Verflixt und zugenäht

PanoTools

01.09.2003
Urlaubszeit ist Reisezeit – nach den ersten Blicken auf die Fotos folgt jedoch oft die Enttäuschung. Das wunderschöne Alpenpanorama oder der umwerfende Ausblick von der Meeresklippe sieht auf den eigenen Bildern überhaupt nicht mehr so toll aus. Mit den PanoTools lassen sich Fotos digital nachbearbeiten, damit Sie auch zuhause noch einen Rundblick von der Klippe wagen können.

Vorreiter der Panorama-Technik war der Computer-Hersteller Apple. Die 1995 zu QuickTime hinzugefügte Komponente QuickTime VR erlaubte erstmals Panorama-Ansichten. Der kostenlose QuickTime-Player ließ das Format schnell zu einem Standard werden – mit dem richtigen Plugin lassen sich diese virtuellen Rundblicke sogar im Browser anschauen. In den letzten Jahren schossen Panorama-Tools für Windows wie Pilze aus dem Boden. Auch Linux hat ein solches Programm zu bieten – die PanoTools [1] von Helmut Dersch. Diese Software fügt einzelne Bilder zu einem Panorama zusammen. Spezielle Betrachtungsprogramme erlauben dann einen 360-Grad-Rundumblick am Computer – ein Feature, das die PanoTools im Gegensatz zu vielen kommerziellen Tools im Programm haben. Einziger Nachteil: Die Bedienung ist etwas umständlich. Dieser Artikel bietet einen Einstieg ins Programm und zeigt ein paar Tipps und Tricks, wie Sie Ihr Panorama im rechten Licht erscheinen lassen.

Freie Wildbahn

Die PanoTools gehören zur Klasse der sogenannten Stitcher. Der Ausdruck kommt aus dem Englischen; das Verb "to stitch" lässt sich mit "etwas zusammennähen" übersetzen. Diese Stitcher-Programme "nähen" mehrere Einzelbilder zu einem großen Panorama zusammen. Der Nähvorgang selbst läuft dabei mehr oder weniger automatisch ab. Als Ergebnis erhalten Sie einen virtuellen Zylinder oder eine Kugel. Mit einem speziellen Programm, einem Viewer, begeben Sie sich in den Mittelpunkt dieser Formen und wählen den Blickwinkel mit der Maus.

Damit das Panorama später möglichst perfekt aussieht, sind bereits bei der Aufnahme der Einzelbilder einige Punkte zu beachten. Ganz wichtig ist der Standort – für Anfänger eignen sich Plätze, die von Objekten mit klaren oder einfachen Formen umgeben sind (z. B. Gebäude oder Hinterhöfe). In Gegenden mit verschwommenen Strukturen, wie z. B. im Wald, finden Sie später nur sehr schwer die richtigen Punkte, um die Fotos aneinanderzuheften.

Nach Aufnahme des ersten Motivs drehen Sie sich soweit nach rechts, dass noch ungefähr ein Drittel der vorangegangenen Szene im Sucher verbleibt. Markante Objekte dienen hierbei als Orientierungshilfe. Den Bereich, wo die Einzelbilder überlappen, benötigt die Stitcher-Software später, um die Fotos möglichst genau zusammennähen zu können. Schießen Sie solange Bilder bis Sie wieder am Anfangsmotiv angelangt sind. Der Winkel, um den Sie die Kamera in jedem Schritt nach rechts drehen müssen, hängt von der Brennweite ab. Wer sich hier nicht auf sein Augenmaß verlassen möchte, findet im Internet verschiedene Umrechnungstabellen [2]. Außerdem gibt es verschiedene Panorama-Kameras, die dem Benutzer auf unterschiedliche Weise bei der Fotografie helfen [2].

