что такое панорамная камера

Глядя на последние снимки, невольно вспоминаешь песенку Высоцкого:

Подводные камни

Проблема воды

Кроме цветных бликов, связанных с тем, что время регистрации в разных каналах не совпадает, фронт волны еще и изгибается и больше напоминает действие брошенного камня, а не ветра.

Проблема листвы

Основная проблема заключена в том, что листья колышутся ветром, но с регистрацией цвета тоже есть проблемы, как было показано в предыдущей части. Листва, возможно, один из самых сложных объектов. Проблемы ее съемки занимают фотографов практически с самого зарождения фотографии. В 1895 году в статье «Фотография природы и фотография в природе» К.А.Тимирязев писал: «Еще недалеко то время, когда фотографический ландшафт представлял нам под однообразно белым небом еще более сплошную черную массу растительности, то есть лишал природу всей ее обычной прелести». Как видно, если читать дальше эту статью, уже 110 лет назад проблема листвы в серебряной фотографии была решена. Однако новые способы регистрации снова подняли проблему листвы, но уже с другой стороны — с инфра-красной, хотя в той же статье весьма образно отмечено, что проблема, возможно, не в природе, а в фотографе: «Итак, для того, чтобы получить верное изображение зеленых частей ландшафта, оказалось необходимым сообщить чувствительной поверхности наших пластинок дополнительную окраску — фиолетовую или, вернее, пурпурную, при помощи эозина, цианина или какого другого пигмента. Факт этот уже более или менее известен каждому фотографу (а кто теперь не фотограф?), но далеко не всякому известен другой, неизмеримо более важный факт, — что в тот момент, когда мы фотографируем зеленую листву, в ней самой происходит фотографический (то есть фотохимический) процесс, от которого зависит существование жизни на земле, а следовательно, и наше собственное. Случай, впрочем, не редкий; мы на каждом шагу изучаем и высоко ценим то, что служит только для нашего удовольствия или приятно щекочет наш ум, и не имеем никакого представления о том, без чего не прожили бы и одного дня; многие даже гордятся полною бесполезностью своих знаний и занятий и высказывают высокое презрение к тем знаниям, которым порою обязаны даже своею жизнью».

Лист был прикрыт трафаретом в прорезью в виде надписи «свет», и после обработки йодом, окрашивающим крахмал, эта надпись запечатлелась. Опыт воспроизводит эксперименты К.А.Тимирязева, сделанные в конце 19 века.

Проблема автомобилей

Движущиеся автомобили превратились в «пешеходов». Камера вращается справа налево, поэтому машины, движущиеся в противоположном направлении по ближней полосе, тоньше встречных, едущих по дальней.

При съемке в черно-белом режиме камера вращается быстрее, и машины регистрируются уже не точками, а как бы претерпевают «релятивистское» сжатие.

Проблема полос

Чувствительность соседних фотоприемников немного отличается, плюс к тому перед некоторыми из них могут быть пылинки, все это приводит к череде полос во всю ширину кадра. При сканировании эта проблема решается за счет калибровки — сканирования специальной однородно окрашенной карты. Придумать эффективный метод калибровки камеры с имеющимся у меня драйвером мне пока не удалось. Но если пыль — это абсолютное зло, то различие чувствительности можно попытаться использовать для увеличения динамического диапазона.

Преобразуем 8-битное изображение с 256 оттенками в 16-битное с 65 тысячами и применяем фильтр сглаживания поверхности (Surface Blur):

После этого уменьшаем высоту кадра для получения правильных пропорций и, изменяя гамму, пытаемся проработать детали в тенях. Далее снова преобразуем в 8 бит.

В результате детали в тенях стали более выражены и переходы между полутонами стали плавными.

