Mein drittes Auge


Panorama-Fotografie

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Rossbergpanorama I (Mai 2014; aus 4 Bildern "zusammengenäht"; 12458 × 1574 Pixel)
Zum Vergrößern klicken Sie ins Bild (ggf. zweimal).


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Einführung

Bei vielen Digital-Kameras ist mittlerweile Panoramasoftware beigegeben oder fest eingebaut. So ist meiner Canon Ixus 1100HS das Utility-Programm Photo-Stitch beigegeben und in meiner Sony Cyber-Shot DSC-HX300 ist die Panoramafunktion Sweep Panorama fest eingebaut. Mit beidem wusste ich nichts anzufangen, bis Windows 8 auf den Markt kam. In dessen Reise-App (die es in Windows 10 so nicht mehr gibt!) waren wunderbare "begehbare" Panorama-Fotos abrufbar. Vor allem die interaktiven 360°x180°-Panoramen (Kugel-Panoramen) haben mich sehr beeindruckt.

Dass auch in der Kamera-App meines Smartphone Sony Xperia Z eine Panoramafunktion eingebaut ist, habe ich erst kürzlich entdeckt, da ich eigentlich mit dem Handy nicht fotografieren wollte. Die Funktionalität dieser Kamera-App ist aber nicht so üppig, wie die der Google-Kamera-App, die seit Version 4.4 (KitKat; Anfang 2014) für Android-Smartphones verfügbar ist.

In der Google-Kamera-App ist u.a. die Software Panorama (einreihige Panoramen, Zylinderpanoramen) und photo sphere (mehrreihige Panoramen, Kugelpanoramen) eingebaut. Die Google Kamera ist offensichtlich fester Bestandteil der Nexus-Reihe von Google, kann aber auch auf anderen Android-Geräten über den Google-Play-Store installiert werden. Dabei hängt der Leistungsumfang der App von der Leistungsfähigkeit des im Smartphone/Tablet eingebauten Kameramoduls ab.

Ein Panorama entsteht im einfachten Fall aus einer Weitwinkel- oder Fischaugen-Aufnahme, die oben und unten (oder links und rechts) so beschnitten wird, das ein schmaler Streifen mit der wesentlichen Information erhalten bleibt. So hat es schließlich die Filmindustrie vorgemacht mit 1:2,35-Breitwandformaten. Allerdings gehen heutige Panoramen weit über dieses Format hinaus; das Eingangsbeispiel oben hat das Format 1:8 und ist relativ hoch aufgelöst mit einer Breite von 12 000 Pixeln.

Zum Vergleich: PAL-Fernsehen/DVD 720 × 576 px; Full-HD/HDTV/2K/Blue-Ray-Disk: 1920 × 1080; Ultra-HD/UHD/4K: 3840 × 2160

Mit Weitwinkelobjektiven sind Blickwinkel bis zu ca. 120° möglich. Mit einem Fischaugenobjektiv schafft man sogar bis zu ca. 180°. Wird so ein Bild mit einer modernen Digitakamera geschossen, sind Pixelauflösungen von derzeit ca. 5000 × 3500 px möglich, was nicht viel ist angesichts der Ausdehnung des Motivs. Ausserdem verzeichnen Weitwinkelobjektive beträchtlich. Abgesehen davon kann an die weitverbreiteten modernen Kompaktkameras keine Wechseloptik, also auch keine Fischaugenoptik angeschlossen werden.

Abhilfe schafft man mit mehreren Einzelbildern, die zu einem Gesamtpanorama (Mosaik) zusammen gefügt/genäht/gestitcht werden müssen (im Einführungsbeispiel 4 Einzelbilder mit je ca. 5000 × 3000 px Auflösung). Das ist aber mit erheblichem Rechenaufwand verbunden und daher nur mit entsprechender PC-Ausrüsung möglich, denn "Eine Panorama-Software ... muss mehr können als nur mehrere Fotos aneinander zu kleben. Sie muss unterschiedliche Blickwinkel ausgleichen, Linsenverzerrungen korrigieren, Brennweiten berücksichtigen, Farbunterschiede zwischen den Bildern mildern und statt eines flachen Bildes einen Rundblick erschaffen, der sich sogar interaktiv am Monitor erwandern lässt." Zit.: http://www.digitalkamera.de/Software/Hugin/2016.aspx

Panoramaerstellung wird auch als Immersive Imaging (umfassende Bilderstellung, im Sinne von "in die Szene hineinziehend") bezeichnet. Dabei ist hohe Auflösung mit räumlicher Tiefenwirkung erwünscht, was im Extremfall zu hineinzoombaren interaktiven Panoramen (Gigapixelpanoramen) führt.

Man muss also zwischen ebenen und ggf. statischen Panoramen und räumlichen und ggf. dynamischen Panoramen unterscheiden. Die ebenen können z.B. als gedruckte Bilder an die Wand gehängt werden, die räumlichen können nur mit einem Panorama-Viewer am PC betrachtet werden. Bsp: London, 320 Gigapixel, berechnet aus 48640 Bildern, Mont Blanc, 365 Gigapixel, 70000 Bilder, Stadtbibliothek Stuttgart (Bücherwürfel)

Die Panoramafotografie stellt sich somit als aufregende Symbiose von darstellender Geometrie und Informatik heraus; das Ganze wird getoppt von der Gigapixelfotografie.

Noch ohne Kenntnis der Grundlagen zur Panoramabild-Fotografie, -Montage und -Darstellung habe ich 2015 einige Bilderserien "geknipst". Um Weihnachten entstanden daraus erste Panoramen, die sich somit als fehlerbehaftet herausstellten. Aber es ist erstaunlich, was die "Stitcher" trotzdem zuwege gebracht haben. Bezüglich der Grundlagen siehe Links zur Online-Literatur am Ende dieses Artikels.


Aufgrund der hohen Verfügbarkeit von Android-Kameras beschreibe ich im folgenden Text zunächst die Google-Kamera. Da mit der Google-Kamera alle typischen Panorama-Arten durch die interaktive Anleitung der App leicht herstellbar sind, kommt man schnell und kräftefrei zu ansehnlichen Ergebnissen. Da zudem ein Panorama-Viewer eingebaut ist, kann man leicht die Verzerrungsproblematik studieren.

Als nächstes wird Canons Programm Photo Stitch vorgestellt. Es steht zwar nur für Besitzer von Canon-Kameras zur Verfügung, kann aber auch Bilder anderer Kameras stitchen. Anhand dieses Programms wird die Aufgabe der "Stitcher" verdeutlicht.

Anschließend wird Microsofts Image Composite Editor (ICE) vorgestellt. Während der Canon Stitcher und der ICE Panoramen praktisch vollautomatisch erstellen, dafür wenig Eingriffsmöglichkeiten bieten, kann/muss beim anschließend vorgestellten Programmpaket Hugin steuernd eingegriffen werden.



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Google Kamera

Übersicht  Panorama  Photo Sphere  Panorama Viewr  Fokuseffekt  Foto / Video 


Übersicht

Zu Android gehört eine Kamera-App. Aber seit Anfang 2014 ist die Kamera offensichtlich nicht mehr im üblichen Update-Zyklus des Betriebssystems enthalten, sondern als Google Kamera im Google Play Store herunterladbar.

Das hat zur Folge, dass die in Android enthaltene Kamera nicht mehr automatisch mit Sytemupdates, sondern herstellerabhängig "geupdatet" wird. Manche der Hersteller-Kamera-Apps sind schon mächtige "Eigenentwicklungen", es lohnt sich trotzdem, die Google Kamera zusätzlich zu installieren. Sie kann auf Googles Nexus-Geräten mehr als auf denen der Konkurrenten. Seit dem 17. Februar 2016 wird der Download leider nicht mehr offiziell angeboten (Ausweg siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Google_Kamera).

Beim Start der App wird links die Seitenleiste mit den Kameraoptionen eingeblendet (s.r.). Später können die Kameraoptionen jederzeit von links hereingewischt werden: Mit Photo Sphere können mehrreihige Panoramen erstellt werden (Kugelpanoramen), mit Panorama werden einreihige Panoramen erstellt (Zylinderpanoramen), mittels Fokuseffekt verschwimmt der Hintergrund in Unschärfe, Foto und Video sind der Standard.

Von rechts können Sie jederzeit den internen Bildbetrachter starten und die vorhandenen Bilder durchblättern. Wird dabei ein sphärisches Panorama entdeckt, lässt sich der Betrachter in den Panorama-Viewer-Modus schalten. Für die anderen Panoramaarten steht der Panorama-Viewer nicht zur Verfügung.

Bei Panorama-Aufnahmen muss das Smartphone logischerweise geschwenkt werden. Wegen der Parallaxenproblematik ("Nodalpunkt") sollten vertikale und ggf. horizontale Schwenkachse immer durch die Frontlinse des Objektivs gehen. Das ist ohne Stativ eigentlich nicht mal näherungsweise durchführbar. Aber ein Stativ mit Drehkopf braucht eine spezielle asymmetrische Halterung, weil das Objektiv immer am Rand des Smartphonegehäuses sitzt.