Bodenständig

Zur Ausrüstung gehört neben der Kamera unbedingt auch ein Stativ. Ein sicherer Stand verhindert, dass die Bilder gegeneinander gekippt sind und/oder der aufgenommene Ausschnitt auf einer anderen Höhe liegt als der Vorgänger (Abbildungen 1, 2 und 5). Falls Sie eine Fotofolge ohne Stativ aufgenommen haben, ist dies jedoch kein Beinbruch. Sofern die Abweichungen nicht zu groß sind, lassen sich diese mit einem Bildbearbeitungs-Tool vor den Näharbeiten ausbügeln. Unter Linux bietet sich das Programm GIMP (GNU/Image Manipulation Program, [3]) an. Dort öffnen Sie zunächst so viele Bilder, wie auf den Bildschirm nebeneinander passen. So lässt sich bereits gut einschätzen, welche Fotos zueinander verdreht sind, bzw. welche nach oben oder unten ausreißen. Die Abbildungen 1 und 2 zeigen, was passiert, wenn Sie Bilder aneinanderkleben, die deutliche Helligkeitsunterschieden bzw. einen kleinen Versatz nach oben und unten haben.

Abbildung 1: Zu hell oder zu dunkel?
Abbildung 2: Falsch gedreht.

GIMPs Transformations-Werkzeuge (rechter Mausklick aufs Bild, Werkzeuge/Transformationen) helfen dabei, eine Drehung, wie sie in Abbildung 2 zu sehen ist, zu korrigieren. Nach erfolgreicher Drehung schneiden Sie das Bild zurecht. Sie sollten das Foto auch zurechtstutzen, wenn ein Bild einen Ausschnitt etwas oberhalb der anderen zeigt. Schneiden Sie hier die Bildinformation weg, die über die anderen Fotos hinausragt. Zum Abschluss müssen in jedem Fall noch alle Bilder auf eine einheitliche Größe gebracht werden.

Ein Stativ hilft außerdem dabei, den sogenannten Parallaxfehler zu vermeiden. Dieser Effekt entsteht, wenn sich die Kamera nicht um ihre optische Achse, den so genannten Knotenpunkt ("nodal point"), dreht. Auf dem Foto verschiebt sich dann die Perspektive eines Objektes: Auf dem ersten Bild sieht man z. B. einen Blumenkübel von vorne, während er auf der zweiten Aufnahme schräg verzerrt abgebildet ist. Das Stitcher-Programm kann diese beiden gegeneinander verschobenen Gegenstände nur mit Mühe zusammenbringen. Das Ergebnis sind ziemlich verbogene Geisterbilder (Abbildung 3 und 4).

Ein Stativ alleine kann dieses Problem aber noch nicht vollständig aus der Welt räumen. Der Drehpunkt einer Kamera liegt meistens hinter ihrer optischen Achse. Abhilfe schaffen ziemlich teure Panorama-Stativköpfe, die Sie im Fachhandel finden. Als billigere Alternative verwenden Sie zwei einfache Makro-Einstellschlitten, die um 90 Grad versetzt aufeinander montiert werden [2]. Die richtige Positionierung dieser beiden Schlitten zueinander erfordert dann aber einige Trockenübungen bzw. Probeaufnahmen.

Abbildung 3: Parallaxfehler: Die jeweiligen Perspektiven verschieben sich.
Abbildung 4: Falsche Perspektiven: Geisterschiff.

Wer keine Fotokamera hat, kann notfalls auch auf eine digitale Videokamera ausweichen – die Qualität der Bilder ist allerdings nicht sehr gut. Abstriche bei der Auflösung muss man auf jeden Fall in Kauf nehmen. Dafür bietet die Videokamera den Vorteil, dass man sich in Ruhe die besten Bilder heraussuchen und mit verschieden großen Überlappungsbereichen experimentieren kann. Bei der Aufnahme sollten Sie auf jeden Fall darauf achten, die Kamera nicht zu schnell zu schwenken. Damit reduzieren Sie das Auftauchen von Halbbildern (Abbildung 5). Diese entstehen aufgrund des Aufzeichnungsverfahrens und werden meist erst beim Überspielen auf den Rechner sichtbar. Mit GIMP lassen sich solche Bilder mit dem Filter unter Filter/Verbessern/Entflackern... korrigieren.

