Панорамная фотография с бесплатным программным обеспечением и дешевым оборудованием: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Панорамные фотографии используются для создания изображений сцен, которые слишком велики, чтобы поместиться в обычный объектив камеры, или даже слишком велики, чтобы человеческий глаз мог увидеть их за один раз. Самые известные панорамы - это снимки природных ландшафтов с геологическими объектами или горизонтами городов, но они также полезны для больших снимков внутри зданий. Панорамы почти так же стары, как и сама фотография. Профессиональные фотографы и изобретатели с девятнадцатого века создавали чрезвычайно широкоугольные фотографии, используя различные методы, но до недавнего времени для этого требовалось дорогостоящее специализированное оборудование и методы обработки. За прошедшие годы было создано несколько типов панорамных камер, которые экспонируют большой лист пленки, перемещая по нему линзу или экспонируя через фиксированный объектив с очень широким углом обзора. Среди последних нововведений в фотографии - цифровые камеры и компьютеризированная обработка изображений., которые сделали возможной еще одну технику панорамной фотографии: сшивание изображений. Сшитые панорамы обеспечивают гораздо большую гибкость, чем старые панорамные камеры, и вполне укладываются в бюджет любого фотографа-любителя. Сшитая панорама начинается с серии снимков через стандартный объектив с камерой в том же месте, с той же экспозицией, но лицом в разные стороны. Затем компьютерное программное обеспечение анализирует отдельные изображения, чтобы определить, какому углу соответствует каждое из них, и, наконец, объединяет все изображения в единую бесшовную панораму.

Шаг 1. Необходимые инструменты

Для этого проекта вам понадобится несколько инструментов. К счастью, все они либо бесплатны, либо их легко найти. Первое, что бросается в глаза - это цифровая камера. Хорошая зеркальная фотокамера, конечно, лучше всего, но можно использовать и некоторые недорогие компактные камеры с некоторыми соображениями: современные компактные камеры позволяют легко делать хорошо экспонированные снимки любой сцены, управляя настройками датчика, затвора и объектива. автоматически с использованием встроенного замера освещенности. Это замечательно в большинстве случаев, когда вы делаете отдельные снимки, но если вы сделаете два снимка одного и того же объекта под разными углами, яркость, фокус и цвета могут быть разными. Поскольку панорамы требуют нескольких изображений под разными углами для идеального совпадения, вам понадобится камера с ручным режимом диафрагмы / затвора / баланса белого. Некоторые камеры (в том числе некоторые модели Canon и Olympus) даже имеют специальный режим панорамы, который блокирует настройки экспозиции для серии снимков и имеет визуальное руководство для наложения изображений. Штатив, хотя и не является строго необходимым, значительно упрощает съемку панорам. особенно для очень широких сцен или в помещении. Штатив с поворотной головкой позволяет вращать камеру, не меняя ее положения, что на удивление сложно сделать с ручной камерой (по крайней мере, если вы об этом не думаете) Штативы с шаровой головкой, как и многие миниатюрные портативные модели, не работают, так как вы не можете плавно вращать камеру без ее движения вверх или вниз. Программная часть этого проекта обрабатывается несколькими различными программами, все из которых являются бесплатными и доступны для большинства операционных систем. Hugin - это программа, которая управляет всем процессом сшивания изображений. Большая часть фактической работы выполняется другими программами, но hugin предоставляет удобный способ вызвать каждую из них и обычно сообщает вам, что делать дальше, если вы заблудились. (https://hugin.sourceforge.net) Hugin основан на наборе приложений и библиотек под названием Panorama Tools, включая библиотеку libpano и важные программы PToptimizer и PTStitcher. Большинство инструментов panotools теперь имеют открытый исходный код (https://panotools.sourceforge.net/), за исключением PTStitcher. Однако доступны две программы замены: PTmender, доступный на веб-сайте panotools, и nona, который входит в состав hugin. Еще два приложения не являются частью panotools, но могут использоваться с hugin, чтобы ваши панорамы выглядели лучше: Autopano (или autopano-sift) автоматизирует первый шаг панорамы, находя контрольные точки, связывающие пары изображений вместе. Вы можете сделать это вручную, если у вас хватит терпения (и вы, вероятно, захотите очистить его после автопано, чтобы получить наилучший результат). Существует несколько различных реализаций автопано, последняя из которых - автопано-SIFT-C (доступна по адресу веб-сайт hugin) Enblend - еще один дополнительный инструмент для улучшения конечных результатов не очень идеальных панорам. Там, где два изображения встречаются в сшитом изображении, часто будут видны швы или объекты, которые находятся в немного разных местах. Enblend может заменить эти швы плавными переходами. Последние версии enblend также включают связанный (использующий некоторые из тех же математических расчетов) инструмент под названием enfuse, который использует смешивание экспозиции для объединения изображений одной и той же сцены с разной экспозицией для создания единого смоделированного изображения с высоким динамическим диапазоном. (https://enblend.sourceforge.net/) Универсальное приложение для редактирования растровых изображений полезно для окончательной последующей обработки, обрезки или печати ваших панорам. GIMP - популярный бесплатный инструмент, подходящий для этого (https://www.gimp.org/)