Bei Landschaftspanoramen spielt die Parallaxenproblematik eher keine Rolle. Bei Aufnahmen in engen Straßen und vor allem bei Innnenaufnahmen um so mehr. Bei Frei-Hand-Innenaufnahmen sind Parallaxenfehler praktisch nicht vermeidbar.

Die Bearbeitung aufwändiger Panoramen braucht (viel) Zeit (ggf. im Minutenbereich), findet aber im Hintergrund statt. Sie können jederzeit durch Hereinwischen von rechts den Betrachter starten und der Verarbeitung zusehen. Während der Verarbeitung dürfen Sie das Display ausschalten, nicht aber das ganze Smartphone.

Im Folgenden wird beispielhaft zuerst das (einreihige) Panorama ausführlich beschrieben, für die anderen ist die Beschreibung sinngemäß zu übertragen.


Panorama

Beim einreihigen Panorama kann das Smartphone hochkant (portrait) oder querkant (landscape) gehalten werden. Unabhängig davon sind dort waagrechte und senkrechte Panoramen anwählbar (s.l.). Ferner können hier Weitwinkelaufnahmen und Fischaugenaufnahmen angewählt werden.


Im Folgenden wird die Aufnahme eines waagrechten Panoramas beschrieben; die anderen Aufnahmemöglichkeiten werden anschließend dargestellt.

Wenn Sie die Kamera zu sehr quer verkanten (roll, rollen), erscheint eine entsprechende Meldung. Wenn Sie die Kamera nach vorne neigen (pitch, nicken), müssen Sie alle Aufnahmen in dieser geneigten Stellung aufnehmen. Die Software blendet dazu weiße Punkte ein, die Ihnen die nächsten Aufnahmepositionen zeigen.

Das erste Bild müssen Sie von Hand auslösen. Da es später als Ankerbild dient, richten Sie die Kamera auf den Teil der Szene mit der ausgewogensten Beleuchtung / dem interessantesten Motiv und tippen Sie dann auf das Panorama-Symbol (s.u., 1. Bild). Der blaue Punkt zeigt, dass hier die Aufnahme gemacht wird (s.u., 2. Bild).

Führen Sie anschließend erst in die eine Richtung mehrmals den nächsten weißen Punkt in den zentralen Kreis (s.u., 3. Bild); der Punkt wird jedesmal blau und die zugehörige Aufnahme erfolgt dann automatisch (s.u., 4. Bild) mit akustischem Signal.

Wechseln Sie dann auf die andere Seite und führen vom Ankerbild aus mehrmals den nächsten weißen Punkt in den zentralen Kreis; der Punkt wird ebenfalls blau (s.o., 5. und 6. Bild) und die Aufnahme erfolgt automatisch.

Nach der letzten Aufnahme brechen Sie ab, indem Sie auf den Haken tippen (s.r.o.), damit die Aufnahmen bearbeitet und gestitcht werden. Die App arrangiert dabei die Aufnahmenausschnitte nebeneinander zum Ausgangspanorama an (s.l.u., erst sichtbar nach Hereinwischen von rechts). In der Vergrößerung sind die Teile der Einzelaufnahmen deutlich zu erkennen (s.r.u.).

Dabei werden die Aufnahmen entzerrt und die Belichtung wird angeglichen. Zuletzt wird das fertige Panorama angezeigt (s.l.u.). In der Vergrößerung (s.r.u.) sind keine Einzelbilder mehr nachweisbar.

 

Alle Einzelaufnahmen werden automatisch nach Erzeugen des Panoramas gelöscht, stehen also nicht für Bearbeitung mit anderen Programmen zur Verfügung.


Im folgenden wurde für einen geänderten Standort links die Weitwinkelaufnahme ausgewählt und rechts die Fischaugenaufnahme. Deutlich ist zu erkennen, dass die Weitwinkelaufnahme in Wirklichkeit aus neun Einzelbildern zusammen gestitcht wird. Und für die Fischaugenaufnahme werden sogar 37 Einzelbilder benötigt (wenn einige fehlen würden, entstünden entsprechende Lücken im Bild). Das erste Bild dient wieder als Ankerbild, sollte also das Hauptmotiv beinhalten.

Die Weitwinkelaufnahme misst 5776 x 8526 px und ist kompr. 7,07 MB groß. Die Fischaugenaufnahme misst 7026 × 7026 px und ist kompr. 8,12 MB groß.

Zu Vergleichszwecken ist vom gleichen Standort aus (Blickrichtung SO) auch ein einreihiges Panorama aufgenommen worden (Größe 7956 × 2206 px, kompr 3,64 MB). Die Wintersonne ist hier kurz vor dem Untergang, der Gegenhang wird noch voll beschienen; dadurch sind die Helligkeitsunterschiede extrem.


Photo Sphere

Fürs mehrreihige Kugelpanorama Photo Sphere müssen Sie zunächst ebenfalls das Ankerbild (beleuchtungstechnisches/motivtechnisches Zentrum) des spärischen Panoramas aussuchen. Dabei muss der weiße Punkt wie oben beschrieben in den zentralen Kreis gebracht werden. Das ist nun aber nur der Fall, wenn das Smartphone senkrecht gehalten wird (also nicht verkantet, kein roll und nicht geneigt, kein pitch); dann beginnt sofort automatisch die erste Aufnahme. Die App wertet dazu den Lagesensor aus.

Nun können Sie nach links, rechts, oben oder unten die nächsten Aufnahmen ansteuern. Mögliche Positionen werden durch die beim Schwenken aufscheinenden weißen Punkte angezeigt. Wichtig dabei ist, dass das Motiv lückenlos abgelichtet wird und dass Sie das Smartphone nicht verkanten (ggf. wird eine Verkantungswarnung eingeblendet).

Nach der letzten Aufnahme müssen Sie auf den Haken tippen, dann beginnt die Berechnung des Kugelpanoramas.

Das Kugelpanorama (s.o.) ist von Hand vom gleichen Standort aus aufgenommen, wie die drei Bilder zuvor. Der geradlinige Weg verläuft im Bild am linken und am rechten Rand nach oben, macht im Bild also eine 180°-Wendung; das sphärische Panorama umfasst also höchstens eine Halbkugel. Es waren ziemliche Verrenkungen nötig, um alle Bilder zu schießen; Zenit und Nadir fehlen daher. Das Panorama misst 8526 × 5784 px und ist kompr. 10,6 MB groß.


Panorama-Viewer

Wenn Sie während der Panorama-Verarbeitung von rechts die Bildentstehung hereinwischen, starten Sie in Wirklichkeit den internen Bildbetrachter der Foto-App. Das können Sie jederzeit tun und die Liste der Bilder durch Wischen durchblättern.

Treffen Sie dabei auf ein spärisches Panorams, wird unten das Icon des Panorama-Viewers eingeblendet (s.r.).

Nach Start des Panorama-Viewers sehen Sie einen vergrößerten und frei verschiebaren Ausschnitt des Panoramas. Zwei Beispiele sind unten eingeblendet. Es fällt auf, dass die Straße relativ geradlinig, also entzerrt, dargestellt wird. Daher ist zu Vergleichszwecken unter den Beispielen jeweils der entsprechende Ausschnitt des Originals dargestellt.

Bilder oben: vom Panorama-Viewer erzeugte Bildausschnitte; Bilder unten: entsprechende Bildausschnitte des zugrundeliegenden Kugelpanoramas.


Fokuseffekt (Blur)

Der Blur-Effekt ist nur sinnvoll, wenn ein zentrales Objekt vorhanden ist, das scharf abgebildet werden soll und um das herum der Hintergrund und (eventuell) der Vordergrund unscharf erscheinen sollen. D.h., die Schärfentiefe muss gering sein und der Schärfebereich (Fokus) muss wählbar sein.

Bei normalen Objektiven ist die Schärfentiefe um so geringer, je größer die Blendenöffnung des Objektivs ist und je größer die Brennweite ist. Da Smartphone-Objektive i.d.R. kurzbrennweitig sind und deren Blende nicht vom Benutzer steuerbar ist, muss getrickst werden z.B. durch Zusammenrechnen zweier geeigneter Bilder.

Wählen Sie also den Fokuseffekt, peilen das Objekt an und schießen das erste Bild durch Tippen auf das Blendensybol (s.r., 1. Bild). Schieben Sie anschließend das Smartphone langsam nach oben und peilen dabei weiterhin das zentrale Objekt an; die Bewegung wird im Bild angezeigt (s.r., 2. Bild). Wenn Sie das Smartphone weit genug gekippt haben, wird dies im Bild angezeigt (s.r., 3. Bild) und die zweite Aufnahme startet automatisch.

Links ist das Ergebnis zu bewundern; der Stamm ist scharf abgebildet, der Hintergrund verschwimmt unscharf und auch der Ast im Vordergrund ist unscharf gezeichnet.

Daneben ist zu Vergleichszwecken ein normales Bild der Situation dargestellt; alle Details vom Vordergrund bis zum Hintergrund sind scharf.

