen Aufbau sind beide Modelle als Golf-Swing-Kamera-Set mit Kowa-Zoomobjektiv, 5 Meter langem USB3-Kabel und Stativadapter erhältlich. Das Golf-Swing-Kamera-Set mit U3-3040CP legt den Schwerpunkt auf eine hohe Bildrate und einen kompakten Sensor. Das Golf-Swing-Kamera-Set mit U3-3060CP bietet ein größeres Bildfeld und eine höhere Auflösung. Welche Variante besser geeignet ist, hängt daher vor allem von der Kameraposition, dem verfügbaren Arbeitsabstand und den Details ab, die während des Schwungs sichtbar bleiben sollen.

USB3-Kabel mit 1, 3 und 5 Metern Länge sind nicht einfach dasselbe Kabel in unterschiedlichen Längen

Bei einem fest installierten Aufbau steht der Computer nur selten direkt neben beiden Kameras. Dadurch wird das USB3-Kabel zu einem Bestandteil der Systemauslegung. Mit einem hochwertigen Industriekabel von einem oder drei Metern ist die Verbindung normalerweise unkompliziert. Auch fünf Meter sind üblich, allerdings nimmt bei USB3 die Signalreserve mit zunehmender Kabellänge ab. Die Qualität des Kabels, der Steckverbinder, der USB-Controller im Computer und die benötigte Datenrate bestimmen gemeinsam, ob die Verbindung stabil bleibt.

Besonders deutlich wird dies bei zwei Kameras, die gleichzeitig mit hoher Bildrate arbeiten. Zwei außen am PC vorhandene USB-Anschlüsse bedeuten nicht automatisch, dass jede Kamera über einen eigenen Controller und die volle Bandbreite verfügt. Die Anschlüsse können intern dieselbe Verbindung teilen. Eine einzelne Kamera kann dann problemlos funktionieren, während bei gleichzeitiger Aufnahme Frames verloren gehen oder die eingestellte Bildrate nicht erreicht wird. Das ist kein Grund, USB3 grundsätzlich auszuschließen, macht aber eine Überprüfung der vollständigen Datenkette erforderlich.

Für Entfernungen von zehn Metern oder mehr verwenden wir keine Kombination mehrerer passiver Verlängerungskabel. Dafür sind eine aktive USB3-Verlängerung oder ein AOC-Kabel vorgesehen. Bei einem AOC-Kabel wird das schnelle Datensignal über Glasfaser übertragen. Das Kabel ist richtungsgebunden, und auf der Kameraseite wird in der Regel weiterhin ein kurzes Standard-USB3-Kabel benötigt, vorzugsweise etwa einen Meter lang und je nach Ausführung höchstens wenige Meter. Auch die Stromversorgung der Kamera muss innerhalb der gewählten Lösung korrekt berücksichtigt werden.

Eine gute Golf-Swing-Kamera ist Teil eines abgestimmten Gesamtsystems

Die Kamera bildet das Herzstück der Aufnahme, bestimmt die Qualität jedoch nicht allein. Ein Global Shutter verhindert geometrische Verzeichnungen, die Belichtungszeit begrenzt die Bewegungsunschärfe, eine geeignete Beleuchtung ermöglicht diese kurze Belichtungszeit, das Objektiv verbindet das gewünschte Bildfeld mit dem verfügbaren Arbeitsabstand und die USB3-Verbindung überträgt die aufgenommenen Bilder. Wird nur eine Komponente unabhängig vom restlichen System ausgewählt, entsteht an anderer Stelle zwangsläufig ein Kompromiss.

Bei einem bestehenden Raum beginnen wir deshalb mit den Abmessungen und den beiden gewünschten Kamerapositionen. Anschließend wird für jede Position das benötigte Bildfeld festgelegt, gefolgt von Sensor und Objektiv. Erst danach werden Bildrate, Belichtung und Beleuchtung praktisch getestet. Zum Schluss folgen Kabelführung, USB-Controller, Aufnahmecomputer und Montage. Diese Reihenfolge verhindert, dass eine Kamera allein aufgrund eines attraktiven Datenblattwerts ausgewählt wird und sich später herausstellt, dass das Objektiv nicht zum Raum passt oder der Computer zwei Bildströme nicht gleichzeitig verarbeiten kann.

Nach der Einrichtung werden Belichtungszeit, Gain, Auflösung, Bildrate, Bildausschnitt, Fokus, Blende und Zoomposition dokumentiert und festgelegt. Auch Abstand, Höhe und Blickrichtung der Kameras gehören zu dieser Konfiguration. Dadurch wird der Aufbau reproduzierbar und Aufnahmen aus verschiedenen Trainingseinheiten können tatsächlich miteinander verglichen werden. Genau darin liegt der Unterschied zwischen einer Kamera, die lediglich Zeitlupenvideos erzeugt, und einem Kamerasystem, das als zuverlässiges Werkzeug für die Schwunganalyse eingesetzt werden kann.

Die verfügbaren Kameras, Objektive, USB3-Kabel und Montagemöglichkeiten sind kompakt im technischen Golf-Flyer zusammengefasst. Wer bereits weiß, welcher Bildwinkel und welche Kameraposition benötigt werden, kann über das vollständige Golfsortiment direkt zur passenden Kamera, zum geeigneten Set oder zum benötigten Zubehör wechseln. Bei Unsicherheit ist es sinnvoller, zunächst Bildfeld, Arbeitsabstand und gewünschte Aufnahmegeschwindigkeit festzulegen. Auf dieser Grundlage kann eine passende Konfiguration zusammengestellt werden, ohne später Objektiv, Kabel oder Kamera austauschen zu müssen.