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Ausrichtung eines (360-Grad) Panoramas

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Zum Abarbeiten dieses Tutorials benötigen Sie PTGui, Hugin oder eine andere Panotools-basierende Software. Dieses Tutorial wurde mit Hilfe der aktuellen Version von PTGui (Ver. 6) geschrieben.

Egal, welche Software Sie einsetzen, der grundlegende Vorgang bleibt der Selbe. Auch die Oberfläche von PTGui und Hugin funktioniert grundsätzlich ähnlich. Wichtig ist nur das Verständnis der vom "Panorama Tools Optimizer" (PToptimizer) zur Verfügung gestellten Kontrollpunkt-Typen: t0 (default), t1 (vertical) und t2 (horizontal)

Der Lösungsansatz: Vertikale Kontrollpunkte

Warum vertikale Kontrollpunkte?

Dienen die normalen ("t0") Kontrollpunkte zum korrekten Verbinden der Einzelbilder, so sind die beiden anderen Typen t1 und t2 zum Ausrichten des Panoramas gedacht. Davon ist aber nur ein Typ problemlos einsetzbar, nämlich der vertikale. Horizontale Kontrollpunkte beschränken sich - ausser bei der rechtwinkeligen ("rectlinear") Projektionen - auf die Definition der Horizontlinie!

  • Zum Verständnis: Objektivtyp und Ausgabeprojektion

    Die Definition von Kontrollpunkten erfolgt immer hinsichtlich der Ausgabeprojektion.
    Der Objektivtyp ist unsere Eingabeprojektion. Im einfachsten Fall arbeiten wir mit einer klassischen linear abbildenden Linse. Das muß jedoch nicht immer der Fall sein:
     

    Objektivtyp:
    circular abbildendes Fisheye (8 mm)
    Ausgabeprojektion
    (korrigiert)
    "rectlinear":
    Bemerkung: horizontaler und vertikaler Blickwinkel auf 120° beschränkt
    "cylindrical":
    Bemerkung: Vertikaler Blickwinkel auf 120° beschränkt
    "equirectangular":


    Wie wir in obigem Beispiel erkennen können, sind gerade Linien in den wenigsten Fällen auch wirklich gerade abgebildet. Nur die Vertikalen sind immer gerade, weshalb wir uns auf diese als "kleinsten gemeinsamen Nenner" beschränken.
     

  • Die Praxis: Setzen der Kontrollpunkte

    Das Setzen "normaler" Kontrollpunkte dürfte dem Leser hinreichend bekannt sein: Man markiert in zwei (sich überlappenden) Bildern die gleichen Punkte. Der Optimizer versucht dann, diese Kontrollpunkte so nahe aneinanderzuziehen bis die Summe der Distanzen möglichst gering ist.
    Das Setzen einer Linie unterscheidet sich: Man markiert nicht zwei überlappende Bilder, sondern benutzt das selbe Bild. Weiters wird nicht der gleiche Punkt markiert sondern eine in dem Bild vorkommende Linie.

    Diese Linie würde aber nur das Bild, in dem es gesetzt ist drehen. Wir müssen jedoch das Quellbild in Y-Richtung verschieben, damit unser Horizont sich in der richtigen Höhe befindet.
    Aus diesem Grund definieren wir mehrere vertikale Linien - am besten eine in jedem Quellbild. Dadurch werden nicht nur alle Bilder ins Lot gebracht - aus mathematischen bzw. geometrischen Gründen ergibt sich dadurch auch die korrekte Y-Verschiebung und damit Horizontlinie des Panoramas.

    Wir werden das nun an einem praktischen Beispiel erproben. Wie immer können Sie die Quellbilder hier herunterladen und selbst damit experimentieren.
    Wer noch keine grundlegende Erfahrun mit dem Erstellen eines Panoramas hat, sollte zuerst die Anleitung über die Erstellung von 360°-Panoramen durchgehen. Wir setzen hier an dem Punkt an, bei dem bereits die Quellbilder geladen und alle benötigten normalen Kontrollpunkte gesetzt und optimiert sind:


    (In diesem Beispiel habe ich den Horizontfehler etwas betont - PTGui ist nämlich inzwischen schon sehr gut im automatischen Ausrichten...)