Wenn Sie das linke Bild genauer betrachten, erkennen Sie, dass der Hintergrund in der direkten Umgebung des Stammes (vor allem zwischen den Ästen) auch scharf gezeichnet ist, was besonders störend im oberern Teil des Stammes auffällt. Der Algorithmus kann eben nicht echt zwischen vorn und hinten unterscheiden, sondern nur zwischen zentral und weiter außen; ferner erkennt er wohl den Gesamtumriss des Stammes.


Foto und Video

Hier gibt es nichts besonderes zu berichten.



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Photo Stitch (Canon)

Eingangsbeispiel  Bedienung des Stitchers  Beispiel 2  Freiheitsgrade bei der Kameraführung 


Die Canon Utilities Photo Stitch (Version 3.1.23.47) bestehen aus dem eigentlichen Stitcher und einem Panorama-Viewer und waren schon unter Windows 98 zum Lieferumfang bei Canon gehörig. Anhand dieses Stitchers sollen die Vorgänge bei der Panoramaerstellung erklärt werden. Er kann einreihige Panoramen zusammen nähen. Das wird zunächst am Eingangsbeispiel gezeigt.


Eingangsbeispiel

Rossbergpanorama I (Mai 2014; aus 4 Bildern "zusammengenäht")

Die Bilder für dieses Panorama wurden freihändig mit der Sony DSC HX300 aufgenommen und später mit dem Canon-Stitcher zusammen gerechnet.

Die vier Einzelbilder (s.u.) sind jeweils mit Brennweite 4,3 mm (Weitwinkel 24 mm KB) und Blende 2,8 aufgenommen und jeweils 5184 × 2920 Pixel groß, das fertige und später beschnittene Panorama misst 12458 × 1574 Pixel und ist JPG-komprimiert 2,71 MB groß. Ohne Komprimierung würde es 56 MB umfassen, was einer Kompression auf 5% entspricht!

Unten ist das "Nähergebnis" des Canon-Stitchers dargestellt. Die drei Nahtstellen (Überblendungsbereiche) sind grün gekennzeichnet.

Wenn man die Einzelbilder einfach von Hand aneinander montiert (s.u.), sieht man, dass der Stitcher die Einzelbilder geeignet verzerren , in der Höhe verschieben und die Helligkeit an den Rändern anpassen muss.

In den folgenden drei Bildpaaren werden die Handmontagen und die Stitchnähte für Vergleiche nebeneinander gestellt. Ohne die Verzerrungen des Stitchers würden die Bilder nie aneinander passen können. Aber auch der (einfache) Stitcher macht noch Fehler. Die Bildpaare wurden anhand der vom Stitcher gemeldeten Nahtstellen montiert; aber die gemeldeten Nähte stimmen nicht ganz mit den tatsächlichen überein.

             


Bedienung des Stitchers

Die Bedienung des Stitchers ist selbsterklärend. Sollen mit fremden Kameras aufgenommene Fotos gestitcht werden, wird man nach der Brennweite gefragt (s.r.o.). Nur bei Fotos von Canon-Kameras entnimmt der Stitcher die Daten direkt den Exif-Anhängen (Exchangeable Image File Format) der Fotos. Man kann kein Ankerbild bestimmen.

Nach dem Stitchen kann man die Ergebnisse vergrößert begutachten und dann ggf. auf eine der Nähte klicken (s.l.u.), um das Ergerbnis von Hand zu beeinflussen. Im Bild wird so die dritte Naht nachgearbeitet (s.r.u.).

Vor dem Speichern wird das Bild automatisch beschnitten (s.u.).


Beispiel 2

Rossbergpanorama II (Nov. 2014; aus 6 Bildern "zusammengenäht")

Dieses Panorama entstand bei bedecktem Himmel freihändig mit der Ixus 1100HS und dem Canon-Stitcher. Das Ergebnis ist erstaunlich gut. Die allseitig gleichmäßige "Beleuchtung" macht es dem Stitcher leicht, so dass im Panorama (zunächst) keine Nahtstellen zu erkennen sind. Das fertige Panorama misst 8.940 × 1.366 Pixel und ist komprimiert nur 1,56 MB groß. Unkomprimiert würde es 35 MB umfassen (Komp. auf 4,3%).

Im Bild unten ist zu sehen, wie der Stitcher die einzelnen Bilder entzerrt und an markanten Punkten aneinander fügt/näht/stitcht. Die Nahtbereiche sind mit grünen Rechtecken umrissen. Zum Entzerren muss der Stitcher die Brennweite kennen, was in den Metadaten der Ixus-Bilder offensichtlich automatisch ablesbar ist.

Für das endgültige Panorama habe ich im vom Stitcher gerechneten Bild das untere Viertel weggeschnitten. Sucht man in der Vergrößerung des Panoramas die Nahtstellen genauer ab, dann findet man die "Nähfehler".

Unten sind die 6 Einzelbilder dargestellt (Format jeweils 4000 × 2238 Pixel). Auffällig ist, dass das 4. Bild praktisch unnötig ist.


Freiheitsgrade bei der Kameraführung

Bei der Freihand-Kameraführung für ein einreihiges horizontales Panorama dreht man sich i.d.R. um den eigenen Körper und hält dabei die Kamera immer in gleicher Höhe. Wähend des Horizontalschwenks dreht sich die Kamera zwangsläufig um die Hochachse (jaw, gieren, schlingern), dabei sollte die Kamera nicht zusätzlich um die Querachse geneigt (pitch, nicken, stampfen) und um die Längsachse verkantet (roll, rollen, wanken) werden.

Normale Kameraführung (s.u.): nur jaw-Winkel, wenig pitch und kein roll.
Der Stitcher hat keine Probleme.


Unterschiedliche Höhenausrichtung (s.u.): jaw, viel pitch, kein roll.
Der Stitcher kann den Höhenversatz noch ausgleichen. Anderfalls müsste man die überlappenden Bereiche von Hand bestimmen.


Verkantete Kameraführung (s.u.): jaw, etwas pitch, viel roll.
Der Stitcher kann die Rollbewegung nicht ausgleichen.



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Image Composite Editor ICE (MS)


Der Image Composite Editor (ICE, Version 2.0.3.0) wird von der Microsoft Research Computational Photography Group kostenlos zur Verfügung gestellt. Die Gruppe bietet auch den Panorama-Viewer HD-View und den Gigapixel-Viewer Deep Zoom an.

Am Beispiel des aus vier Bildern bestehenden einreihigen Eingangspanoramas wird gezeigt, wie einfach der ICE zu bedienen ist: Nach dem Start können wir Bilder einlesen, die dann im Fenster 1 Import angezeigt werden (s.l.o.). In dieses Fenster könnten wir (weitere) Bilder auch mittels Datei-Öffnen-Dialog oder mittels Drag and Drop einlesen. Die eingelesenen Bilder werden für die weitere Verarbeitung entweder nach dem Namen oder dem Aufnahmedatunm angeordnet und später in dieser Reihenfolge verarbeitet. Daher könnten wir hier auch einzelne Bilder wieder entfernen.

Wir verwenden alle Voreinstellungen des ICE, also den Panoramatyp Simple panorama und den Kamerabewegungsmodus Auto-detect. Als Panoramatyp wäre auch möglich structured panorama u.a. für mehrreihige Panoramen. Als Kamerabewegungsmodus wäre noch möglich Planar motion, Planar motion with skew, Planar motion with perspektive und Rotating motion.

Anschließend wechseln wir zum Fenster 2 Stitch (s.r.o.). Dort ist als Projektionsmethode voreingestellt Cylindrical. Wir verändern nichts, das Bild wird berechnet. In der Statuszeile unten wird gemeldet: Drehbewegung, aus vier Bildern gestitcht, 180,4° horizontal, 52,0° vertikal.

Wir gehen gleich weiter zum Fenster 3 Crop (Beschneiden; s.l.o.). Nach Auto crop müssen wir nur noch den linken Bildrand verschieben, um den dunklen Fensterrahmen wegzuschneiden und den unteren Bildrand verschieben, um die nichtssagenden Dächer im Vordergrund zu entfernen. Dann können wir im Fenster 4 Export das Bildformat festlegen und das Panorama speichern (s.r.o.). Das fertige Panorama misst 11299 × 2270 px (s.u.).

Wir hätten es auch unbeschnitten (no crop) speichern können (s.u.).


Und wir hätten das Stitchergebnis auch nachbearbeiten können: Unten links ist das unveränderte Stitchergebnis eingeblendet; rechts ist dort als Bildorientierung abzulesen roll 0° (Rollwinkel), pitch 0° (Nickwinkel) und jaw 4,547° (Gierwinkel).
Wir können nun das Panorama verschieben mittels , und drehen mittels (s.u.). Damit hätten wir z.B. einen schiefen Horizont ausrichten oder einen gekrümmten Horizont begradigen können.

Neben der Projektionsmethode Cylindrical gibt es noch Transverse cylindrical, Mercator, Transverse mercator, Spherical, Transverse spherical, Orthographic, Fisheye, Stereographic und Perspective (s.u.).


