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Panorama

Als Panoramaaufnahmen gelten Bilder, die einen Bildwinkel aufweisen, der größer als normal ist. Bei einem Kleinbildfilm ergibt sich bei Verwendung eines 50mm-Objektives ein horizontaler Bildwinkel von 39,6 Grad, bei einem 28mm-Weitwinkelobjektiv ein horizontaler Bildwinkel von 65,5 Grad. Formal ergibt sich der horizontale Bildwinkel als: Alpha = 2*arctan(Negativbreite/2/Brennweite). Bei digitalen Aufnahmen ist statt der Negativbreite die Sensorbreite zu verwenden. Ein APS-C-Sensor, wie er beispielsweise in allen digitalen Nikon-Spiegelreflexkameras verbaut ist, ergibt bei Verwendung eines 50mm-Objektives einen horizontalen Bildwinkel von 26,6 Grad und bei Verwendung eines 28mm-Objektives einen horizontalen Bildwinkel von 45,7 Grad.

Analoge Panoramaaufnahmen

Sogenannte unechte Panoramen entstehen ohne weitere Hilfsmittel allein dadurch, dass die verwendete Filmebene breiter als üblich ist. Eine meiner eingesetzten Lochkameras erlaubt etwa bei der Verwendung von Kleinbildfilmen ein Negativformat von 45x24 mm statt der üblichen 36x24 mm. Wegen des oft nötigen Beschnitts am oberen und unteren Rand entstehen damit Bilder, die in etwa das Format 2:1 aufweisen. Der erfasste horizontale Bildwinkel beträgt hierbei ca. 84 Grad. Breitere Bildformate sind wegen der Randabdunkelung (Vignettierung) mit diesem Ansatz nicht möglich. Diese entsteht dadurch, dass ein rechteckiger Teil des projizierten, eigentlich runden Bildes auf das Negativ fällt. Je breiter dieses rechteckige Negativ nun ist, umso mehr kommt man in den dunklen Randbereich des runden projizierten Bildes. (Das gleiche Phänomen kennt man natürlich auch bei Linsenkameras.)

Spezielle analoge Panoramakameras sind so aufgebaut, dass ein Schwenk von beispielsweise 180 Grad durchgeführt wird, bei dem der Film „mitläuft“.

Alternativ kann eine Lochkamera verwendet werden, bei der die Filmebene nicht glatt, sondern zylindrisch ist. Die Vignettierung fällt hier deutlich geringer aus als bei den oben genannten unechten Panoramen. Nachfolgend ist ein selbstgebautes Modell abgebildet, das für die Verwendung von 120er Rollfilm ausgelegt ist. Die Kamera erlaubt nominell einen horizontalen Bildwinkel von 180 Grad. Da jedoch auch hier an den äußersten Rändern Vignettierung auftritt, liegt der praktisch nutzbare horizontale Bildwinkel bei ca. 160 Grad. Erste Aufnahmen mit dieser Kamera finden sich in der Galerie.


Panoramen durch digitales Stitchen von Einzelbildern

Mit Hilfe spezieller Software lässt sich eine Sequenz von sich überlappenden Einzelbildern zu einem Panorama zusammensetzen ("stitchen"). Hierdurch werden auch 360 Grad-Panoramen ermöglicht. Empfehlenswert ist ein Überlappungsbereich der Einzelaufnahmen von etwa einem Viertel. Zwar gelingt die Panoramakonstruktion oft auch mit Handaufnahmen, grundsätzlich empfiehlt sich aber der Einsatz eines Stativs.

Damit das Stitchen der Einzelbilder sauber gelingt, muss dem sogenannten Parallaxenfehler Rechnung getragen werden. Arbeitet man mit einem Stativ ohne einen speziellen Panoramakopf, wird die Kamera um die Stativachse gedreht. Das optische Zentrum des Objektivs (der Nodalpunkt) liegt aber außerhalb der Stativachse, einige Zentimeter vor der Kamera. Damit es an den Rändern der Einzelbilder nicht zu einem Parallaxenfehler kommt, wird durch den Panoramkopf erreicht, dass die Kamera um den Nodalpunkt und nicht um die Stativachse geschwenkt wird.

Illustration des Parallaxenfehlers

Die nachfolgende Grafik veranschaulicht das Problem des Parallaxenfehlers. Die Stativachse befindet sich im unteren Teil der Grafik. Es wird die Aufnahme zweier Einzelbilder skizziert. Bei der Aufnahme des rechten Einzelbildes (rote Linien) liegt der Nodalpunkt an der Position "Nodalpunkt1", also vor dem Stativgewinde. Es ergibt sich ein Bildwinkel, der links durch die Linie BL und rechts durch die Linie BR begrenzt ist. Auf dem linken Bildrand liegen zwei unterschiedlich weit entfernt Objekte. Sie scheinen bei Aufnahme dieses Bildes hintereinander zu liegen. Objekt 1 ist das nähere, Objekt 2 das entferntere Objekt.


