Die Entwicklungsgeschichte und Technik der heutigen Panorama-Fotografie.ppt

Transkript

1 Recht herzlich willkommen 1

2 Inhalt Die Entwicklungsgeschichte Verschiedene Panorama-Typen Digital-Kameras Panorama-Köpfe (Demo) Panorama Rechner (Demo) Zerstreuungskreis Lichtbeugung an der Kreisblende Schärfentiefe / Hyperfokale Distanz PTGui Stitch-Programm (mit Demo) Breeze Remote Control Program HDRI Belichtungsreihen (kurzer Überblick) Fokus Bildreihen (kurzer Überblick) 2

3 Die Entwicklungsgeschichte 3

4 Die Wurzeln der Panorama-Fotografie waren die grossformatigen Wandgemälde Robert Barker schuf im Jahr 1792 das Wort Panorama aus den griechischen Wörtern pan ( all ) und horama ( Sicht ) Ende des 18. Jahrhunderts (1787) erstellte er das Panorama von Edinburgh (Scotland) Dieses Panorama-Gemälde sollte während der folgenden Jahrhunderten und bis heute einen grossen Einfluss auf die Fotoindustrie haben. barker_hi_res.mov res.mov Quelle: 4

5 Das älteste noch erhaltene Rundgemälde der Welt WOCHER-PANORAMA IN THUN (Gemälde fertiggestellt 1814) Marquard Wocher ( ) GRÖSSE: 7,5 x 38,3 METER Quelle: t h/ h 5

6 Ein europäisches Kulturdenkmal: Das Bourbaki Panorama in Luzern Quelle: 6

7 ALPINEUM in Luzern Quelle: 7

8 Die erste Fotografie der Welt Die erste Fotografie der Wlt Welt war die Aufnahme des französischen Experimentators t Nicéphore Niepce aus dem Jahre Eine Belichtungszeit von 8 Stunden bedingt, daß die Sonne beide Seiten des Bildes beschien. Die hellen Stellen wurden durch erhärteten Judäa Asphalt, die dunklen durch Bleiplatte wiedergegeben. 8

9 Einleitung der Bewegungsfotografie Diese Bildfolge l von Eadweard Ed dmuybridge (1887) bewies erstmals, dass das Pferd im Galopp kurz alle vier Beine in der Luft hat. Dieses Experiment machte Geschichte, weil es die neue Ära der Bewegungsfotografie einleitete. 9

10 Weitere Stationen der Fotografie 1835 Der Engländer William Henry Fox Talbot ( ) entdeckt ein Verfahren zur Herstellung von Negativen und fertigt das erste Negativ an Der Franzose Jacques Daguerre ( ) entwickelt ein Verfahren, mit dem Bilder auf Filmen fixiert i werden konnten. Frankreich kaufte ihm die Erfindung ab und schenkte sie der Welt am 19. August 1839 offiziell Geburtsstunde t der ersten Rollfilmkamera (Kodak Nr. 1, George Eastman) und damit der modernen Fotografie. Der erste gerollte Film bestand aus Papier. Im Jahr darauf erfand Eastman einen weichen Kunststoff (Zelluloid) Der erste Farbdiafilm kommt auf den Markt Die erste Kamera mit einem sofortentwickelnden Film ist erfunden Die erste Digitalkamera ist entwickelt. Digitalkameras kommen ohne Film aus. Die Fotos werden auf einen Chip gespeichert. 10

11 Verschiedene Panorama-Typen 11

12 Typen in der Panorama-Fotografie Einreihig (SingelRow) 2 bis dutzende von Bildern Mehrzeilige (MultRow) 2 bis hunderte von Bildern : im Hoch- oder Querformat : im Hoch oder Querformat Kugelförmige (Spherical) 5 bis hunderte von Bildern : normalerweise im Hochformat Mast-Panorama 2 bis dutzende von Bildern : im Hoch- oder Querformat Einreihig Mehrzeilig Teilkugel 12

13 Mast-Fotografie 13

14 Panorama-Fotografie MultiRow Panorama Kugel- oder sphärisches Panorama 14

15 Wichtige Parameter in der Panorama-Fotografie Eingesetzte Kamera (Sensorgrösse) Brennweite des Objektivs Horizontale/Vertikale Überlappung zwischen den einzelnen Bilden Horizontaler/Vertikaler Bildwinkel des Panoramas Anzahl horizontale/vertikale Bilder für das Panorama Zu wählende Schärfentiefe Zu wählende Kombination Verschlusszeit/Blende (Modus: manuell) 15