Шаг 2: Обзор

Это руководство будет охватывать следующие шаги для создания панорам: 1. Получение исходных фотографий. Все изображения должны быть сняты камерой в одном и том же положении и с одинаковыми настройками экспозиции (если вы не используете смешивание экспозиции). Определите контрольные точки. Пары контрольных точек используются, чтобы выяснить, как изображения будут соответствовать друг другу. Каждая пара контрольных точек определяет либо две точки на разных изображениях, которые относятся к одной и той же точке сцены, либо две точки на одном изображении, которые должны быть горизонтальной или вертикальной линией на конечном изображении. Контрольные точки можно размещать вручную или автоматически с помощью автопанорамирования. Оптимизируйте панораму. Программа PToptimizer использует контрольные точки, чтобы вычислить, какому положению (выраженному углами тангажа, крена и рыскания) соответствует каждое изображение, а также сколько искажений было внесено объективом камеры. Предварительный просмотр, редактирование контрольных точек, повторная оптимизация, GOTO 10. Первый результат не будет идеальным. Вам может потребоваться добавить, удалить или переместить контрольные точки, добавить направляющие для сохранения правильной ориентации горизонтальных и вертикальных структур, выбрать, какую проекцию вы хотите использовать, или настроить поле обзора, чтобы включить только те части ваших изображений, которые вы хочу.5. Сшиваем изображение. Здесь и происходит настоящая работа. Программа сшивания берет ранее рассчитанные положения изображения и переназначает каждый пиксель входных изображений из его исходной проекции в то место, где он должен быть в окончательной панораме. На выходе будет либо одно объединенное изображение, либо серия изображений, каждое из которых содержит пиксели ровно из одного исходного изображения, которые будут объединены позже. Смешайте сшитые изображения, чтобы они выглядели более красивыми. На сшитом выводе обычно требуется некоторая дополнительная обработка, чтобы очистить швы, где изображения не совпадают идеально, или другие неровности. Enblend и enfuse - это автоматизированные инструменты, которые hugin использует на этом этапе, или вы можете сделать это вручную в редакторе изображений, таком как GIMP.

Шаг 3: фотографирование

Возьмите цифровую камеру, убедитесь, что у вас есть карта памяти и новый набор батареек, и найдите хорошую сцену, чтобы сделать панораму. Снимать панорамы несложно, но есть несколько простых вещей, которые вы можете сделать, чтобы избежать типичных ошибок. Убедитесь, что вы используете ручной режим камеры или режим панорамы. Чтобы ваши изображения были правильно сшиты вместе, их нужно экспонировать точно так же, чтобы каждый объект отображался с одинаковым цветом и яркостью на всех изображениях. Если вы используете ручной режим, убедитесь, что чувствительность (ISO), выдержка, диафрагма (F-стоп), баланс белого и, желательно, фокусировка одинаковы для каждого изображения в вашей панораме. Если у вашей камеры есть режим панорамы, она должна позаботиться об этом за вас. Использование вспышки, как правило, плохая идея для панорам, так как будет сложно добиться постоянного и естественного освещения на всем наборе изображений. Если у вас мало доступного света, то лучше всего подойдут штатив и медленный затвор. Большинство панорам будут иметь очень большой динамический диапазон от темноты до яркого света. В типичной сцене на открытом воздухе у вас может быть объект под прямыми солнечными лучами (или само солнце) с одной стороны панорамы и темная затененная область на расстоянии 100 °. Датчики камеры обычно имеют довольно узкий динамический диапазон, поэтому вам нужно убедиться, что выбранная вами экспозиция не создает полностью белых или полностью черных областей. Лучшее решение этой проблемы - использовать смешивание экспозиции: возьмите две (или более) копии всей панорамы с разной экспозицией и объедините их позже в одно изображение, используя только хорошо экспонированные части каждого исходного изображения. камера настроена правильно, начните с одного конца сцены и сделайте первое изображение. Поверните камеру и продолжайте делать снимки, пока не получите всю нужную сцену. Поворотная часть на самом деле немного сложнее, чем вы могли подумать сначала: если вы переместите центр входного зрачка объектива между кадрами, вы получите ошибку параллакса. Это означает, что объекты на переднем плане будут смещаться относительно объектов на заднем плане. Штатив - лучший способ устранить это, но вы можете обойтись и без него, если будете осторожны (не делайте очевидных вещей и держите камеру на расстоянии вытянутой руки, поворачивая все тело, поставив ноги на место). См. Диаграмму для примера параллакса. Каждая пара соседних изображений должна иметь некоторое перекрытие, чтобы можно было найти контрольные точки. Перекрытия между 30% и 50% обычно достаточно, но если часть вашей сцены не имеет достаточно узнаваемых функций, вам может потребоваться большее перекрытие. Старайтесь, чтобы камера находилась на одном уровне по всей панораме, не перемещаясь вверх или вниз. Если у вас высокая конструкция, которая не умещается в одном изображении, сделайте еще один ряд изображений с камерой, направленной вверх (или вниз) относительно первого ряда. Конечно, панорамы не всегда должны быть просто широкими (по горизонтали), они могут быть высокими и широкими (с несколькими вертикальными ступенями) или просто высокими.

