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  Kugelpanorama des Altarraums im Thomaszentrum Kugelpanorama des Altarraums in der Apostelkirche Kugelpanorama des Altarraums im Hustadtzentrum

Die Altarräume unserer drei Gemeindezentren kann man virtuell betreten.
Zum Aktivieren eines Kugelpanoramas bitte auf den entsprechenden Kreis klicken.

 

 

Kugelpanoramen

Bei einem Kugelpanorama handelt es sich um ein aus Einzelaufnahmen geschickt zusammengesetztes und gezerrtes Bild, welches mithilfe geeigneter SW einen virtuellen Blick in alle Richtungen erlaubt. Dabei wird das Bild im Rechner zu einer Kugel geformt, in dessen Mittelpunkt der Betrachter steht. Die Erstellung und die Wiedergebe solcher Bilder ist erst mithilfe von elektronischer Bildverarbeitung mit vertretbarem Aufwand möglich geworden und erweitert damit die klassische Fotografie ganz erheblich. Der folgende Abschnitt gibt einen kleinen Überblick über den Entstehungsprozeß solcher Kugelpanoramen und die verwendeten Technik. Als weitergehende Literatur ist zu empfehlen:
http://www.panoclub.de/
http://hugin.sourceforge.net/tutorials/overview/en.shtml
http://www.pixelblick.de/ptviewer/ptviewer/ptviewer.html

 

1. Aufnahme

Um ein Kugelpanorama zu erstellen, benötigt man eine genügend große Anzahl von Einzelaufnahmen, die den vollen Sichtbereich abdecken. Also 360° in Azimuth und 180° in der Höhe. Es liegt nahe, dass daher Weitwinkel- Ultraweitwinkel- und Fisheye-Objektive bevorzugt Verwendung finden. Die Anzahl der benötigten Bilder und so letztendlich der Bearbeitungsaufwand wird damit minimiert. Es gibt Objektive, die einen Bildwinkel von 180 Grad und mehr abbilden können. Nikon hat in der Entwicklung solcher Objektive eine lange Tradition. Bereits 1960 wurde ein solches Objektiv angeboten. Der wohl extremste je gebaute Vertreter dieses Objektivtyps ist das Nikkor-Fisheye 6/2,8 aus den frühen 70ern (siehe Bild). Es hat einen Bildwinkel von 220 Grad, 12 Linsen in 9 Gruppen, ein Gewicht von 5,2 kg und kostet ca. 9000 Euro. Es ist seinerzeit für Innenaufnahmen von Rohrleitungen entwickelt worden. Heute wird diese Aufgabe mit Robotern mit beweglichen Minioptiken gemacht. Die Zeit solcher Extremoptiken ist vorbei. Fisheye-Objektive (auch die kleineren) sind einige Jahrzente fast in Vergessenheit geraten und wurden nur für Effekt- und Spezialaufnahmen verwendet. Heute erleben sie eine Renaissance in der Panoramafotografie, was sich in steigenden Preisen zeigt. 

Peleng 3,5/8 mm (zirkulares Fisheye)

Rein theoretisch würden zwei Bilder mit solchen Fisheye-Objektiven ausreichen um ein Kugelbild zu erzeugen. Dies ist jedoch in der Praxis nicht realistisch, da zum einen der reale Bildwinkel bei Digitalkameras aufgrund des im Vergleich zum Kleinbildformat kleineren Bildsensors kleiner ist, und zum anderen die Bildfehler am Bildrand so stark sein können, dass sie nicht mehr rechnerisch kompensierbar sind.  Für Amateure erschwinglich und in bei diesen Aufnahmen verwendet worden sind Fisheyobjektive vom Typ Peleng 3,5/8 mm und Zenitar 2,8/16 mm. Das Peling hat einen Bildwinkel (KB) von 180 Grad in alle Richtungen (zirkulares Fisheye), das Zenitar hat diesen Bildwinkel nur in der Bilddiagonale bei Kleinbild (Vollformat-Fisheye). Bei den verwendeten Canon EOS 300-Kameras verkleinert sich der Bildwinkel auf ca. 114 Grad.

Zenitar 2,8/16 mm (Vollformat-Fisheye)

Um die Bilder zusammensetzen zu können, müssen die Einzelbilder überlappen. Identische Bildelemente müssen also auf mehreren aneinander liegenden Einzelbildern zu sehen sein. In der Praxis bedeutet dies, dass mit dem Peleng-Objektiv 6 Aufnahmen in Azimuthaler Richtung (60 ° Schritte) und je ein Zenith- und ein Nadirbild gemacht worden sind. Besonders kritisch sind die beiden letzten Bilder, da Reflexe durch Strahler an der Decke entstehen und bei dem Bild nach unten (Nadirbild) weder störende Schatten und Stativbeine zu sehen sein sollten. Fisheye-Objektive sind besonders anfällig gegenüber Reflexen. Die Montage des Stativs ist nicht ganz einfach. Bei den hier gezeigten Aufnahmen wurde das Stativ auf ein Gestell (z.B. Gesangbuchwagen) gelegt und die Kamera nach unten positioniert. Zum Vergleich: Verwendet man ein Weitwinkelobjektiv mit 17 mm Brennweite, so werden 38 Einzelbilder benötigt.