16 Ansprüche an ein Panorama Wie soll das Panorama publiziert werden? Bildschirm (lokal) Bildschirm Internet (kleine Auflösung) Bildschirm Internet (grosse Auflösung Zoomify) Buch, Zeitung, Familienfoto Wand-Panorama (hochaufgelöst / grosse Abmessung) 16

17 Digital-Kameras 17

18 Digital-Pocket-Kameras Klein und handlich Fest eingebautes Zoom Objektiv Kleine Brennweiten / Kleine Sensoren grosse Schärfentiefe geringe Lichtempfindlichkeit Kritische Blende: schon bei geringem Abblenden ist der Schärfeverlust durch Lichtbeugung am Blendenrand sichtbar 18

19 Digital-SLR-Kameras APS (3:2) / 4:3 / Vollformat (3:2) Gross und nicht so handlich Wechselobjektive mit verschiedenen Brennweiten Grosse Sensoren Sehr gute Bildqualität Je grösser die Brennweite umso kleiner die Schärfentiefe => Gestaltungsmöglichkeit Kritische Blende: Der grössere Sensor und die verhältnismässig grössere Blendeöffnung für eine bestimmte Blende erlaubt einen grösseren Abblendbereich. 19

20 Sensoren CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor Seit Beginn der Digital-Fotografie (Technologie der Canon Sensoren) In den Anfängen Probleme mit Bildrauschen (heute diesbezüglich den CCD-Sensoren ebenbürtig) Kleine Leistungsaufnahme => Sehr schnell in der Verarbeitung Günstige Herstellung Ist Standard-Technologie der heute eingesetzten Sensoren CCD Charge-coupled Device War früher dem CMOS-Sensor überlegen n 20

21 Sensorgrössen Medium Format 35mm Vollformat APS-H (Canon) APS-C (Nikon, etc.) APS-C (Canon) 50.7x39mm 36x24mm 28.7x19mm ~23.6x15.7mm 22.2x14.8mm 1977mm 2 864mm mm 2 2 ~370mm 329mm Feveon (Sigma) Four Thirds System 1/1.7 1/1.8 1/ x13.8mm 17.3x13mm 7.6x5.7mm 7.18x5.32mm 5.76x4.29mm mm 225mm mm 38mm 25mm Grosse Sensoren haben grössere Pixel und sind dadurch lichtempfindlicher Dies bedeutet weniger Bildrauschen Grosse Pixel vergrössern den Abblendbereich => förderlich für die Bildgestaltung lt 21

22 Panorama-Köpfe 22

23 Panoramaköpfe Stativ mit 3-weg Panoramakopf (ohne Justierung des Drehpunktes) Einfachste Ausrüstung für die Erstellung von Panoramen: Einreihig (Single Row) im Fernbereich Kamera : Hochformat/Querformat Panorama: Hochformat/Querformat Mehrreihig (Multi Row) im Fernbereich Kamera : Hochformat/Querformat Panorama: Hochformat/Querformat 23

24 Panoramaköpfe Stativ mit manuellem Panoramakopf und Drehpunkt-Justierung Einreihig (Single Row) Nah-und Fernbereich Kamera : Hochformat/Querformat Panorama: Hochformat/Querformat Mehrreihig (Multi Row) Nah-und Fernbereich Kamera : Hochformat/Querformat Panorama: Hochformat/Querformat Spherisches- / Kugel-Panorama Nah-und Fernbereich Animation Quelle: / / 24

25 Panoramaköpfe Manfrotto: 303SPH Dr. Clauss: RodeonModular Seitz: Roundshot Quelle: roundshot Quelle: de/ 25

26 Horizontale und vertikale Überlappung zwischen den einzelnen Bildern Wie kann eine ausreichende Überlappung sichergestellt werden? Sich vor der manuellen Verschiebung Referenzpunkte merken geeignet für einreihige Panoramen Sich die Panoramakopf-Einstellungen mit einem Taschenrechner berechnen. Sehr aufwendig verschiedene Brennweiten und Sensorgrössen ergeben auch unterschiedliche Position für den Panoramakopf. Sich die Kamerapositionen mit dem speziell dafür entwickelten Panorama- Rechner berechnen lassen. Einige Beispiele sollen die Vorzüge des Panorama-Rechner aufzeigen 26