Шаг 4: Контрольные точки

Понимание контрольных точек: контрольные точки - это то, что оптимизатор использует для определения отношений между всеми изображениями в вашей панораме. На самом деле существует два разных типа контрольных точек. Обычные контрольные точки идентифицируют две точки на двух разных изображениях, которые относятся к одному и тому же объекту, и поэтому должны появиться в одном месте на окончательной панораме. Горизонтальные и вертикальные направляющие линии определяют две точки, которые должны быть на прямой линии, обычно на одном и том же изображении (без них панорамы иногда будут выглядеть волнистыми). Контрольные точки - это основные входные данные, которые оптимизатор использует для выравнивания изображений в полную панораму, а разница между хорошей панорамой и плохой зависит от качества создаваемых вами контрольных точек (и того, сколько времени вы тратите на них). Прежде чем вы сможете добавить контрольные точки, вам необходимо добавить все исходные изображения в свой проект. Для этого используйте кнопку «Загрузить изображения» на вкладке «Помощник» hugin. Если у вас установлено автопано, hugin, вероятно, немедленно запустит его и попытается оптимизировать панораму, как только она закончится, и предоставит вам предварительный просмотр всей панорамы. Если вы хотите добавить свои контрольные точки вручную, отключите эту опцию в настройках hugin. Теперь перейдите на вкладку контрольных точек. На этом экране отображаются два изображения рядом, поэтому вы можете редактировать принадлежащие им контрольные точки. Используйте меню над изображениями (или пронумерованные вкладки в старых версиях hugin), чтобы выбрать первое и второе изображения (0 и 1). Найдите узнаваемый объект, который появляется на обоих изображениях, предпочтительно что-то рядом с фоном. Щелкните по его части на изображении слева. Окно изображения должно полностью увеличиться, показывая область вокруг того места, где вы щелкнули. Затем щелкните ту же часть того же объекта на правом изображении. Hugin выполнит «точную настройку», как только вы нажмете на второе изображение, в поисках точки, которая лучше всего соответствует первому изображению. Вы можете перетащить любую из контрольных точек в новое положение, если они не в нужном месте. При нажатии кнопки точной настройки в любой момент правая точка будет привязана к той части изображения, которая больше всего похожа на левую точку. Как только обе точки окажутся в нужном месте, щелкните правой кнопкой мыши, чтобы сохранить контрольную точку. Для успешного выравнивания панорамы каждая перекрывающаяся пара изображений должна иметь хотя бы одну контрольную точку. Обычно одного недостаточно (поскольку изображения все еще могут вращаться вокруг общей точки), поэтому попробуйте добавить как можно больше. Если на изображениях есть объекты на переднем и заднем плане, вы не сможете выровнять обе плоскости, если есть ошибка параллакса. Фоновые точки обычно работают лучше, поэтому добавляйте контрольные точки только на удаленных объектах, если вы видите близлежащие объекты в разных местах на двух изображениях. Чтобы добавить горизонтальную или вертикальную направляющую, выберите одно и то же изображение в обоих окнах. Найдите объект, например фонарный столб, сторону здания или часть горизонта, который вы хотите отобразить в виде горизонтальной или вертикальной линии на окончательном изображении. Поместите точку в левом окне на одном конце линии и точку на другом конце в правом окне. При точной настройке часто возникают проблемы с линиями, поэтому вам, возможно, придется перемещать точки вручную. Щелкните правой кнопкой мыши, чтобы добавить контрольную точку. Меню режима под списком контрольных точек должно указывать, что это вертикальная или горизонтальная линия. Измените его на правильный режим, если hugin угадал направление неправильно. После того, как у вас будет достаточно контрольных точек, вы можете оптимизировать панораму, чтобы разместить каждое изображение в правильном положении и получить предварительный просмотр окончательного результата.

