Stitching

Vorbemerkung

Wie Einzelbilder am Computer zu einem Panorama zusammengesetzt («gestitcht») werden, wird an dieser Stelle nicht näher erläutert. Hierzu gibt es mehrere umfassende und sehr gute Darstellungen (vgl. Kategorie «Tutorials» im Kapitel Links).



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Parallaxenfehler (Drehpunkt für den Panoramakopf)

Als Parallaxe bezeichnet man die scheinbare (relative) Veränderung der Position eines beobachteten Objekts bei Verschiebung der Beobachterposition.

Ein Beispiel:

Strecken Sie einen Arm waagrecht aus, Daumen nach oben. Schliessen Sie ein Auge. Betrachten Sie nun einen etwas weiter entfernten Gegenstand, während Sie langsam den Kopf nach links und rechts drehen (ohne den Oberkörper mitzudrehen). Bei einer Linksdrehung des Kopfs scheint sich der (stationäre) Daumen in Bezug auf den fixierten Gegenstand nach rechts zu bewegen und umgekehrt. Je näher ihr Daumen beim Auge ist bzw. je weiter der beobachtete Gegenstand entfernt ist, desto grösser ist die jeweilige relative Verschiebung.

 

Achten Sie beim neben stehenden Bild auf die relative Position des Bleistifts im Vordergrund zur Dachrinne des Hauses im Hintergrund.

In der oberen Bildreihe dreht sich die Kamera um einen Punkt, der sich irgendwo zwischen dem Drehpunkt und dem Bleistift befindet.

In der unteren Bildreihe dreht sich die Kamera um den korrekten Drehpunkt: Die Spitze des Bleistifts bedeckt in jeder Kameraausrichtung die Dachrinne.

Dieser Effekt hilft uns beim Einschätzen von Distanzen («Stereo-Sehen»). Ab etwa 30 Meter ist dieser Effekt nicht mehr sehr stark wahrnehmbar, weshalb wir beim Betrachten eines Monumentalpanorames aus dem 19. Jahrhundert, das einen solchen Radius aufweisen kann, nicht das Gefühl haben, «dass etwas nicht stimme» - wir fühlen uns «mitten im Bild».

Sollen mehrere Bilder zu einem Panorama zusammengesetzt werden, so führen Parallaxenfehler dazu, dass gewisse Bildbereiche auf dem zusammengesetzten endgültigen Panoramabild nicht übereinstimmen. Es entstehen «geisterhafte» Artefakte.

Parallaxenfehler lassen sich durch die Stitching-Software nicht beheben, höchstens «vertuschen». Entsprechende Regionen können - wenn sie eher klein sind - im resultierenden Panorama manuell oder automatisch retouchiert werden.

Damit Parallaxenfehler vermieden werden, muss beim Aufnehmen der Einzelbilder darauf geachtet werden, dass die Kamera um einen bestimmten Drehpunkt geschwenkt wird (Stichworte: Drehpunkt, pivot point, no-parallax point, NPP, entrance pupil, center of perspective; fälschlicherweise auch: Nodalpunkt, nodal point, Knotenpunkt).

Dies ist beispielsweise wichtig, falls Sie selbst einen Panoramakopf bauen möchten. Das Thema ist jedoch in seiner theoretischen Grundlage eher schwierig zu verstehen (und viele Beiträge dazu sind eher verwirrend, manchmal gar falsch).

Wer wissen möchte, wo sich der Drehpunkt eines bestimmten Kamera-Linsen-Systems befindet (z.B. weil er selber einen Panoramakopf herstellen will), dem sei der Beitrag von Norbert Grabs im Traumflieger-Forum empfohlen. Sind die Masse erst einmal bekannt, kann basierend darauf ein einfacher, aus wenigen Teilen bestehender, stabiler Panoramakopf entworfen und gebaut werden.