Canon EOS 300D mit Zenitar 2,8/16 mm,

Neben Blende und Belichtungszeit müssen alle Automatikfunktionen der Kamera festgehalten werden, um Helligkeits- und Farbschattierungen zwischen den Einzelbildern zu vermeiden. Dazu zählt beispielsweise auch der automatische Weißabgleich. Vergessen werden dürfen nicht mögliche automatische Bearbeitungsschritte im PC. Die Vignettierung, also die Randabschattung eines Objektives kann sich ebenfalls störend auswirken und muß ggf. mit Probeaufnahmen bestimmt werden. Die Vignettierung läßt sich später in einem vorverarbeitungsschritt herausrechnen. Unvermeidlicher Nebeneffekt der konstanten Belichtung über das volle Bildfeld ist die mögliche Überbelichtung heller Bildteile bei gleichzeitiger Unterbelichtung der dunklen Bildpartien.
 Bei der Drehung der Kamera ist zu beachten, dass der Drehpunkt im Nodal- oder Knotenpunkt liegt. Dies ist der Punkt bei dem der Parallaxeneffekt während der Drehung verschwindet. Ein nah gelegenes Objekt soll also bei der Drehung nicht vor einem weit entfernt liegenden Objekt herwandern. Dieser Nodalpunkt ist vor der Aufnahme durch hin- und herdrehen zu bestimmen. Er liegt in der Regel am vorderen Ende des Objektivs. Es bedeutet, dass die Kamera selber hinter dem Drehpunkt liegt. Zur besseren Kontrolle wurden auf dem Stativ Panoramaköpfe verwendet, welche die Justierung mittels Schlitten in zwei oder drei Raumrichtungen erlauben (Bild). Soll die Kamera auch in Deklination in mehreren Schritten gekippt werden, so benötigt man entweder einen noch aufwendigeren Panoramakopf, oder greift zum Selbstbau. Auf dem gezeigten Bild eine selbst gebaute Hilfsplatte auf dem Panoramakopf zu sehen. Die beiden Fotografen EF und JH haben zwei unterschiedliche auf dem Markt befindliche Köpfe benutzt:
1) Mafrotto MA 303
2) Novoflex VR-System
 Während der Manfrotto-Kopf eine einstellbare Winkelrastung besitzt, zeichnet sich das Novoflex-System durch präzisere Schlitten und universeller verwendbare Einzelkomponenten aus.

 

2. Bearbeiten und Zusammenfügen

 Die Bilder werden am PC vorverabreite und zusammengesetzt. Ein Standardbildbearbeitsprogramm und spezielle Panorama-SW werden benötigt. Die gezeigten Bilder sind mit der Hugin-Oberfläche und den damit verbundenen Programmteilen gemacht worden.

 Zur späteren Erleichterung der Kontrollpunktsuche empfiehlt sich, die Bilder aufrecht zu drehen. An dieser Stelle kann jetzt die Vignettierung herausgerechnet werden. Achtung: Alle Teilbilder gleich behandeln!

 Die Teilbilder werden in Hugin geladen. Die Erfahrung zeigt, dass man zunächst mit den Azimutalaufnahmen beginnt und zum Schluß das Zenith- und Nadirbild einfügt. Im ersten Schritt werden im Hugin-Tool Drehung, Neigung und Rollwinkel für jedes Bild voreingesellt. Durch den Einsatz des Panoramakopfes stimmen die Startwerte gut mit den später errechneten optimalen Werten überein.

 Als nächstes werden die Kamera- und Objektivdaten eingegeben. Es reicht aus, den Objektivtyp (z.B. "Fischauge kreisförmig"), die Brennweite und den Beschnittfaktor einzugeben. Mittels eines Tools lassen sich die Bilder kreisförmig beschneiden, um störende Randeffekte zu eliminieren.

 

 

 Jezt kommt der aufwendigste Teil der Prozedur: Damit der Algorithmus die bilder zusammenfügen kann, müssen sogenannte "Kontrollpunkte" definiert werden. Bei einem Kontrollpunkt handelt es sich eigentlich um ein Punktepaar. Ein Kontrollpunkt ist ein Bildelement, welches auf zwei benachbarten Bildern zu sehen ist. Das Programm errechnet anhand der definierten Kontrollpunkte das zusammengefügte Bild. Das definieren der kontrollpunkte von Hand ist sehr aufwendig, da pro Bildpaar ca. 5 Kontrollpunkte benötigt werden. Hat man beispielsweise 6 Azimutbilder ein Zenith- und ein Nadirbild, so sind das 3 mal 6 = 18 Bildüberlappunsgebiete. In jedem Gebiet werden 5 Kontrollpunkt(-paare) benötigt. Das sind 90 Kontrollpunkte. - Zum Vergleich: Es werden bei 38 Einzelaufnahmen 420 Kontrollpunkte benötigt. - Das Bild rechts zeigt einen Screenshot aus dem Kichenforumsbild Die Serie ist mit dem Peleng-Objektiv gemacht worden. Zu sehen ist das Überlappungsgebiet der Teilbilder 4 und 5 und 5 definierten Kontrollpunkten.

