1 Methoden und Kameras für Panoramafotografie

Man kann fünf grundlegende Techniken der Panoramafotografie unterscheiden. Bei der konventionellen Methode wird das Bild am oberen und unteren Bildrand beschnitten, so dass ein langes Format entsteht. Der horizontale Bildwinkel bleibt aber unverändert. APS Kameras benutzen diese Methode zur Vortäuschung eines Panoramabildes.

Eine Bildserie, aufgenommen von einem festen Standpunkt bei rotierender Aufnahmerichtung und Zusammenfügen benachbarter Bilder ist eine der ältesten Techniken. Digitale Bildbearbeitung verhilft diesem Verfahren der segmentierten Panoramen zu neuer Popularität. Der Prozess des Zusammenfügens (stitching) verläuft automatisch.

Bildwinkel bis zu 180 grad erreicht man mit den sog. Swing-lens Kameras . Das Objektiv ist auf einem rotierenden Zylinder montiert, die Filmfläche ist mit dem Zylinderradius gekrümmt. Während der Aufnahme rotiert das Objektiv und zeichnet das Bild durch einen Schlitzverschluss auf. Kameras dieser Bauart sind z.B. Noblex oder Horizon.

Bei der rotierenden Methode wird eine Kamera verwendet, die um 360 grad um den Brennpunkt rotiert, während der Film gegen die Kameradrehrichtung gezogen wird. Diese Technik hat den Vorteil, dass auch bewegte Objekte problemlos aufgenommen werden können. Mit dem segmentierten Verfahren können bewegte Objekte auf mehreren Bildern erscheinen. Die Kamera Roundshot ist der wohl populärste Vertreter dieser Art von Aufnahmesystemen. Sowohl die Noblex als auch Roundshot sind für 120er Filme (Mittelformat) konzipiert. Mittlerweile existieren auch etliche hochauflösende digitale Lösungen, EyeScan M2 metric, PanoCAM von Spheron. Internetadressen der Herstellerfirmen sind in den Referenzen zu diesem Beitrag genannt.

Eine weitere Methode besteht in der Verwendung sphärischer Fischaugenobjektive , 7,5 mm oder 8 mm Brennweite für Kleinbildformate. Zwei um 180 grad unterschiedliche Aufnahmen genügen zur Erfassung eines sphärischen Panoramas. Im Nahbereich eine praktikable Lösung. Bei weiteren Entfernungen wird der Abbildungsmaßstab zu klein für eine hinreichende Auflösung. Auch eine synchrone Auslösung mit zwei Kameras ist vorstellbar. Dabei wird dann wohl aber auch der Photograph ins Bild kommen. Software zur Umbildung zweier Fischaugenaufnahmen in ein Panorama ist aber nicht so verbreitet wie Programme für die segmentierte Methode. Die Abbildung links zeigt eine 35 mm Kamera mit 8 mm Objektiv montiert auf einem speziellen Panoramakopf.

Forschungsarbeiten am Center for Machine Perception, http://cmp.felk.cvut.cz, beschäftigen sich mit der Panoramaaufnahme über hyperbolische Spiegel. Versuche mit dieser Art von Aufnahmetechnik wurden (auch schon früher) an verschiedenen Stellen durchgeführt, erlangen aber erst Bedeutung mit der digitalen Bildverarbeitung.

2 Segmentierte Panoramafotografie

Ein präzises Panorama mit gleichmäßiger Änderung der Aufnahmerichtung kann man nur mit Kameramontierung auf einem speziellen Panoramakopf erhalten. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Kamera horizontal um das Projektionszentrum (Nodalpunkt) gedreht wird. Die Überlappung benachbarter Aufnahmen sollte etwa 20% betragen. Bei Benutzung des Hochformates vergrößert sich die Anzahl der Aufnahmen aber gleichfalls wird der größerer vertikale Bildwinkel genutzt. Die Anzahl der Bilder richtet sich nach der verwendeten Brennweite, dem Filmformat und dem Objektabstand. 16 Photos können bei einem 35 mm Objektiv hinreichend für Außenaufnahmen im Hochformat sein. Wählt man das Querformat, dann sind 12 Bilder ausreichend.

Es gibt einige wenige Regeln, die bei der Panoramafotografie zu beachten sind. Auf eine korrekte Justierung der Kamera auf dem Stativkopf ist zu achten. Es dürfen bei der Bewegung der Kamera keine Parallaxen zwischen nahen und entfernten Objekten auftreten. Praktisch ist die Justierung einmalig wie folgt zu realisieren: Stellen Sie die Kamera so auf, dass im linken Bildbereich ein entferntes Objekt (Kirche, Schornstein) erscheint. Platzieren Sie einen Stab (Besenstiel) im Objektraum so, dass dieser mit dem entfernten Ziel eine Linie bildet. Drehen Sie die Kamera nach links. Im rechten Bildbereich muss das entfernte Ziel mit dem Nahziel nun immer noch in einer Linie liegen. Ist das nicht der Fall, verschieben Sie die Kamera entsprechend auf dem Stativkopf. Nach Justierung markieren Sie die Position oder notieren die Einstellungen für das benutzte Objektiv.