Abbildung 5: Videoaufnahmen produzieren oft Halbbilder.

Zuschnitt

GIMP können Sie auch dann heranziehen, wenn einzelne Szenen Helligkeitsunterschiede aufweisen (Abbildung 2). Schon bei der Aufnahme sollten Sie die automatische Korrektur nur bei kleinen Helligkeitsunterschieden einschalten, da diese sonst die Differenzen von Bild zu Bild noch verstärkt. Stellen Sie in einem solchen Fall einen Mittelwert ein, und schalten Sie anschließend die Automatik ab. Wird schon am Aufnahmeort deutlich, dass es zu Helligkeitsproblemen kommen wird, empfiehlt es sich, einige der Einstellungen mit unterschiedlicher Blende mehrfach zu schießen.

Abbildung 6: Deutliche Helligkeitsunterschiede in dieser Bildfolge.
Abbildung 7: Gleich mehrere Probleme: Helligkeitsschwankungen und Parallaxfehler.

Letzter wichtiger Punkt bevor es ans Nähen geht: Achten Sie darauf, dass bei den Aufnahmen keine Personen durchs Bild laufen. Problematisch sind insbesondere die Bereiche eines Fotos, die sich mit anderen überlappen. Der Stitcher liefert dann durchsichtige Personen. Wenn eine Person in mehreren Fotos auftaucht, kommt sie natürlich auch im Panoramabild mehrfach vor.

Nadel und Faden

Auf der Homepage der PanoTools [1] finden Sie mehrere Pakete und Programme, deren Namen auf den ersten Blick etwas verwirrend wirken. Als PanoTools wird die Sammlung aller (Hilfs-)Programme bezeichnet; Panorama Tools meint hingegen ein Plugin für Photoshop und die Windows-Version von GIMP. Mit PTViewer existiert außerdem noch ein freies Betrachtungsprogramm für Panoramen. Linuxer laden das Paket hinter dem Link Linux Version Version 2.6b1 (no plugin) herunter. Weiterhin empfiehlt sich ein Blick auf die Linux Examples – hier kommen einige Beispielbilder und eine kurze englische Einführung.

Entpacken Sie das Archiv in ein Verzeichnis Ihrer Wahl (tar xzvf PanoTools.tar.gz). Wechseln Sie ins neue Unterverzeichnis (cd PTLinux), und kopieren Sie von dort (als Benutzer root) die Datei libpano12.so in das Verzeichnis /usr/lib. Stellen Sie weiterhin sicher, dass die Programme im Unterverzeichnis Helpers ausführbar sind. Verändern Sie die Zugriffsrechte entweder mit einem Datei-Manager, wie z. B. Konqueror, oder auf der Kommandozeile mit dem Befehl chmod 755 Helpers/@L: *.

Die grafischen Hilfsprogramme der PanoTools sind in Java geschrieben. Um diese auszuführen benötigen Sie das sogenannte Java Runtime Environment (JRE), bei den meisten Distributionen als Paket dabei. Legen Sie ein neues Verzeichnis an, und kopieren Sie alle Panorama-Fotos in dieses hinein. Am besten nummerieren Sie dazu die Bilder in der richtigen Reihenfolge durch. Dabei spielt es für das spätere Panorama keine Rolle, ob Sie eine Rechts- oder Linksdrehung planen. Die PanoTools können mit den Formaten JPEG, TIFF und PNG umgehen. In unseren Tests gab es allerdings Probleme mit dem TIFF-Format, das übrigens nur unkomprimiert (LZW-Format) vorliegen darf. Im Zweifelsfall hilft eine Konvertierung mit GIMP oder convert aus dem ImageMagick-Paket.