О достигнутом, возможном и желаемом

Получившаяся камера при съемке неподвижных объектов дает вполне хорошее изображение, которое для многих задач и не требует дальнейшего улучшения. Тем не менее, возможен ряд усовершенствований, которые расширят возможности и этого типа съемки. Например, можно сделать подвижку объектива в вертикальной плоскости. Для объектива Рыбий глаз типа Пеленг это не имеет никакого смысла, поскольку его поле изображения меньше длины линейки светочувствительных элементов. Для более длиннофокусных объективов это становится уже актуальным, потому что, сдвинув объектив вверх, можно более рационально использовать площадь светочувствительного элемента и уменьшить перспективные искажения. Т.е. если мы снимаем с уровня земли высотное здание, то можно добиться того, что тротуар не будет занимать половину кадра, а нижняя часть изображения будет соответствовать фундаменту здания.

Кроме того, безусловно, можно существенно усовершенствовать интерфейс общения с камерой. К сожалению, большинство драйверов не являются продуктами с открытыми исходными кодами. Тем не менее, написание собственного драйвера не столь уж непреодолимая задача. Среди множества сканеров, с которыми я встречался, данный является одним из наиболее примитивных по возможностям своего драйвера. Поэтому фактически надо было бы довести его возможности до сравнимых с драйвером хорошего планшетного сканера. Т. е. сканер должен обладать возможностью выбора линейки, которая используется для сканирования в монохромном режиме. В нашем варианте всегда используется линейка с зелеными фильтрами. Необходимо, чтобы была возможность изменять время экспозиции каждой строки. Кроме того, ряд пожеланий к драйверу продиктован уже тем, что мы все-таки занимаемся панорамной фотографией, а не сканированием. Т.е. желательно, чтобы в окне просмотра во время сканирования изображение было повернуто на 90 градусов. Желательно также иметь три отдельных окна, для каждого из каналов, показывающих фрагмент изображения, соответствующий центру линейки, в масштабе 1:1. Это позволит более четко контролировать резкость изображения, а также ошибки экспозиции. Учитывая, что при использовании разных объективов отношение сторон кадра будет изменяться, необходимо, чтобы была возможность раздельно задавать разрешение по вертикали и по горизонтали. В этом случае для получения максимального качества вертикальное разрешение будет соответствовать числу чувствительных элементов в линейке, а горизонтальное разрешение будет задаваться в зависимости от фокусного расстояния объектива. Чем более длиннофокусный объектив, тем больше шагов необходимо сделать при повороте на единичный угол. На мой взгляд, этот вариант куда более эффективен, чем использование редуктора с изменяемым передаточным числом. В идеале было бы вообще отказаться от редуктора и поставить камеру на ось мощного шагового двигателя, например, ультразвукового мотора, как это используется в некоторых системах автофокусировки объективов.

Для работы со снимками, сделанными панорамной камерой, требуется и некое изменение программ обработки. Анизотропия снимка делает желательным иметь возможность задавать разные параметры для строк и столбцов пикселей. Это относится в первую очередь к возможности коррекции виньетирования и дисторсии, а также к различным фильтрам, применяемым для сглаживания.

И все же основные проблемы связаны со временем получения круговой панорамы. Ясно, что у цифровой панорамной камеры время цветного сканирования может быть доведено до времени монохромного сканирования. Передача информации с трех или одной линейки — это вопрос пропускной способности порта. На сегодняшний день существует возможность обеспечить необходимую пропускную способность. А вот в случае монохромного сканирования возможности уменьшить время съемки панорам не столь радужны. У пленочных панорамных камер процесс экспонирования практически идентичен экспонированию за шторным затвором. Перед пленкой пробегает щель, выдержка определяется скоростью движения щели и ее шириной. Таким образом, можно увеличить скорость съемки, не изменяя выдержку, увеличив как скорость движения щели, так и ее ширину. В случае цифровой камеры принципиальным ограничением является то, что ширина щели равняется одному пикселю, поскольку объектив вращается одновременно с линейкой. Чтобы получить полный аналог пленочной камеры, нам пришлось бы изготовить матрицу с панорамным отношением сторон, да еще изогнутую в виде поверхности цилиндра. Система же с линейкой позволяет увеличить скорость только за счет уменьшения выдержки. Причем увеличение скорости будет не прямо пропорционально уменьшению выдержки, поскольку время тратится не только на экспонирование, но и на поворот камеры. Данный образец камеры в яркий солнечный день позволяет снимать с диафрагмой F:16. Относительно безболезненно можно увеличить диафрагму в 16 раз. Если считать, что время, затрачиваемое на поворот и на экспозицию, примерно равны, то можно довести время сканирования круговой панорамы приблизительно до 10 секунд. Дальнейшее уменьшение времени съемки потребует увеличения чувствительности матрицы, но, вероятно, мы очень быстро упремся в сложности с механикой, поскольку нам придется очень быстро и без вибраций поворачивать камеру. В данной модели мы экспонируем каждую строку в тот момент, когда камера остановлена. Возможно, что для увеличения скорости придется перейти к режиму, когда камера непрерывно вращается, и экспонирование происходит без ее остановки.