27 Der Panorama-Rechner 27

28 VR Drive Panorama-Rechner 28

29 VR Drive Panorama-Rechner MultiRow Skript Kugelpanorama Skript 29

30 Der Zerstreuungskreis 30

31 Sensorgrösse / Objektivgüte / Diffraktion (Lichtbeugung) an der Kreisblende In der Panoramafotografie soll in der Regel soviel wie möglich scharf abgebildet werden. Damit dies erreicht werden kann, müssen einige Gegebenheiten oder Unzulänglichkeiten der Ausrüstung beachtet werden. Es sind dies: - Sensorgrösse mit entsprechender Auflösung. Die Auflösung muss nicht zwingend extrem hoch sein. - Objektivgüte (vorzugsweise Festbrennweiten) - Arbeiten mit einer bezüglich Schärfe förderlichen Arbeitsblende 31

32 Auflösung / Zerstreuungskreis-Durchmesser Mittleres Auflösungsvermögen unseres Auges entspricht 1 Winkelminute oder 1/60 eines Grades oder 5 Linienpaare / mm dies bei einer Betrachtungsdistanz von ca. 35cm Der Zerstreuungskreis-Durchmesser berechnet sich mit der Formel: Sensor-Diagonale / 1500 Dies ergibt für einen Vollformat-Sensor (24x36mm) einen Durchmesser von 30µm 167mm 250mm 24mm Sensor 36mm 7 x Max. Vergrösserungsfaktor Für noch akzeptable Auflösung Betrachtungsdistanz: ca.35cm 32

33 Zerstreuungskreis-Rechner Filmformat Papiergrösse Bildauflösung 35mm x Linien / mm Negativ Papier Bild Höhe Breite Diagonale Seitenverh mm 36.00mm 43.27mm mm 254.0mm mm mm 254.0mm mm Vergrösserungsfaktor: 7.06 Bilddiagonale / Sensordiagonale Auflösungsfaktor: Vergrösserungsfaktor /* Auflösung Zerstreuungskreis O : Reziprokwert des Auflösungsfaktors 33

34 Lichtbeugung an der Kreisblende 34

35 Blendendurchmesser und Diffraktion (Lichtbeugung) an der Kreisblende Die Schliessung der Kreisblende um einen vollen Blendenwert halbiert das auf den Sensor fallende Licht f/1.4 * 2 = f/2 Der Durchmesser für einen Blendenwert z.b. 5.6 ist abhängig von der Objektiv- Brennweite und dessen Öffnungsdurchmesser bei der Eintrittspupille. Unterschiedliche h Brennweiten haben für einen bestimmten t Blendenwert auch einen unterschiedlichen Öffnungsdurchmesser der Kreisblende. Bei Kompaktkameras ist z.b. der Öffnungsdurchmesser der Kreisblende viel kleiner als bei einer Spiegelreflex Kamera. Je kleiner der Öffnungsdurchmesser der Irisblende, umso grösser ist die Diffraktion (Lichtbeugung) an der Irisblende. Dadurch nimmt ab einem bestimmten Kreis-Blendendurchmesser die erreichbare Schärfe wieder merkbar ab. 35

36 Lichtbeugung hinter einer Kreisblende in Abhängigkeit zum Blendendurchmesser Blende 5.6 George Airy Airy Disk Lichtpunkt Sensor mittlere Wellenlänge des Lichtes λ = 550nm Lichtpunkt Sensor d Blende 16 d = 2.44 * λ * Blendenwert r = 1.22 * λ * Blendenwert 36

37 Lichtbeugung hinter einer Kreisblende Einzelner scharfer Punkt Grösserer Punkt Zwei nahe beieinander liegende Punkte 37