Die Wirkung der unterschiedlichen Projektionsmethoden wird an einem Architekturmotiv deutlicher, denn bei Architekturaufnahmen sind Horizontale und Vertikale besonders kritisch. Als Beispiel soll die Universitätsbibliothek Leipzig (Bibliotheca Albertina) dienen. Deren Haupthalle ist quadratisch und erstreckt sich über mehrere Stockwerke (s.l.u.).

Mit der Ixus habe ich dort im Mai 2016 spontan und freihand mehrere Fotos aufgenommen (jeweils 4000 × 2248 px). Zunächst soll ein einreihiges Querformat-Schwenkpanorama aus drei geeigneten Bildern (s.o.) des "Wandelgangs" im Obergeschoß entstehen. Deutlich zu erkennen ist, wie die drei Fotos "verkantet" sind und keine besonders gute Orientierung zueinander und zum Motiv haben. So gibt es in jedem Foto stürzende Linien und bei keinem Foto war die Kamera senkrecht zu einer der Wände ausgerichtet.

Das mit dem ICE gestitchte Panorama (s.o.) weist keine stürzenden Linien mehr auf, die Rückfront des Wandelgangs erscheint parallel zur "Filmebene" und deren horizontale Linien sind im Bild horizontal und somit parallel (Geländer, Säulenabschlüsse, usw.). Es umfasst einen Blickwinkel von 111,4° horizontal auf 39,1° vertikal. Durch zweimaliges Anklicken kann das Panorama vergrößert werden.

In den folgenden Bildern wird gezeigt, wieviel Arbeit der ICE einem abnimmt (s.u.). Beim Stitchen muss der ICE für jedes Foto die Orientierung im Raum herausfinden und dann die Fotos in entsprechender Richtung vom Mittelpunkt aus auf eine virtuelle Sphäre projizieren (aligning images). Dabei müssen die Übergänge zwischen den Bildern ausgeglichen und die Farben angepasst werden (compositing images). Auf dieser virtuellen Sphäre ist damit das Original-Panorama intern abgelegt.

Da in der Regel kein Vorführ-Dom (Projektionssphäre) zum Betrachten des Pamoramas zur Verfügung steht, muss anschließend ein (reales) Projektionsverfahren gewählt werden. Im Bsp. hat der ICE die "zylindrische" Projektion gewählt (s.l.o.). Dabei werden deutliche Verzerrungen sichtbar (also keine Geradentreue). Nach Wahl der "perspektiven" Projektion ist das Panorama geradentreu, aber es gibt noch stürzende Linien (s.r.o.).

Der Bildschirm zeigt die Abbildung dieses Panoramas auf eine Ebene, eben die Bildschirmebene. Durch Verschieben und Drehen des Panoramas wird dafür gesorgt, dass die Rückwand parallel zu dieser Bildebene ausgerichtet und Horizontale und Vertikale justiert werden (s.l.o.).

Deutlich ist dabei zu erkennen, wie die drei Fotos perspektiv verzerrt werden mussten. Daher muss das Panorama beschnitten werden (crop; s.r.o.).





Nebenstehendes einreihiges Hochformat-Schwenkpanorama der Treppe der Haupthalle besteht aus fünf Fotos und wurde auf die gleiche Weise erstellt. Der ICE hat beim Stitchen automatisch das Hochformat erkannt. Das Panorama umfasst einen Blickwinkel von 78,8° horizontal auf 89,0° vertikal.


Schön wäre ein fünfreihiges Schwenkpanorama zu je drei Fotos der Haupthalle gewesen; aber ich hatte kein Stativ mit Panoramakopf zur Verfügung.



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Stitching-Software Hugin

Assistentenmodus/Standardmodus  TIFF, PNG und JPG  Expertenmodus 


Die Google Kamera, der Canon Stitchers und der ICE verarbeiten Panoramen automatisch. Sie sind kostenlos, genauso wie das Programm Hugin, das jedoch anders arbeitet:

Hugin ist das GUI (graphical user interface) für die Panorama-Tools von Helmut Dersch, d.h. Hugin fasst die Panorama-Tools (Enfuse Auto Droplet, Enfuse Auto Align Droplet, Enfuse Align Droplet, Enfuse Droplet 360, Enfuse Droplet, Enblend Droplet 360, Enblend Droplet, Calibrate Lens GUI und Batch Processor) unter einer gemeinsamen Bedien-Oberfläche zusammen und koordiniert deren Arbeit. Die Tools sind eigentlich für Profis gedacht und lassen sich über viele Parameter steuern. Diese Parameter werden somit auch von Hugin abgefragt. Es gibt aber einen Assistentenmodus für den Amateur.


Assistentenmodus/Standardmodus

Ich setze Hugin 2015.0.0 zunächst im Assistentenmodus ein und verarbeite nun die vier Bilder des Eingangsbeispiels. Nach dem ersten Start von Hugin befindet sich die Benutzeroberfläche im Standardmodus (s.l.u.); alledings bezieht sich die am rechten Rand eingeblendete Meldung auf den Fortgeschrittenen/Experten-Modus. Ich belasse es zunächst beim Standard und sehe am linken Rand, dass noch keine Bilder geladen sind.

Die vier Bilder kann ich nun per Drag and Drop oder nach Klick auf 1. Bilder laden... über den üblichen Öffnen-Dialog importieren (s.l.o.).

Den Exif-Daten der Bilder entnimmt Hugin die Kamera- und Objektivdaten,z.B. die Brennweite. Aber der horizontale Öffnungswinkel HFOV des Objektivs, bzw. alternativ dazu der Formatfaktor fehlt noch, diese Daten werden daher angefordert (s.r.o.). Bei der DSC HX300 entspricht 4,3 mm tatsächliche Brenweite 24 mm Kleinbild-Brennweite; das ergibt einen Formatfaktor von 5,58. Nach dessen Eintragung errechnet Hugin den HFOV zu 76,3°.
"Der Begriff Kleinbildformat-äquivalente Brennweite wird für das Produkt aus der tatsächlichen Brennweite und dem Formatfaktor bezogen auf das Kleinbildformat ermittelt. Er bezeichnet die Brennweite, die beim Kleinbildformat denselben Bildwinkel ergibt wie die tatsächliche Brennweite eines Objektivs am jeweiligen Aufnahmeformat." Zit.: https://de.wikipedia.org/wiki/Formatfaktor

Nach dem Schließen des Fensters Kamera- und Objektivdaten zeigt Hugin im Hauptfenster an, dass (natürlich) noch keine Kontrollpunkte benannt/erkannt sind und dass besser die zylindrische Projektion gewählt werden sollte. Aber im Assistentenmodus gibt es keine Einstellungsmöglichkeit für den Projektionstyp. Ich klicke also gleich auf 2. Ausrichten.

Hugin lässt uns immer an den umfangreichen Berechnungen teilhaben (s.r.o.) und blendet anschließend im Hauptfenster das Stitchergebnis ein (s.l.u.). Der Bewertung am rechten Rand kann ich entnehmen, dass das Panorama sehr gut zusammenpasst.

Nach Klick auf 3. Erstellen des Panoramas ... errechnet Hugin das endgültige Panorama und speichert es als TIFF-, JPG- oder PNG-Bild ab.

Unten sehen Sie das praktisch fehlerfreie Ergebnis im JPG-Format. Das Bild misst 1880 × 402 px und ist 208 KB groß. Nach Anklicken (ev. doppelt) misst es in Originalgröße 7450 × 1714 px und ist 2,38 MB groß.


TIFF, PNG und JPG

Die reine Bildinformation in Rasterbildern belegt Pixelzahl × Farbbytes pro Pixel; im Panorama also 7450 × 1714 × 3 Bytes = 38 307 900 Bytes = 38,3079 MB = 36,5332 MiB; in einer Bilddatei kommen ggf. noch Verwaltungsinformationen hinzu.
1 Kilobyte (KB) = 1000 Byte, 1 Megabyte (MB) = 1000 × 1000 Byte = 1 000 000 Byte, 1 Gigabyte (GB) = 1000 × 1000 × 1000 Byte = 1 000 000 000 Byte;
1 Kibibyte (KiB) = 1024 Byte, 1 Mebibyte (MiB) = 1024 × 1024 Byte = 1 048 576 Byte, 1 Gibibyte (GiB) = 1024 × 1024 × 1024 Byte = 1 073 741 824 Byte

In Hugin sind die Bild-Formate TIFF, PNG (beide verlustfrei komprimiert) und JPG (verlustbehaftet komprimiert) möglich (s.u.).

TIFF-Bilder sind bei vollem Farbumfang verlustfrei komprimiert und können viele Zusatzinformationen enthalten, sie werden daher vor allem im professionellen Bereich (z.B. Druckvorstufe) eingesetzt.

Die ebenfalls verlustfrei komprimierten PNG-Bilder bieten bei vollem Farbumfang Transparenz und Alpha-Kanal, sie werden hauptsächlich im Web eingesetzt.