Шаг 5: Оптимизируйте

После того, как вы добавили контрольные точки ко всем вашим изображениям, следующим шагом будет запуск PToptimizer, чтобы собрать панораму вместе. Он использует контрольные точки, которые вы создали на последнем шаге, для восстановления условий, в которых был сделан каждый снимок, включая ориентацию камеры и искажение объектива. Имея эту информацию, сшиватель может преобразовать исходные изображения в единую панораму, используя любую из поддерживаемых проекций. Переключитесь на вкладку Оптимизатор в hugin. Нажмите "Оптимизировать сейчас!" кнопку, чтобы запустить режим оптимизации по умолчанию. Это попытается найти наилучшее положение (углы тангажа, крена и рыскания) для каждого изображения, чтобы все контрольные точки совпадали. После оптимизации панорамы откройте окно предварительного просмотра, чтобы получить представление о том, как будет выглядеть результат. Найдите места, где два изображения не совпадают правильно, вернитесь в редактор контрольных точек и добавьте или измените некоторые точки на затронутых изображениях. Снова оптимизируйте и обновите предварительный просмотр. Повторяйте, пока все не будет выглядеть как можно лучше. Если одно или несколько изображений выглядят наклоненными, попробуйте найти объекты, которые можно использовать в качестве горизонтальных и вертикальных направляющих, и добавить на них контрольные точки. Оптимизируйте, обновите предварительный просмотр. Если ваша панорама выглядит хорошо после оптимизации положения, переключитесь в режим «Позиции, вид и ствол» и снова оптимизируйте. PToptimizer попытается исправить некоторые искажения, вызванные объективом вашей камеры. Теперь пришло время сшить изображение с полным разрешением вашей панорамы (и найти больше ошибок, которые не отображались в предварительном просмотре, отредактировать больше контрольных точек, снова оптимизировать …)

Шаг 6: Сшиваем

Наконец-то вы готовы создать окончательное панорамное изображение. Переключитесь на вкладку Stitcher; Я объясню все варианты ниже. Первые два варианта - это проекция и поле зрения. Оба из них также можно изменить в окне предварительного просмотра, где вы можете графически увидеть, как они влияют на панораму. Hugin может создавать изображения в нескольких разных проекциях, и разные сцены лучше всего выглядят в разных проекциях. Прямолинейная проекция - это такая же проекция, которую производит идеальный нормальный объектив камеры (и такая же, как вы видите своими глазами). Прямолинейные проекции, по определению, представляют собой прямые линии сцены как прямые линии на изображении. Прямоугольные конструкции, такие как здания, будут выглядеть так же, как и в реальной жизни, но объекты, находящиеся далеко от центра изображения, будут растягиваться намного больше, чем обычно. Обычно это разрушает ваше изображение, если оно шире 90 ° или 100 °, поэтому лучше всего подходит для узких или высоких панорам. Более широкие панорамы лучше всего выглядят при использовании цилиндрической или равнопрямоугольной (сферической) проекции. Обе эти проекции позволяют избежать искажения горизонтальных расстояний от центра изображения, но превратят горизонтальные структуры выше или ниже вертикального центра в дуги и пузыри. Поле обзора определяет, насколько широкий угол будет отображаться на выходном изображении. Кнопка «Рассчитать поле обзора» найдет наименьший вид, включающий каждое изображение. Все, что больше этого, просто тратит впустую память, дисковое пространство и время обработки, поэтому используйте ползунки в окне предварительного просмотра, чтобы обрезать панораму до нужного вам раздела. Далее следует размер холста. Это размер окончательного выходного изображения в пикселях. Значения, заданные параметром «Рассчитать оптимальный размер», представляют максимально возможный размер без растягивания исходных изображений за пределы их исходных размеров. Конечно, вы можете использовать больший размер, но вы просто создадите лишние пиксели. Для создания больших панорам требуется больше времени, они используют больше памяти и создают файлы большего размера на вашем диске, поэтому начните с малого, чтобы понять, какой размер может выдержать ваше оборудование (и терпение). Hugin может выводить (фактически, инструктировать другие программы) для вывода) множество различных типов изображений в разных форматах из одного панорамного проекта. В большинстве случаев вам просто нужна «смешанная панорама», которая вызывает nona для переназначения ваших изображений в новую проекцию и использует enblend для сглаживания швов. Наконец, вы можете выбрать формат и параметры сжатия для окончательного изображения. все готово, нажимаем "Прошивать сейчас!" Hugin запросит имя файла для записи вывода и начнет преобразовывать исходные изображения в красивую панораму. Во время процесса может появиться несколько окон, в которых говорится о лапласовских пирамидах, слоях экспонирования, масках наложения и многом другом. Когда все будет готово, у вас должен быть красивый большой файл изображения в каталоге, который вы указали ранее.