Что такое панорама в камере
Как снять панораму на телефон и фотоаппарат
Всего каких-то 10 лет назад для съемки панорамы требовалось большое мастерство, оборудование (хороший штатив как минимум), а также длительная работа в графическом редакторе. А сами панорамные снимки не были массовым видом фотографии. Сегодня снять качественную панораму может каждый, для этого понадобиться только смартфон или фотоаппарат. Штатив, без которого панорамная съемка раньше была немыслима сегодня можно назвать опциональным аксессуаром. А ручная обработка и склейка панорамных снимков из отдельных кадров остается уделом фанатов ручного труда.
Пример красивой панорамной картинки (с) David Califoux
Съемка панорамы на смартфон
У всех современных смартфонов, и даже устройства трех- и четырехлетней давности, есть специальный режим съемки панорам. Включается он по-разному в зависимости от конкретного производителя, от версии операционной системы или программной оболочки. На iPhone 6 нужно просто включить камеру, а затем горизонтальными свайпами добраться до панорамного режима. В общем случае с Android вам нужно вызвать меню режимов съемки. У Sony для этого есть отдельная кнопка, в последних моделях Huawei нужно сделать свайп вправо.
Панорамный режим на iPhone 6S
Панорамный режим на iPhone 6S и Huawei Honor 8
После этого вам остается только нажать на кнопку съемки и поворачивать смартфон в том направлении, которое указывает стрелка на экрана и стараться не опускать и не поднимать его. На iPhone вы можете изменить направление проводки, можно снимать в направлении справа налево, а можно слева направо. Делается это простым касанием по экрану. В некоторых Android-смартфонах изменить направление съемки нельзя.
Пример панорамы снятой на iPhone
Держать смартфон лучше вертикально, в этом случае разрешение итоговой картинки по высоте будет больше и панорама будет смотреться более пропорционально. И, кстати, совершенно не обязательно снимать до тех пор, вы не пройдете весь «путь» индикатора съемки. Прервать съемку можно в любой момент, а в памяти сохранится ровно то, что вы сняли до нажатия на кнопку «стоп».
Съемка панорамы фотоаппаратом
Многие фотокамеры (компактные, зеркальные и беззеркальные – не важно) тоже позволяют снимать панораму в автоматическом режиме. В фотоаппаратах разных производителей отличается только способ активации панорамного режима. Скажем, в беззеркалках Sony (включая профессиональные фуллфреймы A7/A7R/A7S) достаточно передвинуть селектор режимов съемки (это такая круглая «шайба» на верхней панели камеры) в положение с панорамой.
Панорамный режим в камере Sony
А в камерах Nikon (вроде D3300 и D5500) нужно поставить главный селектор в режим «Effects», а затем выбрать панорамную съемку. Камеру можно держать в руках, но если вы воспользуетесь штативом, результат будет лучше. По крайней мере штатив позволит вам поворачивать камеру, держа ее строго горизонтально. Вручную это сделать сложнее.
Съемка панорамы на Nikon D3300
Готовая панорама будет хранится на карте памяти – там же, где и все остальные ваши фотографии. В дорогих и профессиональных камерах отдельного панорамного режима может и не быть. Предполагается, что профессионал сам знает, как нужно снимать и обрабатывать панораму. Впрочем, в одном из следующих материалов мы расскажем от том, как сделать панораму в полностью ручном режиме и самостоятельно «собрать» ее в фотошопе.
Важные мелочи
В режиме панорамной съемки камера делает серию отдельных картинок, а затем объединяет их в одну. И если вы будете понимать этот принцип, вас не будут удивлять некоторые артефакты. Например, если во время съемки в кадр попадет птица, то на конечной панораме птиц может оказаться несколько. Поэтому старайтесь делать панорамы так, чтобы в кадре не было движущихся объектов – людей, машин, животных и прочего. Еще один немаловажный момент – старайтесь не делать панорамы там, где есть сильные перепады яркости – камера замеряет экспозицию по первому кадру, так что при перепаде уровня освещенности, часть панорамы может оказаться слишком темной (вплоть до чисто черного цвета) или же полностью пересеченной. Исправить это в фоторедакторе в большинстве случаев вы не сможете.
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.
Глядя на последние снимки, невольно вспоминаешь песенку Высоцкого: Подводные камниПроблема водыКроме 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 листвыОсновная 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». Проблема автомобилейДвижущиеся 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 полосЧувствительность 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 желаемомПолучившаяся 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.
|