Weitere interessante Informationen, was passiert, wenn Licht durch ein Linsensystem auf ein Aufnahmemedium fällt, finden Sie in H. Nasse (Zeiss), Schärfentiefe und Bokeh, März 2010 (PDF, 45 S., 1.7 MB) - unter anderem auch mit Ausführungen zur Eintrittspupille.



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Störungsmuster (Moiré-/Treppen-Effekt)

Der so genannte Moiré-Effekt tritt auf, wenn verschiedene «Gitter» (Raster) übereinander gelegt werden.

Er kann beispielsweise auftreten beim Fotografieren (Raster des Sensors), beim Scannen (Raster des Sensors), beim Betrachten von am Bildschirm (Raster der Bildschirmpixel) oder beim Interpolieren (Ändern der Grösse) eines Bildes (Rundungsfehler).

Ist das Bild bewegt (z.B. Panorama mit Autorotation) führt dies zu einem störenden Bildflackern (engl. jitter). Je nach verwendetem Viewer fällt dieser Effekt unterschiedlich stark aus. Wenn Sie auf nebenstehendes Gitterbild klicken, öffnet sich eine animierte *.GIF-Grafik, die den Effekt zeigt. Ziehen Sie die rechte untere Ecke des Fensters so, dass das Fenster kleiner wird - nun sehen Sie noch den zusätzlichen «Verschlimmerungseffekt» durch die Grössenänderung.

Auch der «Treppeneffekt» (vergleiche die erste schräge Linie, unten) führt zu einem flackernden bewegten Bild. Dieser Effekt kann durch Kantenglättung (so genanntes Anti-Aliasing) vermindert werden (vergleiche die zweite Linie, unten). Die Pixel im Kantenbereich werden dabei farblich den benachbarten Bildpunkten angepasst. Dadurch erscheinen die Kanten weicher (unter Umständen jedoch die ganze Linie breiter).

   

Bei Panoramen ist dies insbesondere bei geraden Linien ein Problem, beispielsweise bei Gebäuden. Vermieden werden können die Effekte durch sparsame Verwendung von Interpolationen (Grössenänderungen nur soweit notwendig), Einsatz der angemessenen Interpolatoren (dazu sogleich mehr) und gezieltem Einsatz von Schärfe- bzw. Unschärfe-Filter bei der Bildbearbeitung.

Auch die Grösse des QuickTime-Fensters bzw. der einzelnen Cube-Teile sollte möglichst an die Ausgabegrösse angepasst werden, da auch hier ansonsten die genannten Effekte in starkem Mass auftreten können.

Falls ein fertiges 360°-Panorama verkleinert werden soll, bitte nicht mittels Photoshops Grössenänderungsfunktion sondern mittels PanoramaTools-Plugin («Adjust», sinc256). Ansonsten entsteht an der Nahtstelle (= Aussenkante des Bildes) ein Bildfehler, der in einigen Viewern ziemlich hässlich «flackert».

Die verschiedenen Interpolations- bzw. Anti-Aliasing-Methoden von PanoTools sind:

Weitere Links zu diesem Thema:



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Bewegte Objekte

Bewegte Objekte (fahrende Autos, gehende Personen, im Wind wiegende Blätter etc.), die sich nicht im Überlappungsbereich der Einzelbilder befinden, sind in Bezug auf das Stitching unproblematisch, soweit keine Kontrollpunkte in solchen «Problemzonen» (Baumkronen, Wasserflächen etc.) gesetzt werden. Allenfalls resultieren bei längeren Belichtungszeiten Bewegungsunschärfe.

Solche im Überlappungsbereich der einzelnen Bilder können zu ählichen Artefakten führen wie Parallexefehler (im Gegensatz dazu können sie ohne Weiteres - jedenfalls sofern sie sich ausschliesslich im Überlappungsbereich befinden - durch Ausschneiden entfernt werden). Automatisch entfernen solche Artefakte Hilfsprogramme der Stitching-Software wie beispielsweise Smartblend.