Für das erste Panorama starten Sie auf der Kommandozeile das Programm PTPicker mit dem Aufruf java -jar ptpicker.jar. Tauchen an dieser Stelle Probleme oder Fehlermeldungen auf, kann es sein, dass eine ältere Java-Version installiert ist. In dem Fall können Sie den Aufruf jre -cp ptpicker.jar ptpicker probieren oder eine neuere Java-Version einspielen. Läuft alles glatt, erscheint ein Fenster wie in Abbildung 9. Über den Menüpunkt File/New starten Sie ein neues Projekt. Das Programm fragt an dieser Stelle einige grundlegende Daten ab (Abbildung 8):

  • Panorama Mapping gibt an, wie die Bilder zusammen genäht werden sollen. Für eine Rundumsicht wählen Sie cylindrical.
  • Panorama File Format gibt an, in welchem Dateiformat das Panorama gespeichert werden soll. PTPicker erlaubt hier nur eine kleine Auswahl (vgl. Kasten "Hinter den Kulissen").
  • Image Mapping sollte rectlinear sein. Nur wenn Sie eine Kamera mit Fischaugen-Objektiv ("fisheye lens") besitzen, das eine gekrümmte, Fischaugen ähnliche Perspektive erzeugt, wählen Sie hier fisheye.
  • Focal Length (mm) meint die Brennweite der Kamera in Millimeter. Sofern die Brennweite nicht bekannt ist, übernehmen Sie hier zunächst die voreingestellten 35.
  • Image Count gibt die Anzahl der Bilder an, aus denen das Panorama zusammen gesetzt werden soll.
Abbildung 8: Das richtige Schnittmuster – PTPicker.

Nach dem Klick auf Ok fordert PTPicker Sie nun auf, die neue Projektdatei zu speichern. Wichtig ist hierbei, dass diese im gleichen Verzeichnis liegt wie die Einzelbilder und dass Sie unbedingt die Dateiendung .txt anhängen. Diese Textdatei darf auch mit einem Texteditor bearbeitet werden (Kasten "Hinter den Kulissen").

Punkt für Punkt

Im nächsten Schritt weisen Sie den benachbarten Bildern Kontrollpunkte zu. An diesen orientiert sich später der Stitcher der PanoTools. Wählen Sie im Menü Left Image, falls Ihre Bilder von links nach rechts laufen, oder Right Image für ein Startbild bei einer Links-Drehung. Klicken Sie auf Image0, das erste Bild in der Liste (Abbildung 9).

Abbildung 9: Das Zuweisen und Einladen der Fotos in PTPicker.

In unserem Beispiel handelt es sich um eine Rechtsdrehung, daher ist das nächste Bild Right Image/Image1. Abbildung 10 zeigt zwei nebeneinander liegende Fotos. Sollten die Bilder größer als das Hauptfenster sein, verkleinern Sie die Ansicht unter View/Zoom Out. PTPicker zeigt falsche Scroll-Leisten an. Durch das Ändern der Fenstergröße zwingen Sie die Anwendung zum Neuzeichnen des Fensters.

Abbildung 10: Aneinandergeheftet – Kontrollpunkte setzen.

Suchen Sie einen markanten Punkt, der in beiden Bildern auftaucht. Sehr gut eignen sich Vorsprünge oder die Ecken von Fenster- und Türrahmen. Sobald Sie mit der Maus über ein Bild fahren, erkennen Sie den Lupeneffekt, der das genauere Positionieren ermöglicht. Klicken Sie mit der linken Maustaste ins Bild, um einen Kontrollpunkt (Abbildung 10) zu setzen. Betrachten Sie das andere Bild: Dort wurde automatisch ein verwandter Punkt gesetzt. Sehr wahrscheinlich liegt dieser jedoch an einer falschen Stelle. Ziehen Sie ihn deshalb per Drag&Drop auf seinen richtigen Platz. Ist einer der Punkte beispielsweise auf einer Türklinke, so muss sich der zugehörige Kontrollpunkt im zweiten Bild ebenfalls dort befinden. Wiederholen Sie den Vorgang – Sie sollten möglichst viele Punkte setzen (zwischen fünf und 20, je nach Komplexität der Bilder), die sich über den überlappenden Bereich der beiden Bilder verteilen müssen. Das jeweils aktuelle Punktepaar wird stets rot markiert, alle anderen sind grün. Ein markiertes Kontrollpunktepaar löschen Sie per Edit/Clear.

