Jak jsem si vyrobil vlastní panorama s rozlišením 800 MPix - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

30. listopadu 2004, 00.00 | Nejste spokojeni s tvorbou panoramatických záběrů pomocí jednoduchých programů, které pouze spojí několik snímků v řadě za sebou? Máme pro vás malou inspiraci v podobě ojedinělého snímku Prahy, který je složen z 231 fotografií a dohromady má přibližně 800 megapixelů. To vše v podstatě amatérských podmínkách!

Velikosti dnešních snímačů dosahují řádově desítky megapixelů a každým rokem se jejich rozlišení stále zvyšuje. V tomto článku si ukážeme, jak může vypadat digitální technologie za několik let.

Snad každý majitel digitálního fotoaparátu vyzkoušel s pomocí přiloženého softwaru skládání panoramatických fotografií. Jejich smyslem je sestavení širokoúhlého záběru, na druhé straně je možné je využít i k tvorbě fotografií v extrémně vysokých rozlišeních. Na první pohled se nemusí zdát 800 Megapixelů tolik ohromující, pokud ale začneme trochu počítat, uvidíme, že to není žádná legrace. Při 8 bitech na každý ze třech barevných kanálů dostaneme nekomprimovanou velikost 800 x 10⁶ x 3 x 8 = 2,4 GB.

zmenšená panorama (pro větší náhled klikněte na obrázek):

Standardně dodávané panoramatické programy (Panorama factory, Canon PhotoStitch apod.) trpí jedním neduhem a tím je přílišná automatičnost. Je příjemné složit panorama pomocí jednoho kliknutí myši, ale výsledek tomu bohužel také odpovídá. Naštěstí dnes existují možnosti, jak občas nepřesné předvídání počítače nahradit lidskou trpělivostí. Dalším nedostatkem je možnost skládání fotografií pouze do jedné řady. Při vyšším počtu snímků pak dostaneme velmi úzkou nudli.

Pro sestavení této fotografie byl použit software Hugin, za jehož pomoci můžeme výše uvedené problémy vyřešit.

Samotné nasnímání celkového počtu 231 fotografií (celkem v 6 řadách) trvalo 15 minut. Jako stanoviště posloužila Petřínská rozhledna a krásný slunečný 21. duben (ne každý den je takový výhled). Foceno bylo na Canon 300D s obyčejným teleobjektivem EF 75-300mm f/4-5.6 III s použitím ohniska 205 mm, což díky menšímu čipu Canonu oproti kinofilmovému políčku dává ohniskovou vzálenost 328 mm. Důležité pro dobrou shodu sousedních snímků je absolutně stejné nastavení všech parametrů, konkrétně času (1/400s), clona (f/7.1), vyvážení bílé a zaostření. Při samotném focení je důležité pamatovat na dostatečný, alespoň 30%, překryv. K tomu můžeme využít krajní ostřící bod následujícím způsobem:

Na levém snímku si zapamatujeme průmět pravého ostřícího bodu a tento průmět pak bude na sousedním pravém snímku přesně na kraji tak, jak ukazuje následující obrázek:

Další část práce, tentokrát již na počítači, představuje zadání styčných bodů ze společných ploch. Je dobré mít alespoň 3 body pro každé sousední snímky. Celkem je na fotografii 1 359 takových bodů.

Kontrolní body na jedné dvojici snímků:

Zadávání kontrolních bodů nemusí být provedeno s přesností na 1 pixel. Stačí zadat k danému vzoru pouze okolí, kde se příslušný druhý bod nachází a software již najde přesný pixel, který pouze zkontrolujeme. Existují složité algoritmy, jak doplnit všechny body automaticky. Při takto velkém počtu hrozí nebezpečí, že některé dvojice budou zadány chybně. Následná kontrola všech bodů je srovnatelně náročná, jako ruční zadávání všech konrolních bodů. Jako vhodné objekty se ukazují části snímku s vysokým kontrastem a pro snadnou kontrolu i horizontální nebo vertikální linie. Konkrétně tedy okénka, okenní rámy, věžičky apod.

detailní ukázka jedné takové dvojice

Postupně takto spojíme všechny snímky sousedící na svislé hranici (1-2). Poté spojíme snímky sousedící vodorovně (1-a, 2-b). Můžeme spojit i 1-b a 2-a, stačí již jeden bod. Při zadávání dvojic se snažíme, aby byly v rámci jednoho snímku co nejvíce vzdálené. Nemá smysl pro jednu dvojici zadat všechny kontrolní body v rámci čtverce se stranou 10 pixelů.

Polohu každého snímku ve výsledném panoramatu určují tři základí parametry: poloha v horizontální ose x, ve vertikální ose y a otáčení kolem jeho vlastní osy. Pro každý snímek tedy máme tři neznámé parametry. Velký počet zadaných kontrolních bodů nám dává dostatečný počet rovnic, pro nalezení přibližného řešení. Hledání řešení se snaží minimalizovat odchylku ve vzdálenosti mezi zadanými styčnými body. Naštěstí tuto optimalizaci za nás spočte počítač. Doba výpočtu závisí na počtu zadaných kontrolních bodů. Jako uspokojení nad pracným zadáváním bodů je vypočtená průměrná vzdálenost mezi kontrolními body na úrovni 0.04 pixelu (s maximální hodnotou 1.86 pixelu). Lze tedy předpokládat, že při zadávání bodů nedošlo k chybě a slepení se povede bez viditelných přechodů.

Máme-li potřebné parametry transformace, nic nám nebrání se pustit do samotného výpočtu panoramatu. Pro rozumně velké projekty zde výpočet brzo končí, pro takto velké panoramata tu ale pravá práce začíná. Narážíme totiž na problém, že není v síle dnešních počítačů pracovat na celém snímku najednou a na řadu tak opět přichází ruční práce, tentokrát ve Photoshopu.

Samotné skládání není totiž jednoduché posouvání jednotlivých snímků vedle sebe, ale v úvahu musíme vzít i zakřivení našeho pohledu. Pro takto širokoúhlé panorama je vhodé použít kulové zakřivení. Jako dobrá představa tohoto zakřivení je zemský glóbus, který je složen ze „snímků“ danými rovnoběžkami a poledníky. Tyto „snímky“ mají také jinou velikost na rovníku než severněji nebo jižněji. Při počítání kulového zakřivení si tedy můžeme představit, že jsme uprostřed koule, kterou musíme zevnitř polepit obdélníkovými fotografiemi.Protože i glóbus se snadněji skládá z úseků danými pouze jednotlivými poledníky, budeme toto panorama skládat po sloupcích. Konkrétně tento projekt byl dále rozdělen na 18 samostatných sloupců, u kterých bylo kulové zakřivení počítáno nezávisle. Výsledné sloupce pak byly ručně složené ve Photoshopu 8.0. Ten přináší podporu pro soubory až v rozlišení 300 000 x 300 000 pixelů. Přiznávám se, že přidání posledních sloupců při swapovacích souborech nad 10 GB byla opravdu zkouška trpělivosti, ale výsledek stál opravdu za to. Finální rozlišení 56 752 x 14 128, tedy 801 Megapixelů. Při tisku s rozlišením 150 DPI tak dostáváme plochu zhruba 10m x 2,5m.

Časová náročnost (Pentium IV 2,4 MHz, 1 GB RAM):

Pro úroveň detailu následují ukázky (obrázky jsou klikací do plné velikosti):

Úroveň detailu při rozlišení 3 Mpix:	Úroveň detailu při rozlišení 6 Mpix:
Úroveň detailu při rozlišení 12 Mpix:	Úroveň detailu při rozlišení 20 Mpix:
Úroveň detailu při rozlišení 50 Mpix:	Úroveň detailu při rozlišení 100 Mpix:
Úroveň detailu při rozlišení 200 Mpix:	Úroveň detailu při rozlišení 800 Mpix:

Možnosti “zoomování“ na fotografii (obrázky jsou klikací do plné velikosti):

Výřez obzoru v rozlišení 56 751 x 395 pixelů (2MB)

Teprve vytištění fotografie nám dá pohled jak na celou šíři fotografie, tak na úroveň detailu. Tisk panoramatu lze realizovat pomocí velkoformátových ploterů. Při použití kvalitních fotopapírů je výsledek plně porovnatelný s fotografiemi vytvořenými klasickou cestou.

Zde vám nabízíme několik detailů:

zdroje:

Hugin
článek na Paladixu o panoramatických programech
PTAssembler - software podobný Huginu
Geometrické projekce