Для ночной съемки актуальна обратная задача: увеличение экспозиции каждой строки и соответственно увеличение общего времени съемки круговой панорамы. Но и здесь в отличие от пленки существует предел. Вероятно, не имеет смысла экспонировать каждую строку дольше одной десятой секунды.

В общем, панорамная камера — это еще один инструмент в руках фотографа, в ряде случаев он может быть незаменим, а во многих других съемка объективом «Рыбий глаз» или сшивка из нескольких кадров даст лучший результат и потребует меньших усилий.

Источник

Панорамная камера

В соответствии с определением, данным в энциклопедическом справочнике «Фотография» (издательство «Белорусская Академия», Минск, 1992), «к панорамным фотоаппаратам относятся камеры, в которых съемка происходит при поворачивании объектива в горизонтальной плоскости вокруг оси, перпендикулярной оптической оси аппарата и проходящей через заднюю главную точку, а соотношение сторон кадра составляет не менее 2:1. Изображение объекта съемки формируется на светочувствительном материале, расположенном по дуге окружности». Таким образом, камеры с плоским пленочным каналом, типа FUJI GX617, Linhof Technorama 617, Hasselblad XPAN, с точки зрения конструкции, к панорамным камерам не относятся. Панорамными их делает формат кадра, вырезанный из круглого поля, создаваемого объективом.

История отечественных панорамных камер выпускаемых серийно, вероятно, начинается с камеры ФТ 2, созданной героем социалистического труда Федором Васильевичем Токаревым, хорошо известным широкой публике по своему другому творению — пистолету ТТ. Главный конструктор фототехники КМЗ Е.В. Соловьев, кстати, разработавший несколько собственных панорамных камер, был не очень высокого мнения о ней, но судьба серийного производства редко определяется достоинствами конструкции. Камерам ФТ, выпускавшимся на Красногорском заводе, унаследовали камеры Горизонт (конструкция: Литавин В.В., Кутепов Э.Н., Падалко А.Я., Шуваева А.Н. Начинали работу с аппаратом Падалко и Мельников). Модель Горизонт S3 выпускается и поныне. Кроме панорамных аппаратов, снимающих на 35 мм пленку, под именем Горизонт выпускался и Горизонт 205 PC, среднеформатный. Мне не довелось поработать с этими аппаратами, а эпоха пленки постепенно закончилась. И захотелось понять, что подобная конструкция может дать цифровым аппаратам. В книге Ли Фроста «Панорамная фотография» упоминаются и цифровые панорамные камеры фирм Seitz (Roundshot) и Spheron. К сожалению, на тестирование нам их пока представлять никто не собрался, причина, возможно, в цене. Камера Roundshot Superdigital II стоит 8670 швейцарских франков. Ее вертикальное разрешение 2700 пикселей. Работает она совместно с ноутбуком. Исходя из всего вышесказанного, я попытался сделать собственную камеру, которая должна была стать не столько рабочим инструментом, сколько макетом для оценки технических возможностей подобных камер. История создания

Итак, Алексей Федорчук мне подарил протяжный сканер Paragon Page Express Color. Этот сканер также известен под названием Sheetfed Scanner SFC-II.