In den übrigen Fällen hilft wiederum nur noch Retouche.

Es kann nun aber auch sein, dass Sie Bewegung/Zeitlauf in Ihrem Panorama zeigen möchten. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten:

Ein Grenzfall der Panorama-«Fotografie» sind 360°-Videos. Der Vollständigkeit halber aber auch hier einige Links: Um aus einzelnen Panoramabildern einen Film zu machen (so dass zwar kein Panorama mehr übrig bleibt, jedoch schon ein - fiktiver - Zeitlauf), können diese Links behilflich sein (so können Sie Ihre Panoramen beispielsweise mittels DVD-Player am Fernseher betrachten):



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Fehlerhafte Auswahl der Kontrollpunkte

Werden die Kontrollpunkte nicht sorgfältig ausgewählt, werden die Einzelbilder falsch ver- bzw. entzerrt. Eine gewisse Fehlertoleranz kann durch geschicktes Ausschneiden an den Kanten der Einzelbilder erreicht werden. Bei grösseren Fehlern müssen die Kontrollpunkt neu ausgewählt (bzw. die falschen gelöscht) werden. Möglichst viele Kontrollpunkte bedeuten übrigens nicht ein zwingend ein optimales Resultat. Wenn die relevanten Parameter des Aufnahmesystems (FOV, Verzerrungsparameter, yaw, pitch, roll etc.) genau bestimmt worden sind, führen wenige Kontrollpunkte zu sehr guten Ergebnissen.

Bei der Verwendung von PTGui, Autopano, Autopano Pro, Autopano-SIFT und ähnlicher Software, die Kontrollpunkte automatisch generiert, ist die Fehlerquote allerdings vernachlässigbar klein. Einzig bei monochromen Flächen oder grossen Hell-Dunkel-Unterschieden haben diese «automatische Kontrollpunkt-Finder» Mühe, Referenzpunkte zu finden. Für PTGui gibts übrigens das Programm APClean, das falsch generierte Kontrollpunkte aufgrund statistischer Analyse entfernt. Eine Aufnahme eines vergleichbaren Produkts in das PTGui-Programm ist in Planung, vgl. PanoToolsNG-Beitrag #394.



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Mangelnder Weissabgleich (Farbtemperatur)

Vor allem billigere Digitalkameras verfügen bezüglich Weissabgleich nicht gerade über viele Möglichkeiten. Ohne Weissabgleich ist es nur sehr schwer möglich, die Farben der Einzelbilder aufeinander abzugleichen. Eine softwaremässige Lösung dieses Problems (das übrigens auch bei einem korrekten Weissabgleich besteht) bietet beispielsweise (neben den Möglichkeiten von PanoTools und weiterer Stitcher-Software) das Plug-In «Metrix» der PSI PhotoSynthesis,Inc. oder die OpenSource-Software «Enblend» oder «Smartblend».



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Falsche Belichtung

Es ist wichtig, dass die Blendenöffnung während dem Rotieren der Kamera konstant ist (bzw. zwischen den Einzelbildern nicht zu stark variiert). Da die automatische Belichtungsmessung versucht abzublenden, wenn die Kamera in Richtung Sonne gedreht wird, muss die Blendenöffnung arretiert werden (was nicht bei allen Digitalkameras möglich ist). Für die Verarbeitung der (leicht) verschieden belichteten Einzelbilder kann sinngemäss auf das unter «Farbabgleich» Gesagte verwiesen werden. Stark unterschiedliche Belichtungen können meist nicht mehr korrigiert werden.