 Bei Aufnahmen mit Weitwinkelobjektiven oder Vollformatfisheyeobjektiven können die Kontrollpunkte recht gut automatisch gefunden werden. Es gibt dazu spezielle Programmteile, die mit dem Hugin-Tool gesteuert werden können. Bei den zirkularen Fisheyeaufnahmen funktioniert das leider nicht gut. Daher müssen die Punkte von Hand definiert werden. Bei der Auswahl achte man auf eine gleichmäßige Verteilung über den gesamten Überlappunksbereich.

 Sind alle Einstellungen und Definitionen abgeschlossen, kann das Programm beginnen, die Bilder aufeinanderzulegen und auf die virtuelle Kugelfläche zu projezieren. Durch geziehlte manipulation der Parameter läßt sich das Ergebnis beeinflussen. Einzelheiten sind in der Hugin-Anleitung erläutert und würden den Rahmen dieses Artikels sprengen. Als Gütemaß dienen der durchschnittliche Kontrollpunktabstand (< 2) und die Standardabweichung (< 5). In vielen Iterationsschritten und durch geschickte Parametermanipulation kann das Ergebnis optimiert werden.

 Die Voransicht ermöglicht die visuell Beurteilung. Es ist darauf zu achten, dass der Horizont waagerecht liegt, keine Löcher auftreten und keine Kanten zu sehen sind. Auf dem hier gezeigten Bild sind das Zenithbild und das Nadirbild schon eingefügt. Man erkennt links unten die Füße der beiden Fotografen und ein Stativbein. An dieser Stelle bleibt das unberücksichtigt. Sind die Kontrollpunktdaten ausreichend gut und die Vorschau zufriedenstellend, kann das Programm die eigentliche Rechnung machen. Je nach Computerleistung und Datenmenge beträgt die Rechenzeit mehrere Minuten. Immerhin werden Datenmengen von mehreren hundert Megabyte an dieser Stelle bearbeitet.

 

 Das fertige Bild solle nicht als Einzelbild abgespeichert werden, sondern als Serie von Einzelbilder (tif-Format) zwecks Weiterverabeitung in einem Standardbildbearbeitungsprogramm.  Alle Teilbilder werden in einzelne Ebenen geladen. Mittels Ebenenmasken lassen sich  Bildteile selektieren. Unerwünschte bildteile (z.B. die erwähnten Fotografenfüße lassen sich so ausblenden. Im linken Bild sind exemplarisch das mittlere Bild, ein Bild aus der azimutalen Drehung und das Nadirbild zu sehen. Mit den üblichen Bildbearbeitungsmitteln lassen sich die Kanten reduzieren und Fehlstellen ausbessern. Störende Reflexe werden an dieser Stelle weggestempelt.

 

 

 Sind alle Teilbilder bearbeitet, werden alle Ebenen zu einem einzelnen Bild zusammengefügt. An dieser Stelle und beim Abspeichern läßt sich die Datenmenge ganz erheblich reduzieren. Eine neue Bildskalierung (ca. 3000 Pixel Breite) ist zu empfehlen. Das fertige Bild wird im jpg-Format gespeichert mit einer Kompression, die die Filegröße auf unter 1 MB bringt. Das Resultat sieht dann wie das untere linke Bild aus.

 

 

 

3. Darstellung im Web

 Doch wie läßt sich das Bild im Netz ansehen? Es gibt spezielle Panoramabildviewer, für eine Darstellung am eigenen PC (nicht im Netz). Um die Bilder im Netz anzeigen zu lassen, kann man das Java-Skript von Helmut Dersch benutzen. Es ermöglicht mit einfachen Mitteln die Steuerung des Bildes. Nähere Informationen und die Gebrauchsanleitung sind auf seinen Seiten nachzulesen. Die zu grunde liegende Apletgröße beträgt ca. 400 kB.

 Kugelpanoramabilder sind aufwendig in der Herstellung. Der besondere Reiz liegt aber in der Möglichkeit verborgen, einen Rundumblick zu geniessen, ohne dabei ein großes, stark verzerrtes Bild ansehen zu müssen. Das mathemematische Problem, eine Kugeloberfläche verzerrungsfrei in eine Ebene abzubilden, wird mit dieser virtuellen Darstellungsweise auf geniale Weise umgangen