Сканер был в прекрасном состоянии и мог бы работать, наверное, долгие годы, если бы не одно но. Он рассчитан на работу с параллельным портом, которого у меня, скажем, ни в одном компьютере уже нет, а во вторых, последний драйвер для него написан под Windows 95. Он еще работает с Windows Mе, но, естественно, не желает работать с XP. Кроме того, существует еще несколько драйверов под Windows NT, но многие из них корявые изначально, они носят приставку бета, и все они при попытках установить их с Windows XP, вызывают синий экран смерти. Но все это было потом. Изначально сканер был опробован на стареньком ноутбуке Mitaс 5026 под Windows 98, и несмотря на некоторое сожаление, было принято решение, что больше он нам не понадобится и его можно разбирать. Сожаление, поскольку подобные модели более не выпускаются, а интересны они тем, что могут сниматься с подставки и сканировать, например, географические карты произвольной длины.

Чтобы принципиально опробовать возможности панорамной съемки с помощью сканера, оказалось достаточно снять со сканера корпус, вытащить все зеркала, сдвинуть объектив вглубь оправы, чтобы получить возможность сфокусироваться на бесконечность, и слегка переделать редуктор, добавив шестерни из сломанного привода для CD.

Собственно, для панорамной камеры редуктор — это половина успеха. Поэтому, возможно, стоило создать и совсем другой привод. Это не очень сложно, но трудоемко, и поэтому пока перспективы возможности использования камеры были не определены, решили не тратить на него время, и остановиться на том, что удалось создать на коленке. Были использованы шестерни редуктора сканера, но они были переставлены в другом порядке, что позволило увеличить передаточное число. Последняя шестерня этого редуктора сопрягается с большой неподвижной шестерней, взятой от привода CD. Сквозь эту шестерню проходит несущая стальная ось, вокруг которой вращается вся конструкция. Ось подвижно закреплена в бруске из твердой породы дерева, в котором сперва было просверлено отверстие чуть меньшего, чем ось, диаметра, а потом оно было притерто до диаметра оси. Для этого ось была закреплена в электродрели и с вращением загнана в отверстие. Дерево вокруг отверстия было пропитано машинным маслом. Получился весьма качественный подшипник скольжения. Редуктор обеспечивает нормальные пропорции кадра при использовании объектива с фокусным расстоянием 8 мм. При использовании более длиннофокусной оптики кадр получается сжатым. Поскольку редуктор имеет постоянное передаточное число, то единственным способом регулировки является изменение числа шагов. Для объектива с фокусным расстоянием 16 мм разрешение сканирования увеличивается в два раза. При этом записывается вдвое большее число строк, а число точек в строке становится вдвое больше, чем число чувствительных элементов. При последующей обработке в графическом редакторе размер по вертикали уменьшается и мы получаем правильные пропорции, и все точки изображения снова становятся истинными, а не интерполированными. Поскольку ось жестко закреплена относительно линейки чувствительных элементов, то упомянутое в начале статьи условие, что ось должна проходить через заднюю главную точку, соблюдается только для объектива Пеленг. Однако при съемке достаточно удаленных объектов более длиннофокусными объективами несоблюдение этого условия практически не сказывается на результатах.

Система сразу заработала и дала столь приличный результат, что захотелось довести камеру до состояния, позволяющего снимать не только в лабораторных условиях, но и на выезде. И тут оказалось непаханое поле, усеянное граблями, на каждые из которых, к сожалению, пришлось наступить. Ниже приведена миниатюра первой полученной цветной круговой панорамы.

Более естественное восприятие получается если рассматривать панораму по частям с помощью, например, программы просмотра из комплекта PhotoVista. В данном случае используется вариант, требующий поддержки броузером Java.

Грабли первые. Порт LPT.