Zur Aufnahme des zweiten Teilbildes wird die Kamera so weit nach links geschwenkt, dass das nähere Objekt 1 gerade auf dem rechten Bildrand liegt. Der Nodalpunkt wandert damit an die Position "Nodalpunkt2". Es ergibt sich ein Bildwinkel der durch die blauen Linien SL und SR links und rechts begrenzt ist. Auf dem zweiten Teilbild erscheinen die beiden Objekte 1 und 2 nun nicht mehr hintereinander. Dies wird als Parallaxenfehler bezeichnet. Seine Größe kann in Winkelgraden, in mm oder auch in Pixel ausgedrückt werden.

Hätte man die Kamera nicht um die Stativachse, sondern um den "Nodalpunkt1" gedreht, würden die beiden Objekte auch auf dem rechten Bildrand des linken Bildes hintereinander erscheinen und es gäbe keinen Parallaxenfehler.

Die Lage des Nodalpunktes ist von Kamera zu Kamera und von Objektiv zu Objektiv (bei Zoomobjektiven auch von Brennweite zu Brennweite) verschieden. Sie muß experimentell ermittelt werden.

Beispielhafte Berechnung des Parallaxenfehlers

Nachfolgend soll die Größe des Parallaxenfehlers abgeschätzt werden, wenn man auf den Einsatz eines Stativs mit Panoramakopf verzichtet. Ziel ist es, Situationen anzugeben, in denen der Parallaxenfehler auch ohne Panoaramakopf bedeutungslos ist. Diese Situationen lassen sich dadurch charakterisieren, dass man zu einer gegebenen Hintergrundentfernung (Entfernung des am weitesten entfernten Objekts) eine minimale Vordergrundentfernung (Entfernung des nahesten Objekts) angibt, die zu einem vernachlässigbaren Parallaxenfehler führt.

Dazu wird von zwei Einzelbildern ausgegegangen, wie sie oben skizziert wurden. Die damit implizierten Anforderungen sind sehr streng: Erstens erscheinen der Bildhintergrund und der Bildvordergrund auf dem Bildrand. Wenn man in der Aufnahmepraxis durch den Bildaufbau dafür sorgen kann, dass Motivteile auf denen dies der Fall ist, in der Bildmitte erscheinen, fällt der Parallaxenfehler natürlich geringer aus. Zweitens gibt es keinen Überlappungsbereich der beiden Aufnahmen. Je weiter aber die untersuchten Objekte vom Bildrand entfernt sind, umso geringer fällt der Parallaxenfehler aus. Die errechneten Parallaxenfehler können daher als Maximalfehler betrachtet werden.

Hier nun eine Illustration des Vorgehens: Angenommen die Hintergrundentfernung (Entfernung des fernsten Objektes im Bild; Objekt 2) sei 100m, die Brennweite des verwendeten Objektivs 18mm, der Nodalpunkt 85mm, so ergibt sich in Abhängigkeit von der Vordergrundentfernung (Entfernung des nahesten Objektes im Bild; Objekt 1) ein Parallaxenfehler, wie er in der nachfolgenden Abbildung dargestellt ist. Beispielsweise beträgt der Parallaxenfehler 58 Pixel (linker Rand der roten Kurve), wenn der Vordergrund nur 5 m entfernt ist. Die beiden roten Punkte markieren die Mindestentfernungen des Vordergrundes bei deren Unterschreitung der Parallaxenfehler höchstens 1 Pixel bzw. höchstens 0,5 Pixel beträgt (Basis ist eine digitale Spiegelreflexkamera mit APS-C-Sensor).


Für den Bereich einer Hintergrundentfernung (maximal entferntes Objekt) von 0,5 bis 4000 Meter wurde untersucht, wie nahe der Vordergrund (Objekt mit minimaler Entfernung) sein darf, damit der Parallaxenfehler kleiner als 0,5 Pixel wird. Ein Fehler dieser Größenordnung dürfte mit hoher Sicherheit keinerlei Probleme beim Stitchen bereiten. Interessiert man sich für ein Panoramamotiv mit Objekten in diesem Entfernungsbereich, kann auf den Einsatz eines Panoramakopfes und damit u.U. auch auf ein Stativ verzichtet werden.

Die Resultate sind in der nachfolgenden Abbildung für verschiedene Brennweiten des dem Beispiel zugrundeliegenden Zoom-Objektivs dargestellt. Beispielsweise zeigt sich, dass bei Verwendung der 18mm-Brennweite die Konstruktion eines Panoramas aus zwei Einzelaufnahmen, die ohne Panoramakopf aufgenommen wurden und Objekte mit einer Entfernung zwischen 538 m (Vordergrundentfernung) und 4000 m (Hintergrundentfernung) praktisch frei von Parallaxefehlern sind (rechtes Ende der oberen Kurve).


Ein weiteres Lesebeispiel zu diesem Nomogramm: Verwendet man die 70mm-Brennweite, hat eine Hintergrundentfernung von 500 m und eine Vordergrundentfernung von mindestens 169 m, kommt dem Parallaxenfehler ebenfalls keine praktische Bedeutung zu.

Problematischer ist der Nahbereich bis 10 m. Wie die folgende Ausschnittvergrößerung zeigt, kann man nur dann auf die Verwendung des Panoramakopfes verzichtet werden, wenn alle Objekte nahezu gleichweit von der Kamera entfernt sind.