Probleme können beispielsweise stark unterschiedliche Lichtverhältnisse innerhalb von Räumen (z.B. Fenster/Inneneinrichtung) darstellen. Eine Möglichkeit besteht darin, mehrere Bilder mit unterschiedlicher Blendenöffnung aufzunehmen (Bracketing). Diese können dann entweder manuell übereinander geblendet werden (tone mapping) oder mittels spezieller Software zu HDR-Bildern (High Dynamic Range Images, HDRI) zusammengefügt. HDRI werden an dieser Stelle nicht eingehender behandelt (siehe aber die entsprechenden Links, weiter unten).

Auch die so genannte Vignettierung der Einzelbilder (Lichtabfall zu den Bildecken hin) kann zu Farbproblemen führen. Dieser Effekt tritt bei Weitwinkelobjektiven (insbesondere Fischaugen-Objektive) verstärkt auf. An den Schnittstellen der einzelnen Fotos wird diese Vignettierung nun sichtbar, besonders gut in monochromen Flächen wie dem blauen Himmel.

Auch wenn die Vignettierung erst beim Stitchen mittels «Enblend» oder «Smartblend» (zumindest teilweise) entfernt werden kann, empfiehlt es sich, bereits die einzelnen Fotos zu bearbeiten. Dies kann bei der Umwandlung der RAW-Bilder mittels Photoshop-Filter geschehen. Auch die PanoramaTools (Adjust-Plugin) und PTLens sowie DxO Optics Pro bieten diese Möglichkeit. Weitere Hintergrundinformationen und Tutorials finden Sie weiter unten, unter den «Links».

Weiter können beim direkten Fotografieren von Lichtquellen geisterhafte Artefakte (engl.: lens flares) auftauchen, die ungewollte Spiegelungen (z.B. zwischen den einzelnen Linsen des Objektivs oder bei Kratzern). Je näher sich die Lichtquelle bei der Bildmitte befindet, desto kleiner ist dieser Effekt meist. Bei der Aufnahme von Bildern, in denen die Sonne sichtbar ist (bei Kugelpanoramen ist dies immer dann der Fall, wenn sich die Kamera nicht im Schatten befindet), sollte dies berücksichtigt werden. Entweder werden die Artefakte weggretouchiert, die Sonne während der Aufnahme abgedeckt oder - als besonderer Blickfang - im Bild belassen.



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Schatten

Probleme können auch die Schatten des Fotografierenden und/oder des Stativs bereiten. Dies insbesondere, wenn der Schattenwurf im Endbild nicht sichtbar sein soll. Der Schatten des (sich bewegenden) Fotografen kann zudem zu Problemen führen, die oben, unter «bewegte Objekte», beschrieben wurden.

Schattenzonen können nicht einfach aufgehellt werden, damit sie sich ins übrige Bild einpassen. Schattenbereiche unterscheiden sich zusätzlich in ihrer Farbe von ausgeleuchteten Zonen. Sofern nicht mit der HDR-Technik aufgenommen, gehen in Schattenzonen auch Bilddetails verloren.

Bei zusätzlicher Beleuchtung, die mit der Kamera geschwenkt wird (z.B. für das gleichmässigere Ausleuchten von Innenräumen), scheint ein Objekt Schatten in verschiedene Richtungen zu werfen. Insbesondere bei wenigen Teilaufnahmen (d.h. grossem Drehwinkel) erscheinen diese Schatten nicht «strahlenförmig» (so dass auf eine punktförmige Lichtquelle im Drehpunkt geschlossen werden könnte) sondern wie eine entsprechende Anzahl Scheinwerfer, die radial um diesen Knotenpunkt angeordnet sind. Eine derartige Beleuchtung scheint zumindest ungewohnt.

Eine kreative Lösung, wie mit einem Blitz das ganze Bildfeld abgedeckt werden kann, findet sich auf der Seite von iSiteMedia. Weiter bieten kommerzielle Lösungen für dieses Problem an:

Unerwünschte Schatten müssen mittels Retouche im Bildbearbeitungsprogramm entfernt werden. Vergleiche dazu beispielsweise das Tutorial «Shadow Removal on Panoramic Photography» von Inertia LLC.



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