Abbildung: Justierung der Kamera auf dem Panoramakopf

Zwischen den Aufnahmen dürfen keine Änderungen der Fokussierung oder Brennweite vorgenommen werden. Kontrollieren Sie den Überdeckungsbereich, drehen Sie die Kamera immer um den gleichen Winkel. Alle Aufnahmen sollten mit gleicher Belichtung ohne Automatik durchgeführt werden. Vermeiden Sie Gegenlicht. Die besten Ergebnisse erzielt man bei Bewölkung und hohem Sonnenstand in der Mittagszeit. Achten Sie auf bewegte Objekte. Fahrzeuge, Personen u.a. dürfen nur einmal in Ihrem Panorama erscheinen, sonst entstehen "Geistereffekte" nach der Montage.

In gleicher Weise wie die fotografische Aufnahme erfolgt kann innerhalb eines CAD-Modells diese Prozedur auch im virtuellen Raum durchgeführt werden. Definieren Sie eine Kamera, einen Standpunkt , unterteilen Sie einen Kreis um den Kamerastandpunkt in gleiche Teile zur Konstruktion der Betrachtungsrichtungen und berechnen Sie die Einzelbilder. Im CAD System haben Sie keine Belichtungsprobleme, das Sonnenlicht kann immer mit der Kamera mitwandern. Verschiedene CAD-Programme unterstützen die Berechnung von sphärischen und zylindrischen Panoramen auch mit eigenen Funktionen.

3 Stitching - Montage der Panoramen

Die Liste der Softwarelösungen zur Montage (stitching) der digitalen Einzelbilder ist lang. Hersteller digitaler Kameras fügen die Software ihren Produkten bei. Der Leistungsumfang macht sich häufig beim automatischen Zusammenfügen weniger präzis durchgeführter Aufnahmen bemerkbar. Eine umfangreiche Liste von Softwareanbietern findet sich unter www.panoguide.com. Empfehlenswert ist u.a. PhotoVista von MGI Software. Die Ausgabeformate dieses Programms sind QTVR Movie- Dateien, JPEG-Dateien oder Bilder im hierarchischen Flashpix-Format. Photovista erzeugt eine zusätzliche IVR-Datei (image-based virtual reality) zur Kommunikation mit dem MGIZOOM-Viewer für die spätere interaktive Betrachtung innerhalb eines Internetbrowsers. Zur Vorbereitung eines Montagevorganges müssen die Bilder alle in gleicher Größe vorliegen und in die richtige Reihenfolge gebracht werden mit digitalen Kameras ist das bei der Aufnahme bereits realisiert. Der eigentliche Vorgang vollzieht sich in drei Schritten: Registrierung - Blending-Warping Das Ergebnis ist ein kubisches, sphärisches oder zylindrisches Panorama.

Abbildung: Spärisches Panorama 360 grad x 180 grad

Registrierung ist der Vorgang zur Verknüpfung der Einzelbilder. In benachbarten Bildern werden identische Bildinformationen in Übereinstimmung gebracht. Mit Warping bezeichnet man die Bildtransformation auf die resultierende Abbildungsebene, z.B. von der Bildebene auf einen Zylinder (mit dem Radius der Brennweite). Dieser Vorgang muss bei der Benutzung von Bildern aus einer Swing-Lens-Kameras abschaltbar sein. Die radiometrische Korrektur in den Überlappungsbereichen wird als Blending bezeichnet. In einem guten Panorama erkennt man keine Nahtstellen.

Mit Panoweaver ist eine Software verfügbar, die das automatische Zusammenfügen von zwei Fischaugenaufnahmen ermöglicht. Aus zwei Einzelbildern, vordere und hintere Hemisphäre wird ein Bild im Formatverhältnis 2: 1, Umfang zu ½ Umfang erzeugt. Diese Textur wird im Betrachter auf eine Kugel abgebildet. Weite Entfernungen der Objekte zum Standpunkt sind aber aufgrund des kleinen Abbildungsmaßstabes weniger geeignet.

4 Publikation - Betrachtung von Panoramen

Zur Betrachtung von Panoramen mit einem Internetbrowser benötigt man ein Java-Applet oder ein Plug-In. Plug-Ins haben den Nachteil, daß diese einmalig vom Benutzer installiert werden müssen, sind dafür i.d.R. aber leistungsfähiger als Applets.

Nachfolgende Beispiele zeigen die Benutzung von Janorama und Poor Man`s Virtual Reality. Im HTML-Quellcode ist die Einbindung der Panoramen ersichtlich. Die Beschreibung der Applets können den jeweiligen Web-Seieten der Hersteller entnommen werden. Während Janorama frei erhältlich ist, wird für PMVR eine Lizenzgebühr erhoben. Bitte gestatten Sie den Panoramen etwas Ladezeit.

360 grad Panorama: Wiedergabe mit PMVR - Klick in das Bild!

Referenzen: