Определение нодальной точки для съёмки с автоматической панорамной головкой CLAUSS piXplorer

Для создания панорамных снимков без параллакса необходимо правильно определить нодальную точку.

Нодальная точка является центром проекции линз (входного зрачка объектива), через который, в идеале, проходят все световые лучи от объекта. Сшивка отдельных граничных изображений может быть выполнена успешно и при отсутствии ошибок наложения только при условии, что нодальная точка будет всегда одинаковой для каждого отдельно взятого изображения.

Для поиска нодальной точки установленной  на головке фотокамере, инженерами фирмы CLAUSS были разработаны и запатентованы специальные   конструкционные решения 3D-регулировки piXplorer,, Удалось сделать так, что, несмотря на очень малые габаритные размеры, piXplorer,  регулировка осуществляется в широком диапазоне и подходит для работы с камерами различных размеров. Внимательно изучите наши рекомендации, пожалуйста.

 В начале работы установите, пожалуйста, быстросъемную переходную пластину  (которая входит в комплект поставки) на саму камеру так, чтобы края были расположены параллельно оптической оси. Согласно изображению на рисунке, предусмотрено два способа достижения этой цели. В целом, следует выбирать положение, при котором между камерой и быстросъемной пластиной обеспечивалось бы наибольшая по площади контактная поверхность.

При выборе положения сразу же за осью наклона, лучше всего придерживаться варианта изображенного в верхней части Рис.1, тогда как вариант на нижней части Рис.1 наиболее целесообразно придерживаться при выборе положения в случае, если расстояние до оси наклона является максимальным. То, какому именно окну масштабирования следует уделять внимание, будет во многом зависеть от выбранного Вами направления – пожалуйста, действуйте в направлении, указанном маленькой стрелкой.

Почти все комбинации, относящиеся к линзам камеры, работают по принципу определения точки поворота (нодальной точки), наиболее близко расположенной к соответствующей линзе, а не к фактической точке крепления камеры. В штатном режиме работы результатом будет являться то направление наблюдения камеры, которое показано на странице 8. Если, в исключительных случаях, при регулировке глубины необходимо, чтобы значение было отрицательным, то камеру следует устанавливать в противоположном для наблюдения направлении.  Теперь алгебраический знак для вертикальных углов и порядок отснятых кадров также сменится на противоположный.

Рис.1 Варианты установки быстросъемной переходной пластины  на камеру.

Для исключительно малоразмерных камер (с высотой оси менее 36 мм) предусмотрена специальная переходная пластина, которую также можно использовать для коррекции потенциально возможного ступенчатого стыка между штативом-треногой и осью линзы.

Согласно следующему изображению на Рис.2, быстросъемную пластину, установленную на камере, необходимо вставить в соединительную панель под нужным углом. После этого перемещайте ее параллельно оптической оси до вставки блокировочного рычажка в паз со щелчком. Для его ослабления надавите на блокировочный рычажок так, чтобы после этого пластину можно было выдвинуть из направляющей, переместив ее в противоположном направлении.

Рис.2 Порядок установки быстросъемной переходной пластины на панорамную головку piXplorer

Устройство piXplorer позволяет настроить фокусное расстояние величиной до 500 мм. Чем короче фокусное расстояние, тем больше угол обзора для каждого снимка, и тем меньше число изображений в каждой панораме, тем короче время съемки, но и детальное разрешение изображения при этом – тоже меньше. В случае увеличения фокусного расстояния, детальное разрешение также увеличивается. Кроме того, можно не только обозревать всю панораму целиком, но и просматривать ее отдельный увеличенный фрагмент. При удвоении фокусного расстояния, количество пикселей увеличивается в четыре раза в каждой панораме, но при этом потребуется в четыре раза больше отдельных изображений. Когда производится комбинирование и обработка нескольких сотен изображений, то панорама получается в районе одного гигапикселя. Настоятельно рекомендуем не переходить сразу к гигапиксельным проектам, поскольку лучше начать делать свои первые шаги с использованием нормального фокусного расстояния – т.е. фокусного расстояния до объекта, которое приблизительно соответствует длине диагонального экрана. Давайте сделаем традиционный малоразмерный снимок формата 36 мм х 24 мм (экран по диагонали 43 мм). Итак, фокусное расстояние здесь приблизительно составляет 50 мм. Если размер кристалла Вашей камеры (также обозначаемый как «размер матрицы» в технических данных – не путайте это понятие с понятием «количество пикселей») отличается от того, который подходит для снимков малоразмерного формата, то необходимо рассчитать соотношение длины двух изображения в виде кроп-фактора.

Пример: На камере D5000 (APS-C) Nicon указан размер матрицы, равный 23,6 х

15,8 мм. Кроп-фактор, в данном случае, будет равен 36: 23,6 = 1,52.

Нормальным фокусным расстоянием можно считать 50 мм: 1,52 = 33 мм, что означает необходимость выбора поля в диапазоне 30..35 мм.

Иногда кроп-фактор напрямую указывается для соответствующей модели той или иной камеры. В противном случае, необходимо применить оптическое фокусное расстояние для линз, предназначенных для снимков малоразмерного формата, и включить его в настройки piXplorer со значением, умноженным на величину кроп-фактора.

Для вышеупомянутого примера оптическое фокусное расстояние будет равным, допустим, 70 мм, что указано на линзах, соответственно, 70 мм * 1,52 = 106 мм, что и нужно задать в меню.

Углы отдельного кадра в двух съемочных положениях обозначены на обоих рисунках, представленных ниже, в виде дуги окружности. Два объекта (круглый, квадратный), выравнивание которых осуществляется относительно точки поворота, находятся на разном расстоянии друг от друга. При неправильно выполненной регулировке, можно будет наблюдать перемещение нодальной точки N вокруг поворотной точки S. Она будет менять свое положение от кадра к кадру. Вследствие этого, перспектива обоих объектов относительно друг друга также будет изменяться: На верхнем рисунке квадрат находится слева от круга, тогда как на нижнем рисунке – наоборот. Только если нодальная точка будет оставаться в пределах точки поворота (как показано на рисунке справа), то и перспектива будет оставаться неизменной.

Рис.3

На панорамной головке существует только одна постоянная центральная точка поворота – точка пересечения S оси панорамирования P и оси наклона T (см. рисунок выше).

Не имеет значения, в каком направлении вращаются оси: указанное пересечение всегда является стационарной точкой в данном поле.

Теперь необходимо обеспечить выполнение двух условий:

1) Оптическая ось O камеры должна пройти через пересечение S («регулировка по высоте»). Такого рода регулировка применима в отношении корпуса камеры, и не зависит от используемых линз.

2) Необходимо скорректировать нодальную точку N вдоль оптической оси, непосредственно в месте пересечения S («регулировка по глубине»).  Такого рода регулировка напрямую зависит от используемых линз, а в случае, если применяется вариообъектив, существует еще и зависимость от задействованного фокусного расстояния (см. рисунок ниже).

Полезный совет: Для большинства комбинаций, относящихся к линзам камеры, существуют таблицы, где указаны парные значения, которые подлежат регулировке.

Штанга камеры содержит все компоненты, необходимые для регулировки нодальной точки (см. рисунок 4). Если слегка ослабить винты с насеченной головкой 1 либо 2, которые зафиксированы болтами друг напротив друга, то это позволит поворачивать установочный диск 3 для регулировки высоты, и далее можно будет вытягивать или втягивать камерную платформу наподобие телескопа. Одновременно с этим, на диске шкалы 4 можно будет считывать показания высоты H, которая только что была отрегулирована. В случае перемещения одного из таких винтов на больший по размеру участок резьбового шпинделя, появляется и пространство для перемещения штанги камеры с целью выполнения регулировки по глубине.  Конкретное значение можно наблюдать на шкале глубины 5. Необходимо руководствоваться окном масштабирования, которое соответствует выбранному положению винта камеры.  Если снова затянуть указанные винты с насеченной головкой относительно друг друга, то можно будет выбирать величину глубины, причем настройка высоты одновременно с этим фиксируется по месту.

Экспериментальная оценка нодальных точек производится в два этапа следующим образом:

Рис.4

Чтобы выбрать идеальную позицию для оптической оси O, необходимо, прежде всего, установить гнездо головки штатива камеры по центру, непосредственно под линзами, что является нормальной практикой для повсеместно используемых камер. Это не всегда применимо лишь в случае использования небольших компактных камер, однако для последних, как правило, в таких случаях предусмотрено наличие переходной пластины, приобретаемой дополнительно.

Во-вторых, необходимо правильно определить высоту камерной линзы H и установить ее – с учетом скорректированного значения A – на piXplorer. Для получения надлежащего значения высоты допускается установить камеру на стол. Необходимо снять объектив для проведения такого измерения, после чего накрыть зеркало крышкой. Часто на центральной части крышки отсутствует какой-либо указатель, поэтому измерение высоты A и B следует выполнить, как указано ниже.

Полезный совет: Проводить такого рода измерительные работы лучше всего тогда, когда камера расположена на самом крае стола, однако в этом случае следует соблюдать осторожность, следя за тем, чтобы камера не упала со стола вниз!

Рис. 5

Теперь необходимо рассчитать среднее значение (то есть значение высоты) при помощи следующего уравнения:

H=(A+B)/2

Поскольку теперь высота известна, можно расположить панорамную головку с установочным диском 3, как описано выше(см. Рис.4).

Регулировка по глубине – индивидуальна для каждого типа объектива ( то же самое касается регулировки и для разных значений фокусного расстояния выбранного объектива). То есть изменение фокусного расстояния — также предполагает регулировку нодальной точки по глубине. Регулировка нодальной точки производится путем ослабления винтов с насеченной головкой 1 либо 2 с одновременным перемещением штанги камеры вдоль ее манипулятора. Если требуемое значение уже определено (при помощи таблиц), его можно скорректировать по шкале 5. В противном случае, следует измерить приблизительное расстояние между гнездом головки штатива и кольцом управления диафрагмой линзы в миллиметрах. Необходимо отрегулировать вариообъектив на нужное фокусное расстояние. Это значение может использоваться как временное, однако позже необходимо будет произвести его подтверждение и выверку (см. ниже рис. 6).

У фотообъективов со средним по величине фокусным расстоянием нодальная точка расположена приблизительно на уровне ирисовой диафрагмы объектива, а нодальная точка у тех фотолинз, у которых фокусное расстояние удлиненное либо очень короткое – иногда располагается за пределами линз. При увеличении фокусного расстояния либо расстояния до объекта, роль, которую играет регулировка глубины, становится еще менее значимой. Поэтому крупные длиннофокусные объективы часто устанавливают в панорамной головке без выполнения надлежащей регулировки глубины.

Ниже приведено описание процедуры подбора точного значения глубины экспериментальным путем. Следовать указанной процедуре рекомендуется только тем пользователям, кто хорошо знаком со всеми нюансами по управлению панорамной головкой.

Выполнение расчетов такого рода может потребовать немного терпения при проведении систематического тестирования. В первую очередь, необходимо организовать «испытательный полигон», состоящий из объекта на большом расстоянии от Вас, и объекта, находящегося вблизи.  То, какое расстояние выбрать, зависит от величины фокусного расстояния. Золотое правило для такого случая следующее: Максимально затемните линзу диафрагмой, чтобы получить большую глубину резкости, а затем выдерживайте фокусировку на бесконечность, отключив функцию автофокусировки. Нижний предел глубины резкости (см. кольцо управления диафрагмой) может использоваться в качестве искомого значения расстояния до приближенного объекта. Удаленный объект должен быть в два раза дальше, чем самое высокое заявленное значение фокусировки, имеющееся перед значением бесконечности. Должна обеспечиваться возможность соотнести оба объекта относительно друг друга. Классический способ заключается в следующем: Закрепите отвес со шнуром на оконную раму и используйте его в качестве приближенного объекта. В качестве удаленного объекта можно использовать конек крыши расположенного рядом здания, его бельведер или же опору высоковольтной линии (рис.6,А).

Теперь установите piXplorer с камерой на штатив на подходящей высоте.  После включения piXplorer манипулятор камеры перемещается в горизонтальное положение.  Затем переместите или поверните штатив так, чтобы оба объекта стали видны и при этом совмещены на левой стороне видоискателя камеры.

Если после этого медленно повернуть сервоприводную головку piXplorer в направлении налево (кнопка ◄), то оба объекта должны при этом сместиться к правому краю видоискателя камеры. При правильной регулировке глубины, положение двух объектов относительно друг друга будет оставаться прежним – они все так же должны совмещаться при достижении правого угла. В противном случае, Вам потребуется скорректировать глубину

– путем ее увеличения (переместив камеру назад), если более дальний объект можно наблюдать с левой стороны более близкого объекта,

– путем ее минимизации (переместив камеру вперед), если более дальний объект можно наблюдать с правой стороны более близкого объекта.

На рисунках ниже продемонстрирован параллакс с неверными настройками (Рис.6, В) и с правильно выполненными настройками (Рис.6,Б).

Рис.6

Полезный совет: Можно достичь результата, отличающегося еще большей точностью, если четко выполнять описанную выше процедуру, одновременно используя цифровой дисплей с соответствующей функцией масштабирования. Существует определенное соответствие между уже внесенными в значение глубины изменениями, выраженными в миллиметрах, и соответствующим сдвигом объектов в пикселях, поэтому нужную настройку можно без особого труда подобрать, если совершать систематические попытки с последующей интерпретацией.

Теория создания и фотосъемка панорам « 1panorama

Панорамная фотография это фотография имеющая большой угол обзора.

3d-панорама – это панорамная фотография спроецированная на сферу или куб, которую можно рассмотреть смещая точку обзора.

Часто на простых цифровых фотоаппаратах существует режим панорамной съемки. Это не совсем то что нам нужно. Чаще всего производителями фототехники под панорамой подразумевается просто вытянутый по горизонтали снимок. Т.е. у обычного снимка обрезается верхняя и нижняя часть. Получается имитация панорамной фотографии.

Вместе с тем, в последнее время производители расширили понимание режима панорамной съемки. При фотографировании создается несколько снимков, а затем фотоаппарат, или программное обеспечение прилагаемое к нему, сшивают их в единую панораму. Также встречается метод сканирование одним рядом пикселей матрицы пространства при повороте камеры.

Да, благодаря такому подходу можно создать панорамный снимок. Вместе с тем он не позволяет создать 3d-панораму с углом обзора 360х180 (т.е. когда можно посмотреть и на небо и под ноги). К тому же зачастую результат полученной панорамы не так уж и хорош.

Поэтому, в данной статье будет применен другой подход к панорамной съемке: фотографирование по определенным правилам , и последующей склейке полученных снимков в специализированных программах в единую панораму.

Для начала разберемся с основными терминами, и какое они отношение имеют к панораме.

Сферическая панорама (из википедии) – один из видов панорамной фотографии. Предназначена в первую очередь для показа на компьютере (при помощи специального программного обеспечения).

В основе сферической панорамы лежит собранное из множества отдельных кадров изображение в сферической или кубической проекции. Характерной чертой сферических панорам является максимально возможный угол охвата (360х180 градусов), позволяющий полностью отобразить окружающее пространство.

Если изображение сферической или кубической проекции поместить на сферу или куб соответственно, то получим 3d-панораму.

Несколько 3d-панорам образуют виртуальный тур. Точки, при клике на которые осуществляется переход от одной панорамы к другой, называются точками перехода.

Рассматривается 3d-панорама изнутри сферы или куба. Вращая эту 3d-фигуру, получаем возможность изменения точки наблюдения, а меняя фокусное расстояние – управление масштабом.

Для того чтобы создать сферическую проекцию для 3d-панорамы необходимо сфотографировать все окружающее пространство и сшить их в специальном программном обеспечении. Кубическую же проекцию можно получить путем преобразования из сферической.

Для создания виртуальных туров существует специализированное программное обеспечение. Но что это такое, и как с ними работать будет рассмотрено в следующих статьях (все статьи о том, как сделать 3d-панораму).

Нодальная точка и параллакс

Те, кто впервые пытались собирать панораму из отснятых с рук фотографий, часто сталкивались с тем, что часто снимки не сшиваются в единую панораму.

Причина всему этому параллакс – изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя.

Например, если посмотреть сначала одним, а затем другим глазом, то видно, что картинка изменяется. Особенно это заметно на объектах ближнего плана.

Посмотрим влияние параллакса на снимок при повороте камеры.

Видно, что при повороте камеры происходит смещение объектов ближнего и дальнего плана относительно друг друга. Чтобы этого не происходило необходимо вращать фотоаппарат вокруг специальной точки, называемой нодальной.

Нодальная точка находится, если говорить упрощенно, на оптической оси объектива в месте пересечения лучей (строение объектива показано схематично).

При вращении камеры вокруг нодальной точки смещения объектов ближнего и дальнего плана не происходит.

Расположение этой нодальной точки индивидуально для каждого объектива.

Для того чтобы фотоаппарат можно было вращать вокруг именно этой точки применяются панорамные головки, которые накручиваются непосредственно на штатив.

Иногда панорамными головками называют обычные шаровые головки обеспечивающие поворот фотоаппарата на 360 градусов. Это не совсем верно. Снять панораму с разноплановыми объектами при помощи них почти невозможно. Необходимо обеспечить поворот фотоаппарата вокруг именно нодальной точки. А данные головки позволяют лишь просто поворачивать корпус фотоаппарата.

Вместе с тем шаровые головки могут помочь при съемке панорам, когда объекты ближнего плана отсутствуют. В этом случае эффект параллакса будет почти незаметным.

Отдельные модели панорамных головок могут приспособлены только для съемки цилиндрических панорам (фотоаппарат можно вращать только по горизонтали). Но большинство головок позволяют создавать как сферические, так и цилиндрические панорамы. В этом случае вращение фотоаппарата возможно и по вертикали и по горизонтали

Видно, что при любом вращении головки, точка пересечение вертикальной и горизонтальной оси не смещается. Если расположить фотоаппарат так, чтобы нодальная точка его объектива совпала с вышеобозначенной точкой пересечения, то эффекта параллакса наблюдаться не будет.

Иногда для съемки панорам можно обойтись и вообще без панорамной головки. Что это за случаи рассмотрим чуть ниже.

Как определить где находится нодальная точка у вашего фотоаппарата?

Если у вас зеркальный фотоаппарат, то для вашего объектива наверняка есть информация в интернете. Чаще всего можно найти, если задать запрос в поисковике:“модель_вашего_объектива nodal point”

Если у вас не зеркальный цифровой фотоаппарат или вы не нашли информацию по вашему объективу, но у вас есть панорамная головка, то можно воспользоваться следующим способом:

1. Установите фотоаппарат в панорамную головку. Убедитесь что оптическая ось проходит через центр вращения. Для этого направьте фотоаппарат вертикально вниз. Вертикальная ось вращения должна проходить через центр кадра.

2. На расстоянии 30-50 см установите по центру перед объективом вертикально какой-либо тонкий предмет. Это может быть линейка, проволока, ручка, и т.д.

3. На расстоянии несколько метров установите второй предмет небольшой толщины. Расположите фотоаппарат так чтобы сам фотоаппарат, и два предмета находились на одной линии.

4. Поверните фотоаппарат так, чтобы ближний предмет был возле правой границы кадра.

Теперь перемещайте фотоаппарат вдоль оптической оси объектива до тех пор пока ближний и дальний предмет снова не станут находиться на одной прямой.

Повторите с левой границей.

5. Проверьте правильность найденной точки. Попробуйте повращать фотоаппарат, глядя на экран. Ближний и дальний предметы должны постоянно находиться на одной прямой.

Если вы заметили отклонение повторите пункт 4.

Теперь вы нашли нодальную точку вашего объектива. Она находится точно на пересечение осей вращения. Сделайте пометки на панорамной головке, чтобы в условиях съемки вам не пришлось вновь искать нодальную точку.

Но что делать если панорамной головки пока нет?

Можно попробовать сымитировать эту панорамную головку. Найдите у себя дома что-либо на что можно положить фотоаппарат и вращать его. Это может быть, например, старый проигрыватель пластинок, или тарелка с вращающейся подставкой из микроволновой печи.

Положите поверх, например тарелки, чистый лист. Отметьте на нем центр вращения, и нарисуйте проходящую через него линию. Расположите фотоаппарат так, чтобы оптическая ось, при взгляде сверху, совпадала с линией. Следуйте пунктам 2-5, сдвигая фотоаппарат вдоль нарисованной линии, пока ближний и дальний предмет не будут находиться на одной линии.

Нодальная точка будет располагаться на пересечение оси вращения тарелки и оптической оси объектива.

Съемка панорам

Итак, мы нашли нодальную точку, и теперь если вращать вокруг нее фотоаппарат то эффекта параллакса наблюдаться не будет. В этом случае фотографии обычно быстро и качественно сшиваются в единую панораму.

Иногда могут возникнуть некоторые проблемы в особых случаях (например: съемка морской панорамы, или леса в ветреную погоду). Но эти случаи заслуживают отдельной статьи.

Съемка панорамы заключается в последовательном фотографировании с поворотом фотоаппарата вокруг нодальной точки.

Рядом расположенные снимки должны иметь общие области в районе 20%. Анализ именно этих областей позволит программе потом сшить все кадры в единую панораму.

Если позволяет ваш фотоаппарат лучше всего снимать в формат RAW+JPG. Формат RAW позволяет исправить некоторые недостатки изображений, а JPG позволяет быстро просматривать снятые изображения.

При съемке панорам необходимо:

— Переведите фотоаппарат в полностью ручной режим (обычно обозначается символом М).

— Поставьте самое малое фокусное расстояние. Настройте свою панорамную головку так, что при повороте от кадра к кадру обеспечивалось 20%-ное перекрытие снимков. Если у вас нет панорамной головки, то необходимо будет запоминать что было сфотографировано на предыдущем кадре и снимать так, чтобы обеспечить необходимое перекрытие снимков.

— Настройте вручную фокусировку так, чтобы у всех объектов съемки была необходимая резкость.

— Чтобы глубина резкости фотографий была достаточной, и если позволяет свет, установите число диафрагмы на более высокое значение (например, F9.0).

— Установите значение ISO исходя из освещенности.

— Скорректируйте выдержку так, чтобы на снимке не было засвеченных и слишком темных областей.

Теперь последовательно снимайте кадр за кадром поворачивая фотоаппарат. Если на следующем кадре изменяются условия освещенности, то корректируйте величину экспозиции при помощи изменения выдержки. На зеркальных фотоаппаратах это удобно делать при помощи колесика.

Попробуйте сначала снять один ряд кадров для панорамы. В этом случае получится 3d-панорама с ограниченным углом обзора по вертикали.

Для сферической панорамы (360х180) необходимо уже делать дополнительные ряды таким образом, чтобы обеспечить перекрывание в 20%, и покрыть снимками все окружающее пространств

Если у вас fish-eye объектив с достаточным углом обзора, то вам могут не потребоваться дополнительные ряды кадров. Для примера, съемка на 10mm fish-eye на любительских зеркалках (т.е. кроп-фактор 1.5-1.6) вам потребуется 6 горизонтальных снимков + кадр зенита и надира.

Можно выработать и схемы съемкы с 4-6 кадрами на одну панораму. Только надо помнить, что съемка — это самое малое затраченное время среди общего процесса создания панорамы. Лучше доснять пару кадров, чем потом думать как выправить свет и детали в стыках кадров.

Если у вас вызывают затруднения съемка в ручном режиме, то попробуйте для начала поснимать в автоматическом. Обычно для этого подходит режим съемки “ландшафт” (может называться “природа” или каким-либо подобным образом).

Без панорамной головки, конечно, съемка панорамы усложняется. Основное затруднение – обеспечить поворот фотоаппарата вокруг нодальной точки. Хоть как-то помочь в этом деле может опора фотоаппарата на каком-то вертикальном предмете. Это может быть штатив, или на крайний случай, сук или палка.

В таких случаях постарайтесь выбирать сюжет для съемок, когда ближний план отсутствует, а почти все объекты находятся на дальнем плане. Например, большая поляна в лесу, или центральная площадь города. Тогда эффект параллакса почти не проявит себя и панорама нормально сошьется.

Как снимать зенит и надир?

Напомню, зенит – это линия перпендикуляра вверх от плоскости горизонта в точке, в которой вы находитесь, а надир – вниз. Т.е. снимок зенита – это если повернуть фотоаппарат вертикально вверх, а надира – вертикально вниз.

Снимать надир можно с рук, или со специальных приспособлений. В любом случае необходимо обеспечить положение фотоаппарата, как будто он стоял бы на панорамной головке. Для этого его можно сначала поставить на головке вертикально вниз, затем отсоединить фотоаппарат и удерживая его на вытянутой руке в таком положении, другой рукой убрать в сторону штатив. И затем сделать снимок надира.

Снимок зенита снимается достаточно просто. Поворачиваем фотоаппарат вертикально вверх и фотографируем. Но если в качестве зенита выступает небо, и на нем нет четких облаков, то фактически этот снимок окажется бесполезным. Программа сшивки фотографий в панораму не сможет определить взаимосвязи с другими снимками, ей просто будет не за что “зацепиться”. В этом случае придется достраивать зенит панорамы в фотошопе. Но об этом уже поговорим в следующих статьях.

Продолжение:

2. Сборка фотографий в единую панораму  

Все статьи по созданию панорам

У вас уже начали получаться сферические панорамы?

Регистрируйтесь на 1panorama.ru, и присоединяйте их к большому виртуальному туру по городам и природным достопримечательностям.  

Остались вопросы?

Задайте их на форуме

Нахождение узловой точки линзы – Страницы Хью

Узловой точкой линзы (или, точнее, входным зрачком) можно считать точку, в которой сходятся лучи, входящие в линзу. Его также можно рассматривать как центр перспективы хрусталика или видимого зрачка. Эту точку можно рассматривать как Точка отсутствия параллакса ( NPP ) или Передняя узловая точка , поскольку линза также имеет Заднюю узловую точку, а в простой линзе два узла сходятся в одной точке.

Термин «узловая точка» используется здесь, потому что в течение десятилетий он был принят в качестве термина, определяющего точку, где лучи, входящие в линзу, очевидно сходятся, и упоминался в этой номенклатуре в значительном количестве фотограмметрических статей и публикаций, но пусть мы не позволяем терминологии отвлекать от сообщения. Нас интересуют направления (или векторы) лучей, попадающих в линзу.

Важно знать местоположение этой точки (входной зрачок) для фотограмметрических целей. Чтобы обеспечить правильное начало и ориентацию в пространстве лучей, используемых для вычисления пересечения, при использовании метода фотографического пересечения важно, чтобы эта точка была определена как можно точнее. Также очень важно, чтобы эта точка была известна для таких приложений, как использование фотографического изображения в сочетании с данными HDS (съемка с высоким разрешением), а также для любого приложения, в котором равнопрямоугольное изображение должно быть создано с использованием программного обеспечения, такого как 9.0003 PTGui .

Левое изображение повернуто относительно втулки штатива, а правое изображение повернуто вокруг АЭС. особенно панорамы 360°. Если вы создаете панораму объектов очень близко к камере, то этому моменту необходимо уделить серьезное внимание, чтобы устранить параллакс, как показано на изображении справа, но если ваши панорамы имеют характеристики в десятках или сотнях метров от камеры , такие как пейзажная панорама, то вам не нужно будет слишком много думать об этом моменте.

Объективы фотограмметрических камер сконструированы так, чтобы быть «симметричными». Установка Wild P32, показанная на изображении, на теодолите была организована таким образом, чтобы передняя узловая точка объектива совпадала с осью стояния теодолита, когда зрительная труба была полностью горизонтальной, хотя это означало, что камера не была хорошо сбалансирован. В обычных фотографических объективах, таких как те, которые мы выбираем для фотографического пересечения, эта точка часто не является одной точкой, а «скользит» вдоль главного луча объектива в зависимости от угла между рассматриваемым лучом и главным лучом. Для целей фотографического пересечения положение этих точек должно быть определено для самого широкого угла зрения объектива, хотя есть возможность ввести различные положения в качестве еще одного параметра в процессе вычисления.

Определение местоположения узловой точки (входной зрачок, точка без параллакса (NPP))

Узловую точку или входной зрачок можно измерить в рамках процесса калибровки камеры и объектива с использованием калибровочного стенда, предназначенного для определения параметры камеры и объектива для фотограмметрических целей. Таких установок немного, и даже если вы их найдете, стоимость калибровки, вероятно, будет больше, чем стоимость калибруемого вами оборудования, что лишает цели использование фотографического пересечения как дешевого метода точного измерения. измерение трехмерных точек. Поэтому желательно найти способ самостоятельного определения узловой точки с помощью легкодоступных и недорогих предметов.

Булавки и рулетка …

В конце 1970-х, начале 1980-х годов я использовал метод, аналогичный описанному Мишелем Тоби с гвоздями и банкнотами , за исключением того, что я использовал иглы и лицевой стороной геодезической рейки или рулетки.

Важно, чтобы объекты переднего плана не слишком сильно загораживали фон и чтобы фон имел достаточную детализацию для точного определения части изображения, скрытой объектами переднего плана.

Техника заключается в том, чтобы создать изображение сцены, а затем использовать детали объекта заднего плана, скрытого объектами переднего плана, для реконструкции лучей, которые сходятся в Узловой точке, и, таким образом, определить ее. Крайне важно, чтобы ничто в расположении не было нарушено, в то время как сделана подходящая печать сцены, чтобы можно было точно нарисовать лучи. В эпоху цифровых технологий это не такая большая проблема, но когда используется пленка, сохранение сцены нетронутой может стать проблемой. Недостаток этого метода заключается в том, что использование гвоздей или игл с фоном, расположенным достаточно близко к линзе, заключается в том, что линза сфокусирована близко, чтобы сохранить четкость деталей изображения, но линза с большей вероятностью будет сфокусирована на бесконечность или почти на бесконечность, когда фактически используется для измерения. Узловая точка может меняться при фокусировке в некоторых объективах. Этого можно избежать, выйдя на улицу и используя трости, стержни или дюбели в качестве объектов переднего плана, например, фасад здания в качестве фонового изображения, а также камеру и объектив на «планшете». Сохранение аранжировки в неприкосновенности во время обработки пленки и печати изображения приличного размера было еще более сложной задачей! Обратите внимание, что камера была повернута вокруг своего основного луча, так что диагональ поля зрения используется для получения максимального угла обзора, метод, который можно использовать с обоими другими следующими методами.

Поэкспериментировав со всеми представленными здесь техниками, этот явно самый точный, за ним следует метод с использованием лазерной указки. Поскольку мы сейчас действительно находимся в «цифровой эпохе», этот метод доставляет меньше проблем, чем в эпоху пленки, поскольку положения камеры, «булавок» и «цели» (например, рулетки) можно точно измерить и импортировать. в приложение САПР, где затем можно «нарисовать» «лучи» и определить их пересечение с главным лучом.
Этот метод также подходит для камер с крошечным экраном или без него, таких как камеры с двумя и несколькими объективами.

Простой метод …

Более простой метод определения Узловой точки состоит в том, чтобы поместить объект (тонкий шест или проволоку) рядом с объективом и совместить его с более удаленным объектом. Если камеру повернуть вокруг передней узловой точки, два объекта будут выровнены, когда они находятся в центре изображения, а также когда они находятся на каждой стороне изображения. Если объекты выровнены, когда находятся в центре изображения, но кажутся разделенными при вращении камеры, то угол поворота равен 9.0003, а не об узловой точке. Этот метод может быть проще, чем первый описанный метод, но он более громоздкий и менее точный.

Для определения передней узловой точки зум-объектива Nikon 18-70 мм, установленного на 18 мм, 10-миллиметровый штифт был расположен примерно в 7 м перед камерой так, чтобы он был выровнен с вершиной крыши дома. где-то в 200 м. Камера вращалась вокруг точки крепления штатива в основании, которая находится за узловой точкой, и точки на таком же расстоянии перед узловой точкой, чтобы проиллюстрировать видимое перемещение штифта относительно вершины крыши, если камера не вращается вокруг передней узловой точки.

Использование лазерной указки …

Самый инновационный и вдохновляющий метод, с которым я столкнулся в последнее время, — это метод Мишеля Тоби с лазерной указкой . Как утверждает Мишель, для этого метода вам понадобится только объектив. Однако установка объектива на пленочную камеру с открытым затвором на лампе и открытой задней крышкой означает, что вы можете откалибровать любой объектив, поскольку ось объектива всегда будет на одной высоте над поверхностью. Это означает, что проще построить свою лазерную алидаду с фиксированной высотой лазера над поверхностью. Когда лазерный луч проходит по пути луча, встречающегося с Узловой точкой, на поверхности (белой карточке), помещенной за линзой, видно очень яркое пятно, и луч можно нарисовать на бумаге. Эти лучи можно построить для различных углов падения и определить узловую точку.

Этот метод удивительно точен, и точные результаты можно получить быстро и легко. Положение линзы, особенно передней части, которая будет использоваться в качестве эталона, можно орфографически спроецировать на бумагу с помощью простого квадрата.

Поиск узловой точки без панорамной головки …

Настройка лазера требует много времени и усилий, но другой метод, предложенный Мишелем Тоби совсем недавно, предлагает более простое решение.
Камера и объектив размещаются на листе бумаги, как при использовании лазерной указки, но заменяются «мишенью», которая по существу представляет собой линейку с двумя тонкими вертикальными визирными лопастями.
Это устройство помещают перед объективом и поворачивают до тех пор, пока две лопасти не выровняются, если смотреть через видоискатель или на «живом экране» камеры, и линия, проведенная на бумаге вдоль прямого края, соединяющего две вертикальные лопасти.
Это повторяется для разных «углов», создавая диаграмму распределения лучей, входящих в линзу, а узловая точка (NPP) определяется местом пересечения линий с «главным лучом» линзы.

Положение линзы, особенно передней части, которая будет использоваться в качестве эталона, можно ортогонально спроецировать на бумагу с помощью простого квадрата.

Этот метод показался мне довольно сложным для наведения на «цель» с помощью видоискателя или на «живом экране», особенно с нахождением NPP для объективов «рыбий глаз» для панорам 360°. Кроме того, этот метод не подходит для нахождения NPP двойных или многообъективных камер с крошечным экраном или без него, поэтому я решил модифицировать этот метод, используя принцип «простого метода».

Простой метод – модифицированный …

Прямой метод определения узловой точки (NPP) объективов «рыбий глаз», в том числе на камерах с двумя или несколькими объективами с крошечными экранами или без них, заключается в построении лучей на бумаги, исходящей из контрольной точки. Затем камеру располагают так, чтобы передняя часть объектива совпадала с этой контрольной точкой. Затем снимаются изображения, перемещая камеру вперед на два миллиметра за раз, обеспечивая достаточное перемещение камеры для обеспечения охвата АЭС. Затем изображения можно удобно просматривать на компьютере, а NPP для определенного угла падения можно определить по расстоянию перед линзой, где линия, нарисованная на бумаге, является вертикальной на изображении. Как правило, NPP не является одной точкой, как показано в следующих примерах, поэтому для панорам 360° я выбираю NPP для угла «соединения» для сшивания изображений (например, 45° от основного луча для 4 кадров и 30°). от главного луча на 6 выстрелов подряд). Если это так, то необходимо только нанести на бумагу необходимые лучи. На изображении слева показаны снимки экрана в положении 250 % для объектива Pergear 7,5 мм «рыбий глаз» для луча 45° с интервалом 2 мм перед контрольной точкой в ​​передней части объектива с наложенными вертикальными красными линиями. для этого объектива легко найти АЭС, скажем, под углом 45° (4 кадра).

Результаты определения положения узловой точки (точки отсутствия параллакса) выбранных линз.

Положение узловой точки и ее поведение явно зависят от дизайна и конструкции объектива.

Показанные здесь иллюстрации были определены с использованием методов «лазерной указки» и/или «булавок и рулетки».

	Объектив Sigma от 10 до 20 мм f4-5.6 EX DC HSM зум-объектив фактически имеет переднюю узловую точку в точке, и это положение остается неизменным независимо от расстояния, на которое фокусируется объектив. Это одно и то же, независимо от того, фокусируется ли объектив на бесконечности или близко. С объективом, установленным на 10 мм конце зума, узловая точка находится примерно в 16 мм назад от передней части объектива и на 6 мм позади золотого кольца.
	Передняя узловая точка на объективе Sigma 10–20mm f4-5.6 EX DC HSM зум-объектив отходит от передней части объектива по мере увеличения фокусного расстояния при увеличении и отходит примерно на 19 мм от передней части объектива, если установлено фокусное расстояние 20 мм. При настройке 20 мм узловая точка совпадает с золотым кольцом и остается в том же месте, что и объектив.
	Объектив Nikon 28 мм f2.8 D AF демонстрирует, как передняя узловая точка «скользит» вдоль основного луча (оси объектива) в некоторых конструкциях объективов. По мере увеличения угла зрения узловая точка перемещается назад, в сторону от передней части линзы. Здесь объектив сфокусирован на бесконечность, а узловая точка находится примерно в 20 мм от передней части объектива и показывает разброс около 4 мм при используемых углах обзора.
	Объектив Nikon 18–200 мм f3,5–5,6 G AF-S V R с 18 мм близкий сосредоточенный. При использовании с панорамной головкой для панорам 360° узловой точкой можно считать 32 мм назад от переднего края объектива.
	Nikon 10,5m m f2,8 G ED Fisheye демонстрирует обратный эффект по сравнению с объективом Nikon 28 мм в том, что передняя узловая точка «скользит» вдоль главного луча, но перемещается ближе к передней части объектива по мере увеличения угла. зрения увеличивается. Узловая точка для этого объектива также варьируется в зависимости от фокуса и имеет меньший разброс при фокусировке на близком расстоянии, чем при фокусировке на бесконечность. Это объектив DX с фиксированной блендой, которую необходимо снять (сбрить) для использования с корпусом FX.
	Объектив Sigma 8mm f3.5 EX DG Fisheye обладает теми же характеристиками, что и объектив Nikon 10,5 мм Fisheye, в том, что передняя узловая точка «скользит» вдоль главного луча и приближается к передней части объектива по мере увеличения угла обзора. увеличивается. Узловая точка для этого объектива также варьируется в зависимости от фокуса и имеет меньший разброс при фокусировке на близком расстоянии, чем при фокусировке на бесконечность.
	Объектив Sigma 4,5 мм f2,8 EX DC «Рыбий глаз» имеет те же характеристики, что и объектив «Рыбий глаз» Sigma 8 мм, в том, что передняя узловая точка «скользит» вдоль главного луча и перемещается ближе к передней части линзы по мере увеличения угла зрения.
	Samyang 8mm f3.5 FISH-EYE CD имеет тот же рисунок, что и другие объективы типа «рыбий глаз», но с гораздо более узким диапазоном для входного зрачка, что связано с другим дизайном, как описано в LensTip.com и Мишель Тоби . Этот дизайн предполагает, что этот объектив более подходит для сферических (360°) панорам, чем «обычные» объективы типа «рыбий глаз», а его значительно более низкая стоимость делает его привлекательным вариантом.
	Объектив Tamron PZD 16 to 300mm f3.5-6.3 , подходящий для использования с матрицей DX [APS-C], показывает противоположное движение NPP (точка отсутствия параллакса) объективам «рыбий глаз» аналогично Nikon 28 мм f2.8 D AF, при установке на 16 мм и сфокусирован на бесконечность.
	Tamron PZD 16 to 300mm f3.5-6.3 , подходящий для использования с датчиком FX, показывает противоположное движение NPP (без точки параллакса) по отношению к объективам типа «рыбий глаз» аналогично Nikon 28 мм f2. 8 D AF, когда установлено на 28 мм и сфокусировано на бесконечность.
	Объектив Sigma 12–24 мм f/4,5–5,6 DG II HSM при использовании с датчиком FX демонстрирует те же характеристики, что и объектив Sigma 10–20 мм f4–5,6 HSM при использовании с датчиком DX с датчиком NPP (без параллакса). Точка) примерно на 1,6 мм от задней части фиксированной бленды объектива при установке на 12 мм и сфокусирован на бесконечность.
	Объектив TTArtisan 11mm f2.8 представляет собой полнокадровый объектив типа «рыбий глаз» формата FX. Объектив, который я измерял, предназначен для камер Nikon Z и имеет угол обзора приблизительно 173° по диагонали и 140° по длинной стороне. Объектив различается не только сзади, чтобы соответствовать различным камерам, как и ожидалось, но и спереди. напр. Объектив для Fujifilm GFX не имеет встроенной бленды. АЭС какая-то 18 мм назад от передней части объектива или 19,5 мм назад от передней части бленды, когда объектив сфокусирован на бесконечность.
	Рисунок NPP для объектива Pergear 7,5 мм Fisheye отличается от шаблона большинства объективов типа «рыбий глаз». Это объектив DX с фиксированной металлической блендой, которую необходимо снять (сбрить) для использования с корпусом FX. Это полностью ручной объектив, поэтому он не имеет данных exif, поэтому корпус FX не распознает его как объектив DX и автоматически переключается в режим DX, поэтому использует формат изображения FX. NPP для лучей под углом 45° к главному лучу (4 выстрела) составляет 18 мм назад от передней части объектива.
	Объектив Samyang 14mm f2.8 ведет себя так же, как TTArtisan и Pergear выше, в том, что NPP скользит от передней части объектива к задней по мере увеличения угла падения. NPP для угла падения 22,5° к главному лучу (8 кадров) находится в центре скоса на задней стороне неподвижной бленды, которая находится на расстоянии 26 мм от передней части объектива. Измеренный объектив подходит для FX Nikon Z.
	Камера Samsung Gear 360 предназначена для «объединения» двух полусферических изображений с помощью ActionDirector, но эксперименты с использованием камеры для измерения показали, что в PTGui делается четыре снимка по кругу и сшиваются четыре снимка для передней линзы. произвел более точное равнопрямоугольное изображение, чем «соединение» двух полушарий в ActionDirector. Равнопрямоугольник, созданный путем сшивания четырех изображений в PTGui, также примерно на 30% больше, чем в ActionDirector.
	При определении NPP для двух предыдущих объективов было бы интересно посмотреть, как поведет себя Insta360 ONE X2 , учитывая, что геометрия отличается, поскольку датчик не перпендикулярен основному лучу, входящему в объектив. Чтобы совместить четыре кадра в , PTGui , вращая камеру вокруг своей вертикальной оси (втулка штатива), дает хороший результат с равнопрямоугольным изображением примерно того же размера, что и при использовании Insta360 Studio для «соединения» полушарий.