Für eine Rechtsdrehung öffnen Sie nun im linken Fenster über das Menü Left Image das Bild, das zuvor im rechten Teil angezeigt wurde. Im Right Image-Menü wählen Sie unter Image2 das nächste Bild in der Rechtsdrehung. Im linken Bild sind die vormals grünen Punkte blau gefärbt. Damit zeigt PTPicker an, dass die zugehörigen Kontrollpunkte nicht im rechten, sondern einem anderen Bild liegen.

Setzen Sie neue Kontrollpunkte, und wiederholen Sie diesen Vorgang, bis Sie das letzte Bild der Folge erreicht haben. Um die Fotofolge zu einem Zylinder zu verbinden, öffnen Sie im linken Fensterbereich das letzte Bild der Fotoserie und im rechten das erste. Weisen Sie ein letztes Mal die Kontrollpunkte zu. Rufen Sie nun den Project/Optimizer der PanoTools auf. Dieser versucht, die nebeneinander liegenden Bilder möglichst deckungsgleich auszurichten. Die Ausgaben seiner Bemühungen finden Sie in dem Terminal-Fenster, von dem aus Sie PTPicker gestartet haben (Abbildung 11). Als Ausgabe sehen Sie die durchschnittliche Abweichung zwischen den Kontrollpunkten in Pixeln – je kleiner der Wert, desto besser. Sie können die Arbeit des Optimierers jederzeit mit [Strg+C] abbrechen oder warten, bis er sich selbst beendet. Das Projekt darf jetzt nicht mehr gespeichert werden, da der Optimizer seine Ergebnisse schon in die Projektdatei geschrieben hat.

Abbildung 11: Der Optimizer bei der Arbeit.
Abbildung 12: Stitcher nicht optimiert.

Nähmaschine

Rufen Sie nun den Stitcher über Project/Stitcher auf. Er verlangt im Terminal-Fenster den Dateinamen für das fertige Panorama. Dateiendungen sind an dieser Stelle nicht wichtig – das Programm hängt diese selbstständig an. Nach Eingabe des Namens drücken Sie [Enter], und der Nähvorgang wird angestoßen. Im Terminal-Fenster sehen Sie etwas wie:

Save File As:
test
Converting Image 0      100%
Converting Image 1      100%
Converting Image 2      100%
Converting Image 3      100%
Converting Image 4      100%
Preparing Stitching Masks       88%
Calculating Alpha Channel       99%
Applying Feather Tool       88%
Inserting Alpha Channel       88%
Flattening Image      100%

Ansehnlich

Um das Panorama zu betrachten, schließen Sie PTPicker und rufen mit java -jar pteditor.jar den Viewer auf. Über File/Open Panorama laden Sie das erstellte Panorama. Es befindet sich standardmäßig im PTLinux-Verzeichnis. In diesem Panorama können Sie nun mit der Maus umherschwenken. Halten Sie dazu die linke Maustaste gedrückt und ziehen Sie nach rechts oder links. Mit [+] und [-] zoomen Sie in die Szene hinein bzw. heraus.

Das Programm PTEditor kann übrigens noch mehr. Über das Menü Edit speichern Sie eine Ansicht des Panoramas, welche dann mit einem externen Programm verändert und wieder ins Panorama zurückimportiert werden darf. Über Edit/Load lassen sich weitere Bilder hinzufügen. Eine genaue Anleitung zu PTEditor finden Sie auf der Homepage der PanoTools [1].

Sollten Sie mit den Ergebnissen nicht zufrieden sein, können Sie versuchen, unter PTPicker an verschiedenen Einstellungen zu drehen und/oder Kontrollpunkte zu entfernen oder hinzuzufügen. In einigen Situationen erzeugt der Stitcher auch ein unbrauchbares Ergebnis. Dies scheint insbesondere dann der Fall zu sein, wenn sich das letzte Bild zu stark mit dem Anfangsbild überschneidet. Bei unseren Tests ist es weiterhin vorgekommen, dass PTPicker jeweils zwei Kontrollpunkte plötzlich miteinander vertauschte. Es empfiehlt sich daher, das Projekt möglichst oft zu speichern (File/Save). Wer sich nicht auf PTPicker verlassen möchte, sollte einen Blick in die zahlreichen Dokumente im Internet werfen und die Projektdateien per Hand erstellen. Dokumente im Internet werfen und die Projektdateien per Hand erstellen.