JPG-Bilder können in unterschiedlichen Qualitätsstufen von 1 bis 100 (100 = optimale Qualität; z.B. Hugin) gespeichert werden oder mit unterschiedlichen Kompressionsraten von 99 bis 1 (99 = maximale Kompression; z.B. PaintShopPro); die Zahlenwerte werden oft als %-Werte verstanden. Praktisch alle Kameras erzeugen JPG-Bilder.

Ich habe das Panorama probeweise als TIFF abgespeichert (38 MB), als 100%-JPG (14,2 MB), als 90%-JPG (3,79 MB), als 50%-JPG (1,4 MB) ujnd als 10%-JPG (0,62 MB).

Daraus folgt, dass JPG-Bilder immer verlustbehaftet komprimiert sind, also auch, wenn sie mit höchster Detailtreue gespeichert werden. Da die Einzelbilder des Panoramas von der Kamera bereits als JPG-komprimierte Bilder geliefert werden, kann das Panorama folglich keine höhere Auflösung/Detailtreue aufweisen, als die Einzelbilder.

Die vier Bilder (s.o., s.u.) stellen denselben Ausschitt des Panoramas dar, auf 200% der Originalauflösung vergrößert. Das erste Bild zeigt den Ausschnitt aus dem TIFF-Original, das zweite aus dem 100%-JPG-Original (s.o.). Drittes und vierte Bild zeigen den Ausschnitt aus 50%-, bzw. 10%-JPG-Bildern (s.u.).

Im folgenden Bild ist die 10%-Variante als Vollbild dargestellt. Fazit: am Monitor reicht diese Qualitätsstufe völlig aus. Erst in der Originalgröße (Doppelklick) treten die Komprimierungsartefakte deutlich zu Tage (z.B. Wolken und Weinberghänge und Wald unterhalb des kl. Rosskopfes).


Expertenmodus

Stellen Sie im Menü Benutzeroberfläche den Expertenmodus ein. Es öffnet sich das Fenster Panorama Stitcher (s.u.l.). Importieren Sie dort in der Karteikarte Bilder die gewünschten Bilder und ergänzen ggf. die Objektiveigenschaften (Punkt 1).

Dann werden oben im Fenster die Bilder aufgelistet. Legen Sie mittels Rechtsklick auf die entsprechenden Bilder die Ankerbilder für Position (A) und für Belichtunng (C) fest (Punkt 2).

Punkt 3: Klicken Sie mehrmals auf Kontrollpunkte erstellen. In der Bilderliste oben werden die Anzahlen gefundener Kontrollpunkte eingetragen. Wenn Sie dabei einzelne Bilder in der Liste aktivieren, können Sie die Anzahlen nach oben treiben (pro Bild mehr als 100!). Klicken sie anschließend der Reihe nach auf die beiden Knöpfe Geometrisch Berechnen und Fotometrisch Berechnen.

In der Bilderliste können Sie anschließend unterschiedliche Anzeigen aktivieren (s.u.). Wechseln Sie dann zur Karteikarte Kontrollpunkte (s.r.o.). Fall das gleiche Bild doppelt angezeigt wird, wechseln Sie mittels Auswahlbox zum Nachbarbild. Für jedes Bilderpaar werden jetztt alle Kontrollpunkte angezeigt.


Wechseln Sie nun zur Karteikarte Zusammenfügen (s.l.u.). Klicken Sie der Reihe nach auf Bildwinkel berechnen, Optimale Größe berechnen und auf Beschnitt den Bildern anpassen. Wählen Sie ggf. das Ausgabeformat TIFF/JPG/PNG und starten Sie das Jetzt Zusammenfügen.

Hugin kennt sehr viele Projektionsarten (s.r.u.).

wird fortgesetzt



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Weitere Beispiele


Rossbergpanorama III (Dez. 2015, Morgendämmerung 07:00 Uhr; 7 Bilder)

Diese Morgendämmerung ist spontan freihand mit der Ixus entstanden (Brenweite 5 mm, Belichtungszeit 1/8 sec!, Blende 3,4), die Bilder sind daher relativ unscharf. Im Panorama sind deutliche Helligkeitsunterschiede an den Nahtstellen sichtbar (s.o.), da bei der Ixus die Belichtungsautomatik nicht abstellbar ist und der Canon-Stitcher damit nicht gut klarkommt.

Hugin meldet zwar, dass der Stitchvorgang fehlerhaft war, bringt aber ein deutlich ausgeglicheneres Ergebnis zustande (s.u.).


Rossbergpanorama IV (Dezember 2015)

Dieses Panorama wurde freihand mit dem Smartphone Xperia Z aufgenommen und während der Aufnahme mit der Schwenkpanorama-Funktion (sweep panorama) in der Kamera berechnet (nicht mit Google Kamera).

Die Aufnahme gelingt überraschend einfach: Panoramafunktion aktivieren, einmal auslösen und Smartphone mit gleichförmiger Geschwindigkeit drehen/schwenken, fertig. Beim Drehen/Schwenken muss die Bewegung immer in Richtung der Längsachse des Smartphones gehen; bei Querformat also in waagrechter Richtung und bei Hochformat in senkrechter Richtung. Im Display wird angezeigt, wie weit bereits geschwenkt worden ist.

Bei genauem Betrachten erkennt man die vielen Einzelbilder und die Überblendungsbereiche (z.B. in den Hochhäusern). Das Panorama misst (nachträglich etwas beschnitten) 4.143 × 816 Pixel und ist 0,47 MB groß. Unkomprimiert wäre es 9,7 MB groß (Komp. auf 4,7%).


Winnenden von Osten aus gesehen

Dieses Panorama wurde freihand mit der DSC HX300 aufgenommen und in der Kamera berechnet. Nach der Aufnahme der Einzelbilder rechnet die Funktion das Panorama aus und löscht die Einzelbilder.

Da ich die Kamera offensichtlich nicht waagrecht bewegt habe, ist im Stitchergebnis der Horizonz schräg verlaufend. Das Panorama misst 5.785 × 1.080 Pixel und ist 0,75 MB groß (unkomprimiert 18,7 MB; Komp. auf 4%).


Stuttgart vom Fernsehturm aus

Dies ist der erste Versuch eines Rundblicks auf Stuttgart vom Fernsehturm aus (April 2016). Das 360°-Panorama besteht aus 34 Hochformat-Weitwinkelaufnahmen (jeweils 2.248 × 4.000 px; Ixus, 28 mm), die mit dem ICE zu einem einreihigen Zylinderpanorama zusammen gestitcht wurden. Das Panorama misst 22.016 × 3.622 px und ist kompr. ca. 13 MB groß.

Trotz sonnigen Wetters war die Luft recht dunstig, weshalb der Fernblick getrübt ist.
Livecams auf dem Fernsehturm                 http://www.stuttgart-rundgang.de/


Auf der Website von Dr. Ulrich Deuschle kann man Alpenpanoramen errechnen lassen (http://www.udeuschle.de/panoramas/makepanoramas.htm). Als Muster ist ein Blick von der Zugspitze nach Süden mit 60°-Blickfeld eingestellt. Aber es kann jeder beliebige Standort eingestellt werden (also auch der Fernsehturm Stuttgart).

Im folgenden Bild habe ich ein Deuschle-Fernsehturmpanorama in mein Panorama montiert und ausgerichtet, denn der Clou sind die eingeblendeten Geländepunkte. Das Bild weist eine Breite von 14400 Pixeln auf, also 40 px pro Grad.



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Math. Hintergrund im Aufbau

Sehkegel und Sehkreis  Strahlenoptik  Stürzende Linien  Objektiv-Verzeichnung  Weitwinkel-Verzeichnung   Panorama-Stitching 


Im Folgenden werden erst einige grudsätzliche Überlegungen zum natürlichen Sehen und zum Fotografieren angestellt. Dann werden Details zur Panoramaerstellung erörtert.


Sehkegel und Sehkreis

Beim Betrachten eines Motivs fixiert das menschliche Auge immer ein Detail und fokusiert darauf. Richtig scharf gesehen wird dabei nur, was sich innerhalb des schmalen 1°-Sehkegels befindet (Gelber Fleck auf der Netzhaut). Daher springt das Auge von Detail zu Detail, um das gesamte Motiv zu erfassen (scannen). Im Gehirn werden die Seheindrücke gespeichert und verfügbar gehalten, so dass der Beobachter einen lückenlosen Bildeindruck erhält.

Da sich auf der Netzhaut auch außerhalb des gelben Flecks Sinneszellen befinden, nimmt das Auge Informationen auch außerhalb des 1°-Sehkegels auf: Motive innerhalb eines 60°-Sehkegel um das fixierte Detail herum werden noch deutlich und unverzerrt wahrgenommen. Vielleicht hat sich daher das 50mm-Objektiv als Standard-Objektiv bei "Kleinbildkameras" durchgesetzt, es liefert Bilder mit eiem Sehwinkel von ca. 46° (also unverzerrte).