Идеально сшитые панорамы: узловая точка поможет

Иногда, когда вы сделали снимки для панорамы, вы не сможете сшить их на компьютере так, как вы себе представляли. Результат кажется неуклюжим и совсем не похож на панорамы, которые вы знаете от опытных фотографов-пейзажистов. Причина кроется в плохом вращении камеры на штативе. Чтобы фотографии были идеальными, он должен вращаться в узловой точке.

Вы также можете встретить термин «точка отсутствия параллакса», что означает то же самое. Это означает оптический центр конкретной линзы.

Этот центр является основным при создании панорам. Поворот камеры вокруг этой точки во время подготовки панорамы сглаживает искажения объектива, возникающие, когда чип камеры находится в центре вращения. Это позволяет не беспокоиться об ошибках при склейке панорам на компьютере.

На этих панорамных снимках видна дисторсия объектива, которая выражалась в ошибках сшивки. В местах, отмеченных красным, обратите внимание, как вращение камеры вокруг оси штатива приводило к неровному соединению деталей между переходами.

Здесь видно, что переход хороший даже в отмеченных местах. Камера вращалась вокруг оси узловой точки.

Когда следует использовать узловую точку?

Прежде всего, используйте его при съемке крупноформатных панорам, так как переходы здесь наиболее важны. Поможет штатив с панорамной головкой. Такой штатив облегчит поиск и использование узловой точки.

Вполне возможно делать панорамные снимки без использования дорогих панорамных головок и узловой точки. Однако, если на переднем плане есть какие-либо объекты, они будут искажены и не выстроятся в линию после того, как вы соедините кадры.

Вы также можете увидеть эту проблему в электрических проводах, если снимаете панораму в городе.

Эта проблема вызвана вращением чипа камеры вокруг оси чипа, а не в центре оптического узла объектива.

Как найти узловую точку?

Не обязательно, чтобы штатив имел панорамную головку, чтобы можно было найти узловую точку. У вас всегда есть возможность проверить наличие каких-либо меток, которые могли быть нанесены на ваш объектив производителем для обозначения этой точки. Например, на объективе AF DX Fisheye-Nikkor 10,5 мм f/2,8 ED он обозначен желтым кольцом по окружности объектива.

Желтая линия, огибающая линзу в ее передней части, отмечает положение узловой точки. Но этот вид отметки иногда отмечает что-то другое, кроме узловой точки. Так что не забудьте проверить, что он указывает.

Но на это полагаться нельзя. Если вы не можете найти какую-либо метку, вам придется найти узловую точку самостоятельно.

Самый простой способ — определить его с помощью двух вертикальных объектов. Для этого вам просто понадобится штатив и быстросъемная пластина. Тогда:

• Положите на землю два вертикальных предмета (например, треккинговые палки) на расстоянии около двух метров друг от друга.
• Прикрепите камеру к штативу и включите предварительный просмотр в реальном времени.
• Расположите камеру и штатив так, чтобы полюса и камера находились на одной линии, то есть чтобы полюса перекрывали друг друга.
• Пока вы вращаете камеру, вы заметите, как задний стержень выходит из-за переднего.
• Это явление указывает на искажение объектива. Так что отодвиньте камеру немного назад и снова запустите этот тест.
• Продолжайте повторять тест до тех пор, пока полюса не будут перекрывать друг друга, даже когда вы перемещаете камеру.

Как только столбы будут накрывать друг друга независимо от того, как вы поворачиваете камеру, все готово. Вы нашли узловую точку для вашего объектива и заданное фокусное расстояние.

Может хватить даже карандаша и бумаги

Если у вас нет штатива с панорамной головкой, то найти узловую точку будет немного сложнее. Но вы все равно можете позаботиться об этом дома. Все, что вам нужно, это:

• компас,
• линейка,
• лист бумаги.

Теперь воспользуйтесь следующим руководством:

• Нарисуйте на прямоугольном листе бумаги самую длинную из возможных осей.
• Отметьте точку «S» на этой оси как можно ближе к центру прямоугольника.
• Нарисуйте большой полукруг из этой точки S.
• Начиная с места пересечения полуокружности с продольной осью отметьте 10 точек на равном расстоянии друг от друга.
• Отметьте линии, выходящие из точки S и пересекающиеся с отмеченными точками на полуокружности. Сделай из них веер.
• Теперь положите бумагу с веером на стол и поставьте на нее камеру. Включите предварительный просмотр камеры в реальном времени, а затем перемещайте ее вдоль центральной линии, пока линии не станут параллельными.
• Теперь посмотрите под линзу, где у вас есть точка S на бумаге. Эта точка покажет вам узловую точку данной линзы.

Вот как должен выглядеть чертеж, используемый для нахождения узловой точки. Автор: Йозеф Габрхел

Чтобы вам не пришлось рисовать собственное руководство по поиску узловой точки, мы подготовили для вас его в формате PDF. Используйте кнопку ниже, чтобы загрузить его.

Скачать чертеж

Как правильно установить камеру для панорам?

Как только вы найдете узловую точку, вы увидите, что на самом деле она находится за пределами штативного винта камеры.