38 Kriterium für die Auflösung nach John Rayleigh Airy Disk Radius Airy Disk Durchmesser = 1.22 * λ * f/d = 2.44 * λ * f/d Radius Airy Disk 1.22 = konstanter Winkel, welcher dem Radius der Airy Disk entspricht λ = Wellenlänge des grünes Lichtes 550nm f = Brennweite d = Durchmesser Objektiv (Eintrittspupille) Imax. 83.8% Imax. f/d = Blendenwert Blende limitierender Airy Disk Durchmesser [µm] f4 5.4 f f f f f f32 43 f45 60 f64 86 f f Airy Disk O = 2.44 * λ * Blendenwert Airy Disk O = 2.44 * 0.55µm * 11 = 14.76µm Gesamtintensität (Helligkeit) Intensität (Helligkeit) Punktbild 2 Intensität (Helligkeit) Punktbild 1 Pixel 38

39 Förderlichen Arbeitsblende Format Grösse Typischer Förderliche Arbeitsblende für Zerstreuungskreisdurchmesser [µm] einen scharfen 8 x10 print 8 x10 (203mm x 254mm) 250 f180 (127) 6 x 9 (60mm x 90mm) 75 F64 (45) 35mm (36mm x 24mm) 30 F22 (16) APS-C (22.5mm x 15mm) 20 F16 (11) 1/1.8" (7.1mm x 5.3mm) 6.3 F5 (3.5) 1/2.5" (5.7 x 4.3mm) 5 F4 (2.8) K = f z 2.44 * λ K f z λ m = = = = Förderliche Blende Zerstreuungskreis Mittlere Wellenlänge 550nm Abbildungsmassstab Die förderlichen Blende in der oben stehenden Formel ist eine theoretische und sehr optimistische Auslegung. Für bessere Ergebnisse sollten die rot und fett dargestellten förderlichen Blendenwerte verwendet werden. Die Formel lautet dann: K = f z 2 * * λ n 39

40 Erreichen der optimalen Schärfe mit einer Kamera/Objektiv Kombination Sensorgrösse / -Auflösung Objektivgüte erreichte Schärfe Lichtbeugung durch effektive Öffnung an der Kreisblende 40

41 Schärfentiefe / Hyperfokale Distanz 41

42 Schärfentiefe Noch scharfer Fernpunkt Fokuspunkt Noch scharfer Nahpunkt Blende 8 Blende 2.8 Solange ein abgebildeter Punkt im Zerstreuungskreis platz findet, wird der Punkt durch das menschliche Auge als scharf wahrgenommen. 42

43 Schärfentiefe Genau genommen gibt es für eine bestimmte Scharfstellung nur eine Schärfenebene Schärfentiefe C A zulässiger Zerstreuungskreis (noch scharf) B B A C Sensor-Ebene unscharfer Punkt 43

44 Hyperfokale Distanz Was hat man unter der hyperfokale Distanz zu verstehen? Die hyperfokale Distanz ist die Distanz auf welche am Objektiv scharf gestellt wurde. Wenn dabei bestimmten Vorgaben erfüllt sind empfindet das menschliche Auge ab der Hälfte dieser Distanz bis unendlich alles als scharf abgebildet. Welches sind diese Vorgaben? Wie beeinflussen diese den Schärfebereich? Die Grösse des Zerstreuungskreises (abhängig vom Sensor) Die Brennweite Blendenwert Eingestellte Distanz am Objektiv Hilfsmittel für die Bestimmung der hyperfokalen Distanz d = Hyperfokale Distanz b = Blendenwert f = Brennweite z = Zerstreuungskreis 2 Durch Berechnung mit der Formel: d h= b / f * z Durch Ermittlung mit einem Rechner oder mit Hilfe von Diagrammen 44

45 Hilfsmittel i l für die Berechnung der hyperfokalen Distanz Rechner für: Hyperfokale Distanz Rechner für: Hyperfokale Distanz-Diagramme Quelle: Quelle: 45

46 Beispiel: i Canon 5D Mark II (Vollformat-Sensor) bestückt mit EF 24-70mm 1:2.8 L USM 16m 2m Brennweite in [mm] 46

47 PTGui Stitch-Programm 47 47

48 PTGui: Stitch-Programm Programm-Aufruf: PTGui 48

49 Breeze Remote Control Program 49

50 Hardware Belichtungs-Bildreihe mit konstanter Blende Fokus-Bildreihe mit konstanter Blende/Belichtungszeit Software für Canon und Nikon von: 50

