Aufnahme, Herstellung von Stereobildern

Bei der Aufnahme von Stereobildern werden zwei Stereo-Halbbilder hergestellt, für jedes Auge eines. Während ein einzelnes Bild lediglich eine Vorstellung der räumlichen Perspektive vermittelt, erreicht man mit der beidäugigen Betrachtung von Stereobildern eine echte Wahrnehmung der dritten Dimension!

^{Bild 1:  Der Weg vom Motiv über die Stereoaufnahme bis zur stereoskopischen Betrachtung}

Die einfachste Möglichkeit, Stereobilder herzustellen, ist die Benutzung einer echten Stereokamera (3D-Kamera). Das ist eine Kamera mit zwei gleichen Aufnahmeobjektiven, die mit nur einem Auslösen beide Halbbilder gleichzeitig aufnimmt.

^{Bild 2: Zweiäugige echte Stereokamera}

Den Abstand der Objektive nennt man Stereobasis, sie soll für natürlich wirkende Stereoaufnahmen etwa 65mm (Augenabstand) betragen. Da zur Zeit auf dem Markt nur sehr wenige industriell produzierte echte Stereokameras zum Kauf angeboten werden, haben sich in der Stereoszene einige Alternativen etabliert:

→ Beim Kameragespann werden zwei gleiche Kameras nebeneinander montiert und per Fernsteuerung gleichzeitig ausgelöst. Dies kann mit einem externen Auslöser erfolgen, durch Eingriff in die Kamera oder mit einem für diese Aufgabe optimierten Firmwarehack (StereoData Maker).

^{Bild 3: Stereo-Gespann aus zwei gleichen Kameras}

→ Beim Spiegel-Rig werden 2 Kameras und ein halbdurchlässiger Spiegel so montiert, dass beide Kameras das Motiv in gleicher Weise sehen können, sich gegenseitig aber nicht behindern. Mit dieser Technik sind beliebig kleine Stereobasen möglich.

 ^{Bild 4: Spiegel-Rig Konstruktion aus zwei Kameras und einem halbdurchlässigen Oberflächenspiegel}

→ Falls das Motiv völlig statisch ist, können die linke und rechte Aufnahme auch nacheinander erfolgen. Die Kamera wird hierzu auf einen Schiebeschlitten befestigt und die Kamera zwischen den beiden Aufnahmen um die Stereobasis verschoben. Ideal für diese Technik sind Tabletop- und Makroaufnahmen, ungeeignet dagegen Landschaften, da vorüberziehende Wolken oder sich auch bei leichtem Wind bewegende Blätter beim Betrachten als störend empfunden werden.

Information: Die SIG DGS-Kamera entwickelt momentan auf der Basis des Rasperry Pi eine Stereokamera.

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Bildnachweise: Bild 1,4: © Gerhard P. Herbig, Bild 2: Fujifilm FinePix Real 3D W3, © Fujifilm Corporation, Bild 3: SonyNEX 3D, ©Co van Ekeren

Rahmung, Montage, Postprocessing

Alle drei Begriffe beinhalten mehr oder weniger das gleiche: die Beschneidung und gegenseitige Ausrichtung der beiden Stereohalbbilder. Erst durch die korrekte Anordnung wird aus zwei Stereohalbbildern ein vollwertiges Stereobild.

Während zu Analogzeiten eher von Rahmung oder Stereodiarahmung die Rede war, haben sich beim Digitalbild die Begriffe Montage, Stereomontage oder auch Stereobildmontage durchgesetzt.

Im kommerziellen Kinobereich gab es schon immer die „Postpro“ (Postprocessing), die alle nachrangigen Bildbearbeitungsprozesse umfasst. Für den 3D-Film muss diese Postpro nun mindestens um die stereoskopische Beschneidung und die gegenseitige Ausrichtung der Bilder erweitert werden.

Die Stereobildmontage setzt sich aus zwei Komponenten zusammen,
1.) der geometrischen Bildkorrektur und

2.) der stereoskopischen Beschneidung der Bilder an den linken und rechten Kanten.