В моем переносном компьютере Fujitsu LifeBook P2110 параллельного порта нет. Попытка подсоединиться через переходник USB-LPT ни к чему не привела, компьютер видел его исключительно как принтерный порт. Поэтому была приобретена карта CI-66201 1P SPP/EPP/ECP CardBus Card по цене за дешевенький планшетный сканер. (Вообще-то можно было сразу купить за эти деньги планшетный сканер USB и переделывать уже его. В оптическом и механическом смысле в этом случае принципиальных отличий не предвидится. Но свои грабли опять же лежат на поле драйверов. Большинство планшетных сканеров перед началом сканирования производят самокалибровку по белой полоске, наклеенной снизу на стекло. Если сканер разобрать, то без калибровки он обычно работать отказывается. Протяжные же сканеры калибруются по специальной карте, результаты калибровки записываются в файл и в дальнейшем используются при сканировании. То есть, при отсутствии возможности прокалибровать сканер, его можно обмануть, подсунув ему некий файл с набором чисел).

На коробке было написано Supports Windows XP, 2000, 2003. Но поскольку на диске были и драйвера под Windows 98/ME, то я решил установить на компьютер ME (поскольку драйвер для Windows 95, который с ней работает, меня вполне устраивал) и попробовать запустить систему. Но не тут-то было. В реестре в разделе Ports (Com & LPT) порт появился, но без номера. И ни принтер, ни сканер его видеть не пожелали. В общем, после недели мытарств, единственная комбинация, которая как-то работала, т.е. увидела и порт, и сканер, оказалась Windows 2000 с драйвером сканера для NT. К сожалению, первая версия, которую мне удалось найти, по закону бутерброда оказалась той самой бетой, которая работать без файла калибровки (как это делала версия под Windows 95) могла с большой натяжкой. Создавалось впечатление, что из возможных 256 оттенков в каждом цвете используются от силы 30. Кроме того, чувствительность синего, зеленого и красного каналов при дневном свете очень сильно различалась. Наилучший художественный эффект получался при черно-белом изображении, полученном путем вычитания одного канала из другого 🙂

Попытка подсунуть сканеру некий калибровочный файл, всего каких-то 18 КБ, т. е. 18000 чисел, дала много интересных результатов, но ни одного удовлетворительного. К счастью, в этот момент мне попалась еще одна версия драйвера, которая показывала результаты аналогичные драйверу под Windows 95. И на этом я счел борьбу с аппаратной частью компьютера законченной. Первые попытки съемки

Собственный объектив сканера не имеет изменяемой диафрагмы. Поэтому регулировать экспозицию можно либо через меню драйвера (что оказалось у данной модели не очень эффективно, поскольку эффект больше напоминал коррекцию в Photoshop, чем изменение выдержки), либо используя нейтральный фильтр. Матрица сканера оказалась достаточно чувствительной. По грубым оценкам (делим время сканирования в монохромном режиме на число строк), экспозиция каждой строки менее 1/60 секунды. При этом, учитывая, что диафрагма объектива нам известна, можно оценить чувствительность линейки в 100 ISO. Это число достаточно условно, поскольку спектральная чувствительность сильно смещена в инфракрасную область, и справедливо для съемки при дневном освещении с теплофильтром, установленным перед объективом.

Ниже приведены фотографии основной платы сканера и линейки светочувствительных элементов.

Длина рабочего участка линейки 28 мм.
Он состоит из 3 линеек по 2550 чувствительных элементов в каждой.

Как видно, чувствительный элемент состоит из трех линеек, закрытых синим, зеленым и красным светофильтрами. Т. е. сканирование одного и того же участка в разных спектральных диапазонах происходит через несколько шагов мотора. И это число шагов для листа бумаги, который протягивает сканер, и для объектов, попадающих в кадр при повороте объектива, не совпадает. Поэтому после съемки надо сдвинуть изображение в красном и синем каналах до совпадения с зеленым. Процедура оказалась достаточно простой и, в принципе, она может быть автоматизирована.

О том, как получилась та камера, что изображена в начале статьи, как и что с ее помощью можно снять и как добиться приемлемой автономности, будет подробно изложено в следующих частях данной статьи.

Источник

• ← что такое офп в хоккее
• в какой пропорции разводить томатную пасту для томатного соуса →