Das hat zur Folge, dass es eigentlich unsinnig ist, Bilder zu produzieren, die nicht "auf einen Blick" erfasst werden können (die nicht in den 60°-Sehkegel passen). Aber genau das ist typisch für gedruckte Panoramen mit der Folge, dass es nicht möglich ist, ein statisches Panorama unverzerrt zu erstellen. Bei einer Gebirgslandschaft wird das kaum auffallen, bei einer Stadtansicht aber sehr wohl.

Beim direkten Betrachten der "Natur" wird man den Blick schweifen lassen, also laufend die Perspektive ändern. Genau das ist bei dynamischen Panoramen möglich, bei denen der Panoramaviewer dem Betrachter am PC erlaubt, den Blick schweifen zu lassen. Und dort ist es auch sinnvoll, nach oben und nach unten zu schweifen.


Strahlenoptik

Nur die Camera obscura (Lochkamera) ist absolut verzeichnungsfrei; sie liefert im Idealfall mit unendlich kleiner Eintrittspupille (Lochblende) unendlich scharfe und unendlich dunkle Bilder (solange noch nicht die Wellenoptik gilt). Es gelten die Strahlensätze und die Regeln der Zentralprojektion, was z.B. Punkt- und Geradentreue bedeutet. Aber jede reale Kamera mit Objektiv verzeichnet (verzerrt) mehr oder weniger stark.


Stürzende Linien

Das hat nichts mit stürzenden Linien zu tun, wie sie im Beispiel (s.l.u.) gezeigt werden. Dort habe ich mit der Ixus eine Weitwinkelaufnahme des runden Innnenhofs des Europäischen Parlaments Straßburg geknipst und dazu die Kamera nach oben verschwenkt ("Froschperspektive"; wie alle Amateue das tun). Die im Original parallelen Säulen verlaufen im Bild nach oben auf einen gemeinsamen Fluchtpunkt zu.

   

Jedes Bildbearbeitungsprogramm kann derartige Aufnahmefehler ausgleichen (z.B. Paintshop pro: Effekte > Geometrieeffekte > Vertikalperspektive). Dabei wird das Bild verzerrt (transformiert): Im mittleren Bild habe ich die Säulen parall gestellt und das Bild etwas gedreht. Dabei bleibt die äußere Orientierung der Aufnahmesituation natürlich erhalten. Das ist insbesondere wichtig bei der Panoramaerstellung. Im rechten Bild habe ich die Transformation übertrieben und eine "Vogelperspektive" vorgetäuscht: obwohl der Fluchtpunkt nun unter dem Bild liegt, als ob der Blick von oben käme, sind natürlich nach wie vor die Unterseiten der Simse sichtbar!


Objektiv-Verzeichnung

Für ein Objektiv mit einer einzelnen dünnen Linse und kleiner Blende gilt die Linsengleichung in Verbindung mit der paraxialen Optik recht exakt. Das heißt u.a., dass für alle Original-Punkte (Urbilder) der selbe Abbildungsmaßstab für deren Bildpunkte (Bilder) gilt.

Reale Objektive, insbesondere Zoom-Objektive, sind aber hochkomplexe Linsensysteme (in meiner Ixus "14 Elemente in 12 Gruppen: 1 UD-Linse, 1 beidseitig asphärische Linse, 1 einseitig asphärische Linse, 1 Lichtbrechungs-Prisma").

Das hat zur Folge, dass nicht mehr alle Urbilder mit dem gleichen Abbildungsmaßstab abgebildet werden können. So entstehen tonnenförmige oder kissenförmige Verzeichnungen, je nach dem, ob der Abbildungsmaßstab nach außen hin ab- oder zunimmt. Der Effekt ist bei guten Objektiven gering bis unmerklich (aber als ich vor langer Zeit meine alte analoge Spiegelreflexkamera mit hochwetiger 50mm-Festoptik mittels Rechteckvorlage ausmessen wollte, stellte ich an den Rändern leichte Tonnenverzeichnung fest).


Weitwinkel-Verzeichnung

Die technisch bedingten Objektiv-Verzeichnungen haben nichts zu tun mit den logisch bedingten Verzeichnungen, die um so stärker auftreten, je größer der Blickwinkel, bzw. je kürzer die Brennweite des Objektivs ist. Dies gilt insbesondere für Panoramaaufnahmen.

Im Bild (s.l.u.) ist ein Screenshot einer Dash-Cam mit 120° Blickwinkel dargestellt. Offensichtlich ist die Dash-Cam nicht exakt parallel zur Fahrzeug-Längsachse ausgerichtet; daher ist die Aufnahme der Schilderbrücke nicht so symmetrisch, wie im nebenstehenden konstruierten Beispiel (s.r.u.).

 

Die Schilderbrücke ist rechteckig ausgeführt; ihr Bild sieht aus großer Entfernung auch rechteckig aus. Aber aus geringem Abstand aufgenommen ergeben sich die typischen tonnenförmigen Verzeichnungen.

Diese logische Verzeichnung ist eine direkte Folge der stürzenden Linien, wenn diese nicht nur senkrecht, sondern auch waagrecht gesehen werden: denken wir uns eine breite Mauer mit senkrechten Stützbalken, davor die Kamera auf einem Stativ.

Wenn die Kamera mit einem 50mm-Normalobjektiv ausgerüstet ist, beträgt ihr Blickwinkel typischerweise ca. 46°, was dem normalen Sehen entspricht.

Zunächst sei die optische Achse der Kamera senkrecht zur Mauerfront (Blickwinkel 23° nach links und nach rechts). Dann ist die Mauerfront parallel zur Bildebene der Kamera mit der Folge, dass alle Frontstrukturen unverzerrt abgebildet werden. Insbesondere werden die Querkanten (Grund- und Oberkante) der Mauer waagrecht und somit parallel abgebildet. Und alle Stützen sind senkrecht und parallel zueinander.

Nun schwenken wir die Kamera um 30° nach links. Die Querkanten verlaufen nun schräg nach links hinten. Die Bilder der Querkanten verlaufen daher auf einen Fluchtpunkt links aussen zu und die Bilder der Stützen bleiben senkrecht, werden aber nach links immer kürzer.

Dann schwenken wir die Kamera um 60° nach rechts, so dass deren optische Achse wieder unter 30° zur Mauerfront steht. nun verlaufen die Querkanten nach rechts hinten; deren Bilder laufen daher auf einen Fluchtpunkt rechts aussen zu und die senkrechten Bilder der Stützen werden nach rechts immer kürzer.

Wenn wir jedesmal eine Aufnahme machen, erhalten wir drei Einzelbilder, die insgesamt einen Blickwinkel von 23°+30°+30°+23°=106° mit jeweils 16° Überlappung erfassen. Das entspricht bereits einer sehr starken Weitwinkelwirkung. Auf den äußeren Bildern B1 und B3 verlaufen die Querkanten der Mauer schräg zueinander, im mittleren Bild B2 verlaufen sie waagrecht/parallel.

Die drei Fotos eines Metallzauns (s.o.) verdeutlichen das Geschehen. Würde man anstelle der drei Fotos (je 4.000 × 2.248 px) eine einzige entsprechende Weitwinkelaufname gemacht haben, müsste sie ähnlich aussehen, wie das gestitchte Panorama (7.355 × 2.153 px; 123,1° × 40,5°; s.u.), weil die Zaunpfähle um so kleiner/kürzer erscheinen, je weiter weg sie vom Objektiv sind.

Das folgende Bild zeigt das gleiche Motiv, aufgenommen mit der 120°-Weitwinkel-Dash-Cam (1.920 × 1.080 px).


Panorama-Stitching

Analoge Fotos (chemische Abzüge) weisen immer eine Körnigkeit auf, sind also keineswegs analog sondern eher diskret aufgebaut. Allerdings sind die Körner nicht regelmäßig, sondern statistisch verteilt. Körnige Papierabzüge sind Kopien körniger Negative, es kommt ggf. zu einer Addition von Körnigkeit.

Digitale Fotos weisen immer eine Rasterung auf, die aus regelmäßig angeordneten Pixeln besteht. Bei der digitalen Bildverarbeitung bedeutet jede Umformung (Transformation) eines Bildes Rasterungsverluste beim "Remappen". Bei der Panoramaerstellung sind viele Transformationen pro Einzelfoto nötig; daher kommt es darauf an, für jedes einzelne Pixel alle nötigen Transformationen in einem "Rutsch" durchzuführen und dann das ganze Bild zu remappen.

Die im folgenden aufgezählten Schritte dienen daher lediglich dem Verstehen, sind programmiertechnisch aber anders gereiht.

1. Montage des virtuellen Panoramas (Stitching):
Die geeignet entzerrten Fotos müssen auf eine virtuelle "Montagefläche" projiziert und dort angeordnet werden. Dann müssen sie dort geeignet überblendet und farbangeglichen werden. Je nach Panoramaart kommen als Montagefläche Zylinder, Kugel oder Polyeder (speziell Würfel) in Frage; Projektionszentrum ist jeweils der Mittelpunkt. Denkbar ist auch eine Ebene als Montagefläche.