1. Die geometrische Bildkorrektur

Die geometrische Bildkorrektur hat das Ziel, alle korrespondierenden Bildpunkte im linken und rechten Halbbild auf gleiche Höhe zu bringen. Falls diese Forderung nicht erfüllt ist, spricht der Stereoskopiker von Höhenfehlern. Ursachen für Höhenfehler können sein: ein simpler Höhenversatz der Bilder, unterschiedliche Größen oder Verdrehungen der Bilder aber auch unterschiedliche Auslösezeitpunkte der Kameras (Synchronfehler).

^{Bild 1: In einem korrekt montierten Stereobild darf es nur horizontale Verschiebungen korrespondierender Bildpunkte geben. Hier ist das linke Bild (deutlich) zu hoch montiert.}

Bei der geometrischen Bildkorrektur versucht man mit allen sich bietenden geometrischen Bildveränderungen, also Verschiebungen, Skalierungen, Rotationen, aber auch Scherungen und Trapezverzerrungen, die Höhenfehler bestmöglich im gesamten Bild herauszurechnen.

2. Die stereoskopische Beschneidung

Bei einer Stereoprojektion wird das Raumbild innerhalb einer Öffnung in einer scheinbaren Wand wahrgenommen. Diese Öffnung wird Scheinfenster genannt. Durch die stereoskopische Beschneidung der Halbbilder wird die Lage des Raumbildes relativ zu diesem Scheinfenster festgelegt.

Ob ein Objekt hinter dem Scheinfenster, im Scheinfenster oder vor dem Scheinfenster zu sehen ist, ist ausschließlich von der stereoskopischen Beschneidung abhängig und nicht von der Aufnahme selbst!

^{Bilder 2a,b,c: Das gleiche Stereobild mit drei verschiedenen Scheinfenstermontagen: hinter dem Scheinfenster, im Scheinfenster und vor dem Scheinfenster.}

Für die Entscheidung, wo das Motiv in Relation zum Scheinfenster angeordnet werden soll, ist der Begriff Scheinfensterrahmung üblich. Obwohl naturgemäß ein kreativer Akt, kann auch diese Aufgabe heute von automatischer Montagesoftware übernommen werden.

3. Montagesoftware

Mit geeigneter Software kann sowohl die geometrische Bildkorrektur als auch eine geeignete Scheinfenstermontage vollautomatisch durchgeführt werden. Dies ist sowohl für einzelne Stereobilder, komplette Verzeichnisse mit Stereobildern sowie auch für Stereovideos möglich.

An dieser Stelle sollen zwei Programme für diese Aufgaben genannt werden:
Der StereoPhoto Maker ist Freeware und deshalb besonders für den Einstieg in die wunderbare Welt der Stereoskopie geeignet. COSIMA steht für COrrect Stereo IMAges und ist ein kommerzielles Softwareprodukt eines DGS-Mitgliedes. Für die Innovation der vollautomatischen Stereobildkorrekur wurde Cosima von der DGS 2006 der Deutsche Raumbildpreis verliehen.

Information: Es ist geplant, die mathematische Theorie zur Stereobildmontage in der SIG Stereobild- und Videokorrektur aufzuarbeiten. Diese SIG hat noch nicht begonnen.

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_{Bildnachweise: ©Gerhard P. Herbig}

Wiedergabe, Betrachten von Stereobildern

Jedes Verfahren, das in der Lage ist, das linke Halbbild auschließlich dem linken Auge zu zeigen und das rechte Halbbild auschließlich dem rechten Auge, ist zur Raumbildwiedergabe geeignet. Trennt man die Methoden nach dem Darstellungsmedium, kommt man auf folgende grobe Einteilung:

A. Methoden für 2D-Medien (z.B. Druck)

1. Stereoblick (free viewing)
2. Stereobetrachter mit Linsen (Lorgnette)
3. Kreuzblick
4. KMQ
5. Anaglyphenverfahren

B. Methoden, bei denen das Bild auf einem Monitor gezeigt wird

1. Polarisationsmonitor
2. Shuttermonitor
3. Spiegelbox (Co-Box)

C. Methoden, bei denen das Bild mit einem Projektor auf eine Leinwand projiziert wird

1. Polarisations-Projektion
2. Shutter-Projektion
3. Infitec-Projektion

A1. Stereoblick (free viewing)

Bis etwa 6 cm Bildgröße lassen sich nebeneinander angeordnete Stereobilder ohne jedes weitere Hilfsmittel direkt betrachten. Die DGS verwendet diese Methode in ihrem stereo journal oder auch auf dieser Homepage. Die Augen schauen dabei parallel ins Unendliche, müssen aber in die Nähe fokussieren. Eine kleine Anleitung zum Erlernen dieser Methode findet man hier.

^{Bild 1: Beim Stereoblick betrachtet das linke Auge nur das linke Bild und das rechte Auge nur das rechte Bild.}

A2. Stereobetrachter mit Linsen (Lorgnette)

Verwendet man zusätzlich eine Brille mit Sammellinsen, müssen die Augen nicht mehr auf die Nähe fokussieren, sondern können entspannt in die Ferne schauen. Das Scharfstellen auf die Nähe übernimmt jetzt die Stereobrille. Dies passt auch wesentlich besser zur parallelen Augenstellung und ermöglicht deshalb ein  entspanntes Stereosehen. Beim Holmes-Stereoskop werden Prismenlinsen eingesetzt, um die Bildgröße auf etwa 70 bis 75 mm zu steigern.

^{Bild 2: Mit den Sammellinsen in der Lorgnette müssen wir nicht mehr auf die Nähe fokussieren und können nebeneinander gedruckte Stereobilder ohne Anstrengung genießen.}

A3. Kreuzblick

Da uns Menschen eine divergente Augenstellung unangenehm ist (sofern überhaupt möglich), lässt der freie Stereoblick keine größeren Bilder als etwa den Augenabstand zu. Tauscht man aber linkes und rechtes Stereobild aus, kann man mit extremem nach innen Schielen auch größere Bilder betrachten.

^{Bild 3: Wer den Kreuzblick beherrscht, kann auch große Bilder freiäugig ohne Brille in 3D betrachten.}

A4. KMQ

Die Erfinder des KMQ-Verfahrens (benannt nach den Erfindern Christoph Koschnitzke, Reiner Mehnert und Peter Quick) haben das linke und rechte Halbbild  nicht nebeneinander, sondern übereinander angeordnet. Entsprechende Prismen in der KMQ-Brille lenken den Strahlengang so ab, dass die beiden Halbbilder wieder zu einem Stereobild verschmolzen werden können.

^{Bild 4: Mit Hilfe einer Prismenbrille können die Halbbilder auch übereinander angeordnet werden.}

A5. Anaglyphenverfahren

Färbt man (zum Beispiel) das linke Bild rot und das rechte Bild cyan ein und druckt beide Bilder übereinander, lassen sich beim Betrachten die Halbbilder wieder trennen, wenn man eine entsprechende Brille mit Farbfilterfolien (Anaglyphenbrille) benutzt. Da die Farbe zur Trennung der Bilder benötigt wird, können die betrachteten Objekte selbst nicht mehr farbig sein.

^{Bild 5: Mit der roten Seite der Brille sehen wir nur die roten (linken) Bildanteile und mit der blau-grünen Seite nur die blau-grünen (rechten) Bildanteile.}

B1. Polarisationsmonitor

Die 3D-Monitore und 3D-Fernseher mit passiver 3D-Technik arbeiten mit (zirkular) polarisiertem Licht. Hierbei werden (z.B.) alle Zeilen mit geraden Zeilennummern links herum polarisiert und alle Zeilen mit ungeraden Zeilennummern rechts herum. Mit entsprechender Polfilterbrille sieht dann das linke Auge nur die geraden Zeilen und das rechte Auge nur die ungeraden. Die entsprechende Aufbereitung des Stereobildes übernimmt entweder die Software zur Anzeige des Bildes (also der Player) oder der 3D-Fernseher selbst.