Im Auge des Betrachters

Die PanoTools ermöglichen die Erstellung von Panoramafotos unter Linux. Ist das Ausgangsmaterial dabei von hoher Qualität, gelingen professionelle Ergebnisse. Dies zeigen nicht nur die Erfahrungsberichte vieler Profis im Internet. Leider erschließt sich der wahre Leistungsumfang nur dem, der sich durch den Dschungel der Projektdateien kämpft. Eine komfortable Benutzeroberfläche, wie ihn z. B. Photoshop-Anwender genießen dürfen, wäre für die Zukunft mehr als wünschenswert.

Abbildung 13: Die Linux Examples der PanoTool-Homepage.
Abbildung 14: Ein Teil des fertigen Hafen-Panoramas.
Abbildung 15: Ein Teil des fertigen Garten-Panoramas.

PTViewer

PTViewer ist ein reiner Bildbetrachter. Sie finden ihn auf der Homepage der PanoTools in mehreren Versionen. Die Java-Variante (PTVJ) ist für eine Einbettung in Browser gedacht, die Datei ptviewer.jar im Unterverzeichnis BigApplet&Application lässt sich aber auch ohne Browser ausführen. Wechseln Sie dazu in einem Terminal in das genannte Verzeichnis, und geben Sie dort den Befehl java -jar ptviewer.jar ein.

Neben der Java-Version existiert auch noch eine native Linux-Variante. Bevor diese zum Einsatz kommen kann, muss sie zunächst noch übersetzt werden. Voraussetzung ist eine Installation der Entwicklungswerkzeuge Ihrer Distribution. Geben Sie in einem Terminal-Fenster den Befehl make im Unterverzeichnis src des entpackten Archivs ein, um das Programm PTViewer zu erzeugen. Bitte beachten Sie, dass diese Version nur Panoramen im JPEG-Format anzeigen kann und eine Farbtiefe des Bildschirms von 24 Bit voraussetzt. Im Zweifelsfall müssen Sie hierzu Ihre Bildschirmeinstellungen ändern.

Hinter den Kulissen

Wer das ganze Leistungsspektrum der PanoTools nutzen möchte, muss sich über kurz oder lang mit den Projektdateien anfreunden. Diese regeln, wie die einzelnen Programme mit dem Bildmaterial umgehen. Wie schon beschrieben, legen Sie eine solche Datei mit dem Tool PTPicker an/ Die erste Zeile könnte in einem Texteditor so aussehen:

p f1 w2320 h282 v360 u10 k0 n"JPEG"

Das p zeigt an, dass Daten für das fertige Panorama folgen. Die Zahl 1 hinter f bedeutet, dass das fertige Panorama ein Zylinder sein soll. Innerhalb der Anführungszeichen nach dem n steht das Ausgabeformat. Möglich sind neben JPEG QuickTime VR (QTVR), LivePicture (IVR), TIFF, PNG und einige andere Formate, die aber primär zur Weiterbearbeitung dienen.

Weiter unten in der Projektdatei folgen Zeilen, die angeben, welche Bilder wie zusammen genäht werden sollen:

i f3 w648 h972 y120 p0 r0 v=0 n"Image2.JPG" a=0 b=0 c=0 d0 e0 X2 Y0 Z0

Sofern Sie in PTPicker ein falsches Bild gewählt haben, können Sie den Dateinamen hinter dem Parameter n manuell abändern. Eine vollständige Aufstellung aller Optionen finden Sie in den beiden Script-Dateien im Unterverzeichnis Scripts des PTLinux-Verzeichnisses.

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