2. Erzeugung des realen Panoramas:
Mittels einer zweiten Projektion muss das virtuelle Panorama auf eine reale Fläche übertragen werden. Das kann für statische Darstellung (z.B. für den Druck) ein Zylinder sein, der zu einem (ebenen) Rechteck abgewickelt wird oder direkt ein ebenes Rechteck. Das kann für dynamische Darstellung (interaktiv, zum Betrachten am Bildschirm) ein System von Tiles sein, die mit einem Panoramaviewer betrachtet werden können.

Fotos entzerren (Objektiv- und Weitwinkelverzeichnungen entfernen).

Fotos auf eine interne (virtuelle) Fläche projizieren und dabei mit Hilfe von Kontrollpunkten anordnen.

Schnittränder festlegen und entlang der Schnitt­ränder überblenden.

Farben zwischen den Fotos ausgleichen.


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Links zur Panoramafotografie

Übersicht / Grundlagen  Tutorials  Tools  Panorama Viewer  Zubehör  Seiten / gewerblich 
Gigapixelfotografie  Bücher / Videos  Mathematik  Goole / Youtube  Foto-, Graphik-Formate 

Ich habe die Fülle an Links rund ums Thema grob zu rubrizieren versucht. Dabei stellt die Reihenfolge der Links keinerlei Wertung dar. Leider ist es mir nicht gelungen, eine schlüssige Verarbeitungskette von den Einzelfotos bis zum fertigen Panorama zu entdecken.

Übersicht / Grundlagen

https://de.wikipedia.org/wiki/Panoramabild   Erste Übersicht
http://de.wikipedia.org/wiki/Panoramafotografie   Einführung in die Panoramafotografie
https://en.wikipedia.org/wiki/Panoramic_photography   mit Historie
https://de.wikipedia.org/wiki/Stitching   Einführung in Stitching
https://de.wikipedia.org/wiki/Knotenpunkt_(Fotografie)   Physik der Nodalpunkte
https://de.wikipedia.org/wiki/Kugelpanorama   sphärische Panoramen
https://en.wikipedia.org/wiki/Image_stitching
http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_photo_stitching_applications   Vergleich von Stitching-Software

https://de.wikipedia.org/wiki/Paraxiale_Optik
https://de.wikipedia.org/wiki/Objektiv
https://de.wikipedia.org/wiki/Abbildungsfehler
https://de.wikipedia.org/wiki/Verzeichnung
https://de.wikipedia.org/wiki/Brennweite
https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtstärke
https://de.wikipedia.org/wiki/Bildwinkel
https://de.wikipedia.org/wiki/Schärfentiefe
https://de.wikipedia.org/wiki/Schärfe
https://de.wikipedia.org/wiki/Auflösung
https://de.wikipedia.org/wiki/Knotenpunkt_(Fotografie)   Nodalpunktadapter / Eintrittspupille / No-Parallax-Point
http://www.janrik.net/PanoPostings/NoParallaxPoint/TheoryOfTheNoParallaxPoint.pdf
https://de.wikipedia.org/wiki/Digitalfotografie

https://hohenauer.info/panoramen/   Theorie der Panoramen von Oliver Hohenauer
http://www.digital-nomad.de/mein-blog/2012/08/grundlagen-der-panoramafotografie.html
http://www.kleine-fotoschule.de/
      http://www.kleine-fotoschule.de/kameratechnik.html
http://www.software-saxony.de/..._media.pdf   Gigapixel-High-Performance-Photography


Tutorials

http://panoclub.de/hugin_tut/   Panoramen mit HUGIN
      http://panoclub.de/hugin_tut/spezial.html
      http://wiki.panotools.org/Main_Page
      https://de.wikipedia.org/wiki/Hugin (Software)
      http://www.heise.de/download/special-perfekte-foto-panoramen-150441.html
http://www.linux-community.de/.../Mit-Hugin-Panoramafotos-erstellen/(printView)/true

http://www.digitaler-fotokurs.de/index.html
      http://www.digitaler-fotokurs.de/Panorama-Fotografie.html
http://openbook.galileodesign.de/hdr_fotografie/hdr_06_003.htm
http://panorama.imageo.ch/index.html   Panorama-Fotografie
http://www.oopper.de/tech-panorama.php   Erstellen von Panorama-Aufnahmen von Oliver Opper
http://www.360x180.info/
http://www.berndmargotte.com/technical/panoramafotografie_de.html
http://www.fotokulisse.de/content/archiv/panoramafotografie-teil-1/
      http://www.fotokulisse.de/content/archiv/panoramafotografie-teil-2/
http://www.mopswerk.de/panoramakurs-1/
      http://www.mopswerk.de/panoramakurs-2/
      http://www.mopswerk.de/panoramakurs-3/
      http://www.mopswerk.de/panoramakurs-4/
      http://www.mopswerk.de/panoramakurs-5/
http://www.panoramaphotographie.com/
http://www.panphoto.de/
http://www.pixelrama.de/panorama/home/home-indexfx.html
http://www.pixelblick.de/germany/index.html   360° Panoramen
      http://www.pixelblick.de/ptviewer/ptviewer/ptviewer.html
http://www.tilmanbremer.de/...-teil-i-die-ausrustung-fur-die-panoramafotografie-im-selbstbau/
      http://www.tilmanbremer.de/...-panoramafotographie-teil-ii-perfekte-panoramen-open-source/
      http://www.tilmanbremer.de/...-panoramafotografie-teil-iii-perfekte-virtuelle-touren-open-source/
      http://www.tilmanbremer.de/...-panoramafotografie-teil-iv-anhang-haufig-gestellte-fragen/
http://www.digitalfoto-tipps.de/ebv/panoramafotos
http://www.secondpage.de/tutorials/mindstorms/vr2.html   Kleiner Einstieg in die Panoramafotografie
http://www.philohome.com/panorama.htm   Panoramic photography
http://www.stadtpanoramen.de/tipps/panoramafotografie.html
http://www.youtube.com/watch?v=FYJUNJhYiX0 Tutorial (Anfaenger) Panoramafotografie Teil 1
      https://www.youtube.com/watch?v=NDF0-LsjZL0 Tutorial (Anfaenger) Panoramafotografie Teil 2
https://www.fototv.de/kurs/panoramafotografie
http://openbook.rheinwerk-verlag.de/hdr_fotografie/hdr_06_003.htm#mj...
http://www.fotogruppe-lauda.de/wp-content/uploads/2015/04/Panorama1.pdf
http://www.kubische-panoramen.de/vrmanual/vr1.html
https://s3-eu-west-1.amazonaws.com/gxmedia.galileo-press.de/...hdr_panoramafotografie.pdf


Tools

http://webuser.hs-furtwangen.de/~dersch/ Panorama Tools von Prof. Helmut Dersch
      https://de.wikipedia.org/wiki/Panorama_Tools
http://hugin.sourceforge.net/   Homepage von Hugin
http://www.digitalkamera.de/Software/Hugin/2016.aspx   Open source software Hugin
http://www.kolor.com/autopano/   Autopano von Kolor
http://research.microsoft.com/en-us/um/redmond/projects/ice/   Microsoft Image Composite Editor (ICE)
      https://de.wikipedia.org/wiki/Image_Composite_Editor   Wikipedia-Artikel zum ICE
      http://www.digitalkamera.de/Fototipp/Panoramafotos_mit_dem_ICE_zusammenfuegen/...
http://matthewalunbrown.com/autostitch/autostitch.html   AutoStitch

http://www.medien-in-die-schule.de/...-panoramafotografie-mit-photosynth-photo-sphere/
http://artikel.de.softonic.com/google-camera-so-nutzen-sie-panorama-und-photo-sphere
https://www.turn-on.de/ratgeber/mit-dem-smartphone-per-photo-sphere-360-grad-bilder-machen-37194

https://de.wikipedia.org/wiki/Canon_Hacker_Development_Kit   Firmware "CHDK" für Canon-Kameras
      http://forum.chdk-treff.de/.../file.php?...   Handbuch fürs Canon-Hacker-Development-Kit
      http://www.chip.de/artikel/Canon-CHDK-Versteckte-Kamera-Funktionen-freischalten...
      http://mighty-hoernsche.de/   Downloadseite fürs CHDK

http://www.udeuschle.de/panoramas/makepanoramas.htm Erzeugt aus Geodaten Panoramen mit benannten
      Gipfeln von beliebigen Aussichtspunkten insbesondere in den Alpen, aber auch sonstwo auf der Nordhalbkugel und in
      Australien oder Neuseeland