51 HDRI Belichtungsreihen High Dynamic Range Imaging 51 51

52 Auto HDRI (High Dynamic Range Imaging) Fotografie Einzelne Belichtungen in der Bildreihe Einzelbelichtung Belichtungen mit Bildreihe Bildmaterial: 52

53 Fokus Bildreihen 53

54 54

55 55

56 1 Bild Belichtungszeit = 2.5 Blende = Bilder Belichtungszeit = 2.5 Blende =

57 EOS 50D T/S 24mm / f=6.3 / t=¼ / 1 Aufnahme Tilt in neutraler Position EOS 50D EF 24-70mm / f=6.3 / t=¼ / 60 Aufnahmen Mit Helicon zu einem Einzelbild verrechnet Animation Tilt/Shift Objektiv 45mm EOS 50D T/S 24mm / f=6.3 / t=¼ / 1 Aufnahme Tilt nach Scheimpflug für optimale Schärfe 57

58 Auto Focus Stacking in Live View Display (Beispiel 1) Einzelaufnahme Objektiv: 50mm f/1.8 mit Blende f/11 Aus 38 Einzelbildern mach 1 Objektiv: 50mm f/1.8 mit Blende f/5.6 Bildmaterial: 58

59 Auto Focus Stacking in Live View Display (Beispiel 2) Einzelaufnahme Objektiv: 90mm mit Blende f/8 Aus 30 Einzelbildern mach 1 Objektiv: 90mm mit Blende f/4 Bildmaterial: 59

60 Auto Focus Stacking in Live View Display (Beispiel 3) Einzelaufnahme Aus 35 Einzelbildern mach 1 Objektiv: 90mm mit Blende f/8 Objektiv: 90mm mit Blende f/5 Bildmaterial: 60

61 Recht herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Gerne versuche ich allfällige Fragen zu beantworten 61

62 Internet-Links für die verschiedenen Programme und Museen Stitch-Programm: MultiRow Panorama / Kugel-Panorama / HDRI RWA-Converter / Remote Control Programme für Canon und Nikon HDRI Programm Programm für grosse Schärfentiefe Bourbaki-Panorama, Luzern 3D Alpen-Panoramen, Luzern Wocher-Panorama, Thun: ältestes noch erhaltenes Panorama-Gemälde Panorama-Rechner Programme: RodeonModular VR Drive Seitz Manfrotto SPH303 Panolino PanoMachine, MK-Panorama 62

63 Berechnung der Größe des Beugungsscheibchens in Millimeter Die Größe des Beugungsscheibchens ist umgekehrt proportional zur Öffnung. Das heisst, je größer die Teleskopöffnung, desto kleiner ist das Beugungsscheibchen. Außerdem ist die Größe des Beugungsscheibchens proportional zur Wellenlänge des betrachteten Lichts. Je kurzwelliger dieses Licht ist, desto kleiner ist das Beugungsscheibchen. d airy = 2,44 λ * f / D oder r airy = 1,22 λ *f/ D wobei d airy = Duchmesser des Beugungsscheibchens r airy = Radius des Beugungsscheibchens D = Durchmesser der Optik f = Brennweite der Optik λ = Lambda, Wellenlänge des Lichtes Beispiel: λ = 560nm = 0,00056mm (grünes Licht) d = 250mm f = 1250mm d airy = 2,44 * 0,00056mm * 1250mm / 250mm = 0,006832mm Farbe Wellenlänge Violett nm Blau nm Grün nm Gelb nm Orange nm Rot nm Notabene: Die Größe des Beugungsscheibchens in Millimetern ist vom Öffnungsverhältnis abhängig. Sie ist nicht von der Öffnung oder der Brennweite alleine abhängig! 63

64 Durchmesser der Airy Disk = 2.44 * λ * Blendenwert z.b. für die Blende 11: d = 244* mm mm * 11 = mm 0147mm = 14.7µm Je grösser der Blendenwert umso grösser die Airy Disk durch Lichtbrechung an der Kreisblende Wie muss die Blende gewählt werden damit die Diffraktion vernachlässigt werden kann? Airy Disk Durchmesser * 2 < Zerstreuungskreis Durchmesser Blende 11 = 2 * 14.7µm = 29.4µm Vollformat Sensor = 30µm 64