^{Bild 6: Passive Polarisationsbrille mit modernem schlanken Design.}

B2. Shuttermonitor

Bei der Shuttertechnik werden das linke und das rechte Bild abwechselnd angezeigt. Da bei dieser Technik die 3D-Brille auf den Bildwechsel synchronisiert werden muss, nennt man sie auch aktiv.

^{Bild 7: Aktive Shutterbrille von Nvidia, die Elekronik ist im Gestell integriert!}

B3. Spiegelbox (Cobox)

Ähnlich wie beim Kamera-Spiegel-Rig (siehe Technik - Aufnahme), lassen sich unter Verwendung eines halbdurchlässigen Spiegels auch zwei normale Computermonitore zu einem 3D-Sichtgerät anordnen. In Würdigung des niederländischen 3D-Pioniers Co van Ekeren werden diese Sichtgeräte auch Coboxen genannt. Zur Bildtrennung wird die schon vorhandene Polarisation der Monitore verwendet, so dass außer der Polfilterbrille keine weiteren optischen Elemente mehr notwendig sind.

^{Bild 8: Strahlengang bei der Cobox. Viele handelsübliche Monitore besitzen ab Werk schon die richtige Polarisation.}

C1. Polarisations-Projektion

Diese Methode wird in gleicher Weise für analoge Dias angewendet wie auch für digitale Inhalte. Das Bild zweier Projektoren respektive zweier Beamer wird hierbei übereinander auf die Leinwand projiziert. Zur Trennung der Bildinformation verwendet man linear oder zirkular polarisiertes Licht. Damit die Projektionsleinwand das Licht nicht wieder depolarisiert (und die beiden Bildinformationen untrennbar miteinander vermischt), benötigt sie eine metallisierte Oberfläche („Silberleinwand“).

^{Bild 9: Anordung zur Projektion mit zwei Beamern. Zur Lichttrennung wird hier linear polarisiertes Licht verwendet. In dieser Weise finden auch die Projektionen bei den DGS-Veranstaltungen statt.}

C2. Shutter-Projektion

Beide Halbbilder kommen aus einem Projektor, abwechselnd für das linke und das rechte Auge. Die Trennung könnte dann mit einer Shutterbrille (siehe oben) erfolgen, die ebenfalls abwechselnd den linken und rechten Sehstrahl freigibt. Häufig werden die Bilder noch zusätzlich polarisiert, dann reicht zur Bildtrennung eine preisgünstige Polbrille aus und auf eine aufwändige und wartungsintensive Shutterbrille kann verzichtet wetrden.

C3. Infitec-Projektion

Die deutsche Firma Infitec ® ist die Erfinderin der Bildtrennung mit Interferenzfiltertechnik. Nach aktuellem Stand werden für das rechte Bild die mittleren Spektralbereiche der 3 Grundfarben verwendet und für das linke Bild deren Ränder. Obwohl ähnlich wie bei der Anaglyphentechnik zur Bildtrennung die Farben benutzt werden, sind Farbunterschiede im linken und rechten Bild so gut wie nicht mehr feststellbar. Die Interferenzfiltertechnik benötigt keine Silberleinwand und kann im weiteren mit guter Löschung und geringen Transmissionsverlusten der Interferenzfilterbrillen punkten. Sie hat durch die Fa. Dolby ® 3D weltweite Verbreitung gefunden.

^{Bild 10: Farbtrennung beim Interferenzfilterverfahren nach Infitec. In beiden Halbbildern sind alle 3 Grundfarben vorhanden.}

Übersichts-Tabelle

Information: Die SIG Projektion beschäftigt sich mit allen technischen Aspekten der Polarisations-Projektion mit 2 Beamern.

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_{Bildnachweise: ©Gerhard P. Herbig}