Panorama-Viewer

http://krpano.com/   Krpano-Panorama-Viewer
https://rofrisch.wordpress.com/2012/05/26/panini-panoramaviewer/
      http://sourceforge.net/projects/pvqt/ Panini-Panorama-Viewer
https://de.wikipedia.org/wiki/QuickTime_VR   Apples Quicktime für virtuelle Realität
http://www.panorado.com/de/Home.php   Panorado-Bildbetrachter
http://wiki.panotools.org/Panorama_Viewers   Übersicht über Panorama Viewer
http://www.panoramas.dk/panorama/viewers.html   Übersicht über Panorama Viewer
https://pannellum.org/   A Lightweight Panorama Viewer for the Web

https://en.wikipedia.org/wiki/HD_View
http://research.microsoft.com/en-us/um/redmond/groups/ivm/HDView/   HD View von Microsoft
http://research.microsoft.com/en-us/um/redmond/groups/ivm/HDViewSL/   HD View für Silverlight von MS
http://research.microsoft.com/en-us/um/redmond/groups/IVM/HDView/HDInstall.htm   HD View Installer


Zubehör

http://pt4pano.com/de/products/kiss-nodalpunktadapter
https://www.novoflex.de/
      https://www.novoflex.com/de/produkte/panoramafotografie/
http://www.photospecialist.de/stative/panorama-zubehor
https://www.berlebach.de/?bereich=produkte&kategorie=26
http://www.dr-clauss.de/de/


Seiten / gewerblich

http://www.360pano.de/
http://www.panorama-fotografie.de/
http://360.schnurstracks.de/
https://s3.amazonaws.com/Gigapixel_Trees/Pumori_Spring2012_EBC_Full/EBC_Pumori_050112_8bit_FLAT.html
http://www.360-grad-panoramafotografie-hamburg.de/
http://panographer.de/
http://neunzehn72.de/panoramafotografie/
http://www.print-o-tec.de/panorama/
http://www.panorama-photography.com/
http://www.arounder.com/
http://project360.mammut.ch/de/#route/eiger/heckmair-route/78/map
http://www.kubische-panoramen.de/


Gigapixelfotografie

http://btlondon2012.co.uk/pano.html   London, 320 Gigapixel, berechnet aus 48.640 Bildern
      http://360gigapixels.com/london-320-gigapixel-panorama/   About this Gigapixel
      http://www.dr-clauss.de/de/aktuell/item/243-london-320   Weltrekord mit 320 Gigapixel
      https://www.youtube.com/watch?v=GQGVBRDSWo0...   Recording a 320 Gigapixel Image in London
      https://www.youtube.com/watch?v=1sJmvgOi94I&feature=youtu.be   320 Gigapixel London Panorama
http://hamburg-von-oben.de/   Hamburg, 297 Gigabyte aus 54.000 Fotos
http://www.koeln.de/gigapixel   Köln, 171.800 x 46.600 px
http://www.paris-26-gigapixels.com/index-en.html  Paris, 26 Gigapixel aus 2346 Fotos
http://www.computerbild.de/artikel/cb-Specials-Die-Zehn-spektakulaerste-Gigapixel-Bilder-7619315.html
http://www.techstext.com/top-10-highest-giga-pixel-images
http://www.in2white.com/   Panorama des Mont Blanc, 365 Gigapixel aus 70.000 Bildern
      https://www.youtube.com/watch?v=0gObgF...   Biggest panorama ever - Mont Blanc @365 Gigapixel
http://www.gigapanorama.com/GigaPanos/P006061/default.aspx   Panorama Schweizer Alpen, 31 Gigapixel
http://www.gigapixel360.de/index.html
      http://www.gigapixel360.de/stuttgart/   Stuttgart
http://w3bdsign.de/360/stadtbibliothek_stuttgart/   Stadtbücherei Stuttgart (Bücherwürfel)
http://www.360pano.de/megapixel-gigapixel-panorama.html
http://www.terapixel.eu/   Das größte Bild der Welt


Bücher / Videos

http://www.traumflieger.de/desktop/panorama/panobuch/index.php
https://www.video2brain.com/de/videotraining/praxistraining-fotografie-panorama
      https://www.video2brain.com/de/videos-56077.htm


Mathematik

http://research.microsoft.com/pubs/70092/tr-2004-92.pdf
      Image Alignment and Stitching: A Tutorial   ***
http://research.microsoft.com/pubs/75673/Szeliski-SG97.pdf
      Creating Full View Panoramic Image Mosaics and Environment Maps
http://research.microsoft.com/pubs/75614/ShumSzeliski-IJCV00.pdf
      Construction of panoramic mosaics with global and local alignment
http://research.microsoft.com/pubs/74507/Agarwala-SG06.pdf
      Photographing Long Scenes with Multi-Viewpoint Panoramas

https://www.youtube.com/watch?v=EJ8LG97jg9c   Helmut Dersch:
      Panorama Tools - Open Source Softw. for Immersive Imaging - IVRPA Berkeley 2007   ***
http://panoclub.de/hugin_tut/spezial.html   ***

https://de.wikipedia.org/wiki/Entzerrung_(Fotografie)
http://pi4.informatik.uni-mannheim.de/... Panoramabilder_und_Transformationen.pdf   ***
http://www.math.uni-bielefeld.de/~ringel/opus/panorama.pdf
      https://www.math.uni-bielefeld.de/~ringel/opus/panorama/text.htm
      http://www.mathematik.tu-dortmund.de/ieem/cms/media/BzMU/BzMU2007/Ringel.pdf
http://pt4pano.com/de/blog/experimentelle-mathematik
http://wwwmath.uni-muenster.de/num/Vorlesungen/VarBioMed_WS1213/skript/Kapitel_1_Einfuehrung.pdf
https://de.wikipedia.org/wiki/Stereografische_Projektion
http://analysis.math.uni-mannheim.de/lehre/fs09/.../Stereographische Projektion.pdf
http://e-collection.library.ethz.ch/eserv/eth:25629/eth-25629-05.pdf   Die stereografische Projektion
https://de.wikiversity.org/wiki/Kugeloberfläche/Stereographische_Projektion/...
http://mathworld.wolfram.com/CylindricalProjection.html
https://i3mainz.hs-mainz.de/sites/default/files/public/data/DGPF2011_KernPanorama.pdf
      Geometrische Qualität von aus Einzelphotos zusammengesetzten Panoramen
http://matthewalunbrown.com/... .pdf   Automatic Panoramic Image Stitching using Invariant Features
      http://matthewalunbrown.com/papers/iccv2003.pdf   Recognising Panoramas
http://www.progonos.com/furuti/MapProj/Normal/CartDef/MapDef/   Maps, Globes and Projections
      http://www.progonos.com/furuti/MapProj/Normal/TOC/cartTOC.html   Cartographical Map Projections
https://www.fim.uni-passau.de/fileadmin/files/forschung/mip-berichte/MIP-1211_neu_neu.pdf   Mathematische Methoden zum Zusammensetzen einzeln erfasster dreidimensionaler Punktwolken für eine hoch genaue Vermessung großer optischer Oberflächen
http://www.mathematik.tu-dortmund.de/lsiii/cms/papers/Roerich2012.pdf   Image Stitching mittels Optimal-Seam-Methoden und Poisson-Korrektur


Goole / Youtube

https://de.wikipedia.org/wiki/Google_Earth
      https://de.wikipedia.org/wiki/Keyhole_Markup_Language   Dateiformat von Google Erarth
https://de.wikipedia.org/wiki/Google_Maps
https://de.wikipedia.org/wiki/Google_Street_View
Googles Streetview-Panoramen-Herstellung
https://www.youtube.com/channel/UCzuqhhs6NWbgTzMuM09WKDQ   360°-Videos


Graphikformate

https://de.wikipedia.org/wiki/Grafikformat
https://de.wikipedia.org/wiki/Exchangeable_Image_File_Format   Exif-Daten
https://de.wikipedia.org/wiki/JPEG_File_Interchange_Format   JPG, JPEG
http://www.foto-schuhmacher.de/artikel/software/raw-und-jpeg.html   RAW und JPEG
https://de.wikipedia.org/wiki/Tagged_Image_File_Format   TIF, TIFF
https://de.wikipedia.org/wiki/Portable_Network_Graphics   PNG
https://de.wikipedia.org/wiki/Graphics_Interchange_Format   GIF
https://de.wikipedia.org/wiki/Windows_Bitmap   BMP
https://de.wikipedia.org/wiki/Lempel-Ziv-Welch-Algorithmus   LZW-Komprimierung
https://en.wikipedia.org/wiki/PackBits   Packbits-Komprimierung
https://de.wikipedia.org/wiki/Deflate   Deflate-Komprimierung
 



Verwendete Kameras:
Sony Cyber-Shot DSC-HX300 mit Zeiss-Vario-Sonnar-T f 2,8-6,3 / 4,3-215 mm (50x; 24 mm - 1.200 mm); 7,82 mm (1/2,3 Zoll) CMOS mit 20,4 Megapixeln
Canon Ixus 1100HS mit Canon-Zoom-Lens f 3,4-5,9 / 5,0-60 mm (12x; 28 mm - 336 mm); 7,7 mm (1/2,3 Zoll) CMOS mit 12,1 Megapixeln
Sony Xperia Z Smarphone mit (inzwischen) Android 5.1 (LollyPop); 5 mm (1/3.2 Zoll) CMOS mit 13,1 Megapixeln

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Dietrich Tilp  |  Flag Counter  |  08.2017