    Bevor wir nun mit dem Setzen der vertikalen "t1"-Kontrollpunkte beginnen, möchte ich noch auf eine Besonderheit dieses Panoramas hinweisen: Auch wenn es auf den ersten Blick so scheint - nicht alle vertikal erscheinenden Linien sind tatsächlich vertikale Linien. Die Aussenwände des U-Bahn-Wagens sind schräg. Dennoch - selbst leicht schräge Linien sind in der Praxis besser als gar keine Vertikalen.

    Ich vergleiche die Funktion von Kontrollpunkten gerne mit einer "Hebelwirkung": Beim Optimieren werden alle Kontrollpunkte so lange positioniert bis die Summe der Abstände möglichst gering ist. Diese einfache Regel kann man sich zunutze machen, indem man in wichtigen Bildteilen viele Kontrollpunkte setzt - oder im Fall von Vertikalen: Die Kontrollpunkte dort näher aneinanderrückt, wo man sich nicht sicher ist - und weiter auseinandersetzt, wo man die Vertikale als gesichert annehmen kann.

    Beginnen wir also mit dem Setzen der vertikalen Kontrollpunkte: Bringen Sie in beiden "Control Point"-Fenstern das selbe Bild zur Ansicht. Sie werden bemerken, daß PTGui den Kontrollpunkt-Typ dabei automatisch auf "t1" (vertical Line) setzt:

    Als vertikale Linie bietet sich die Haltestange gleich in der Bildmitte an. Wir können davon ausgehen, daß die U-Bahn-Konstrukteure diese gerade in den Wagen eingebaut haben. Also können wir diese Stange in der gesamten Länge nutzen:

    Für dieses Quellbild haben wir die Ausrichtung beendet. Klicken Sie auf den roten "Next"-Pfeil um zum nächsten Bild zu gelangen.
    Hier können wir uns nicht sicher sein, daß die zu sehenden Linien tatsächlich vertikal sind. Wir können aber davon ausgehen, daß sie annähernd eine vertikale Linie darstellen. Diesem Umstand tragen wir Rechnung, indem wir nur einen kleinen Teil der Linie markieren:

    Sie werden nun einwenden, daß diese Methode nicht sehr exakt zu sein scheint, womit Sie auch recht haben. Dennoch ist diese Methode exakter als das händische Ausrichten und obendrein wiederhol- und optimierbar: Schlecht gesetzte Vertikale verraten sich durch ein schlechtes Optimizer-Ergebnis und sie können diese falsch gesetzten Punkte jederzeit ändern und die Optimierung wiederholen.
     

  • Das Finale: Optimieren und Analyse des Optimizer-Ergebnisses:

    Als Erstes müssen wir nun zulassen, daß sich alle Bilder frei in allen Richtungen bewegen können. Nur das Ankerbild fixieren wir in der x-Richtung. Weiters müssen wir statt dem PTGui-Optimizer den Panorama Tools Optimizer verwenden.
    Im folgenden Bild sind alle notwendigen Abweichungen vom Standard rot hervorgehoben:

    Nun starten wir den Optimizer und erhalten hoffentlich ein gutes Ergebnis:

    Sollten Sie feststellen daß sich beim Geraderichten des Panoramas das Optimizer-Ergebnis verschlechtert, ist es hilfreich, einen Blick auf den "Control Point Table" zu werfen:

    Wie sie feststellen werden, beziehen sich die Distanzen der vertikalen Kontrollpunkte nur auf ihre Abweichung von einer perfekten Vertikalen - nicht auf die Distanz der Kontrollpunkte selbst.
    In unserem Fall haben wir bereits ein gutes Ergebnis erzielt. Die Kontrollpunkte haben also nur sehr geringe Distanzen.

Fertig! Nun ist der Blick frei auf ein perfekt ausgerichtetes Panorama. Der Aufwand war gering, das Ergebnis ist umso beeindruckender: