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Beitrag von
Dieter Brors
heise Download Content Team

Perfekte Foto-Panoramen

Themen-Special: Schritt für Schritt zum fertigen Rundumbild mit Hugin

Die Open-Source-Software Hugin kann durchaus mit kommerziellen Panorama-Programmen mithalten. Doch die mangelhafte Dokumentation und die unzähligen Einstellmöglichkeiten machen es dem Einsteiger schwer, ein vorzeigbares Ergebnis zu erzielen. In diesem Workshop zeigen wir, wie Sie es in wenigen Schritten dennoch schaffen.

Aktualisierter Artikel aus c't 21/06

Gegenüber kommerziellen Programmen wie PanoramaStudio bietet das freie Hugin einige Vorzüge. So setzt das Programm auch mehrere Reihen sich überlappender Einzelfotos zu einem Gesamtbild zusammen, sodass sich beispielsweise die Häuser eines engen Marktplatzes in voller Höhe darstellen lassen. Es genügt, die Kamera etwas nach oben zu schwenken und eine zweite oder auch dritte Reihe der Szene anzufertigen. Dabei ist lediglich darauf zu achten, dass sich die Fotos auch vertikal um etwa ein Drittel überlappen. Ein Stativ ist für die Aufnahmen nicht notwendig, da Hugin auch mit Freihandbildern bestens zurechtkommt.

Da beim Zusammensetzen der Fotos (Stitchen) viel Rechenarbeit und riesige Datenmengen anfallen, stellt Hugin recht hohe Anforderungen an die Hardware. Es empfiehlt sich ein schneller Rechner mit möglichst viel RAM, wobei 512 MByte als absolutes Minimum gelten. Besser sind 1 Gigabyte, was die Stitcher-Läufe deutlich verkürzt. Für Windows gibt es das Zusatztool autopano-sift, das einen Großteil der Arbeit automatisiert. Im aktuellen Windows-Installationspaket ist dieses bereits enthalten, sodass man es nicht zusätzlich einrichten muss. Für Linux ist eine Variante namens autopano-sift-C erhältlich. Leider fehlt für Mac OS X ein solches Hilfsmittel, sodass Mac-Besitzer etwas mehr Zeit und Handarbeit für ihre Panoramen investieren müssen.

Grundlage für diesen Workshop bildet die Windows-Version, Konfiguration und Bedienung sind aber unter Linux und Mac OS X beinahe identisch. Alle erforderlichen Schritte sind übrigens in der Bildergalerie im Großformat zu sehen.

Wer sich für mehr Details und Hintergrundinformationen oder gar Spezialfunktionen von Hugin interessiert, findet im Internet ein sehr ausführliches Tutorial. Unter anderem zeigt es, wie sich stürzende Linien in Architekturaufnahmen korrigieren lassen.

Nach der Installation von Hugin sollte man beim ersten Start einige Einstellungen überprüfen und gegebenenfalls anpassen. Unter "Datei/Einstellungen" muss im Register Autopano der Eintrag "Alternative Autopano-SIFT-Anwendung verwenden" aktiviert und in der Auswahlliste "Autopano-SIFT (von S. Nowozin)" ausgewählt sein. Darüber hinaus muss der Pfad zur Anwendung korrekt sein, der in einer Standardinstallation auf "autopano-sift-c.exe" im bin-Verzeichnis des Hugin-Ordners weist. Alle weiteren Einstellungen betreffen vor allem das Feintuning für Spezialisten. Sie können vorerst unverändert bleiben.

Der typische Arbeitsablauf besteht im Laden der Fotos und im Setzen sogenannter Kontrollpunkte im Überlappungsbereich aller Bilder. Diese Punkte markieren identische Stellen und liefern die nötigen Informationen, mit denen der Stitcher die Einzelbilder nahtlos zusammensetzen und die unterschiedlichen Perspektiven angleichen kann. Da die Kontrollpunkte die Qualität des erzeugten Panoramas bestimmen, besteht die Hauptarbeit darin, sie möglichst geschickt zu verteilen. Diese Arbeit können Windows- und Linux-Nutzer an autopano-sift delegieren, die anhand von Farbunterschieden automatisch geeignete Stellen finden.

Anders als frühere Versionen enthält Hugin mittlerweile einen Assistenten, mit dessen Hilfe man Panoramen in drei Schritten erzeugen kann. Es genügt, die Bilder zu laden, auszurichten und das fertige Panoramabild erstellen zu lassen. Doch dieser führt oft nicht zu vorzeigbaren Ergebnissen, wenn etwa Kontrollpunkte in Wolkenformationen oder in Zweigen von Bäumen gesetzt wurden, die sich zwischen den Einzelaufnahmen bewegt haben und die Automatik deshalb fehlerhafte Panoramen erzeugt hat.

Trotz des Assistenten kommt man am manuellen Zusammensetzen der Einzelbilder auf Dauer nicht herum. Zwar gibt die Oberfläche alle Arbeitsschritte vom Laden der Bilder bis zur Ausgabe des fertigen Panoramas auf Registerseiten grob vor. Doch wer die Seiten einfach von links nach rechts abarbeitet, wird kaum das erwartete Ergebnis erzielen. Damit Hugin ein hochwertiges Resultat erzeugt, muss der Anwender immer wieder Zwischenschritte einlegen und von einer Registerseite zur anderen hin und her wechseln. Außerdem gibt es eine Vielzahl an Parametern, die viel Fachwissen erfordern, das man sich erst anderweitig aneignen müsste – zumal tiefergehende Informationen in der Online-Dokumentation fehlen. Wer einen dieser Werte ändert, verschlechtert das Ergebnis viel eher als dass er es verbessert. Zum Glück muss man sich aber nicht mit Fachliteratur herumschlagen, denn die meisten dieser Einstellungen berechnet das Programm automatisch.

Zunächst gilt es, auf der Registerseite "Bilder" die Einzelfotos zu laden. In der Regel sind die Fotos durch die Kamera fortlaufend nummeriert und liegen in demselben Verzeichnis, sodass ein Klick auf die Schaltfläche "In Folge aufgenommene Bilder hinzufügen" genügt, um sie per Dialog zu importieren (Schritt 1). Über "Einzelne Bilder hinzufügen" lassen sich Fotos einzeln und aus unterschiedlichen Ordnern laden. Hat man dabei Fotos eingelesen, die nicht zum Panorama gehören, kann man sie in der Dateiansicht von Hugin löschen. Sollten die Aufnahmen nicht von links nach rechts aufgenommen sein, sollte man die Reihenfolge entsprechend anordnen, indem man jedes Bild einzeln verschiebt. Zwar wirkt sich die Reihenfolge nicht auf das Zusammensetzen der Bilder aus, erleichtert aber beim Bearbeiten der Kontrollpunkte die Auswahl benachbarter Bilder.

Standardmäßig markiert Hugin das erste Bild einer Reihe als so genanntes Ankerbild, an dem das Programm alle anderen Fotos ausrichtet und Helligkeit sowie Perspektive angleicht. Dabei unterscheidet Hugin zwischen Positions- und Belichtungsanker und markiert dies in der Ankerspalte der Dateiliste mit "A" für Position und "C" für Helligkeit. Da die Einzelbilder meist unterschiedlich belichtet sind, sollte man den Belichtungsanker dem Bild mit der optimalen Helligkeit zuordnen, damit das Panorama nicht zu dunkel oder zu hell gerät. Dazu genügt nach Selektion des Bildes ein Klick auf die Schaltfläche "Belichtungsanker setzen" (Schritt 2). Unabhängig vom Belichtungsanker sollte man den Positionsanker dem mittleren Bild zuordnen, da hiervon die Perspektive des fertigen Bildes abhängt und der Stitcher alle Linien und den Horizont daran ausrichtet (Schritt 3). Belässt man ihn an der voreingestellten Position, wölbt sich das Panorama von einem Rand zum anderen mitunter extrem nach oben oder unten und verzerrt so den Inhalt – mitunter bis zur Unkenntlichkeit. Die Parameter für die Bildausrichtung (in der deutschsprachigen Version Gierwinkel, Nickwinkel und Rollwinkel genannt) kann man ignorieren, da Hugin sie eigenständig errechnet.

Auf der Registerseite "Kamera und Objektiv" sollte man anschließend die Einstellungen kontrollieren. Sind in den Bilddateien keine EXIF-Informationen enthalten, muss man die wichtigsten Parameter per Hand einstellen. Dazu genügt es, das erste Bild zu selektieren und das Kästchen "Verknüpfen" zu aktivieren, um die Einstellungen für alle anderen Fotos zu übernehmen (Schritt 4). Relevant sind hier der Objektivtyp, wobei auch Weitwinkelobjektive als Standardobjektive "Gradlinig (Rectlinear)" gelten, was der Voreinstellung entspricht. Außerdem sind Angaben zur benutzten Brennweite und zum Formatfaktor der Kamera (Crop oder auch Verlängerungsfaktor genannt) notwendig, der von der Sensorgröße abhängt. Wer die Werte seiner Kamera nicht kennt, findet sie im Handbuch. Für den Bildwinkel empfiehlt sich in der Regel ein Wert zwischen 60 und 70 Grad, was einem Standardobjektiv entspricht. Die übrigen Einstellungen wie die Korrektur von Verzeichnungen oder die Verschiebung beziehungsweise den Versatz der Bildmitte kann man wiederum ignorieren, da Hugin auch sie berechnet.

Um die Kontrollpunkte unter Windows und Linux automatisch erstellen zu lassen, muss man danach zurück zur Registerseite "Bilder" wechseln. Dort gibt es die Schaltfläche "Kontrollpunkte erstellen". Das Feld neben der Schaltfläche gibt die Anzahl der Punkte je Bilderpaar vor (Schritt 5). Hier empfiehlt es sich, die Voreinstellung mit 10 Kontrollpunkten beizubehalten und den Wert erst dann auf beispielsweise 20 zu erhöhen, wenn das fertige Bild nicht korrekt zusammengesetzt wurde. Laut Hugin-Entwickler sollen zwar bereits drei dieser Punkte reichen, doch höhere Werte verbessern das Ergebnis erheblich. Nach einem Klick auf "Kontrollpunkte erstellen" startet AutoPano auf einer Kommandozeile. Nach kurzer Zeit – auf einem Pentium 4/1,8 mit 1 GByte RAM und neun Einzelbildern dauert dies knapp drei Minuten – meldet ein Fenster die Anzahl der gesetzten Kontrollpunkte.

Auf der Registerseite "Kontrollpunkte" fällt danach die Hauptarbeit an. Mac-Benutzer müssen hier die markanten Stellen innerhalb der Überlappungsbereiche per Hand markieren. Doch auch Windows- und Linux-User sollten hier einige Zeit investieren, um die automatisch erzeugten Punkte zu kontrollieren und gegebenenfalls zu überarbeiten. Oft verteilt AutoPano sie nämlich ungleichmäßig, mitunter verweisen sie auf Stellen wie Äste, Autos oder Menschen, die sich zwischen den Aufnahmen bewegt haben. Damit stimmt aber deren Position in den beiden Bildern nicht überein, sodass der Stitcher sie nicht korrekt zusammensetzen kann. Drei Automatikfunktionen unterstützen in allen Betriebssystemversionen den Anwender, indem sie beim Setzen eines Punktes die korrespondierende Stelle im Nachbarbild finden. Dazu muss das automatische Feinjustieren, Hinzufügen und Schätzen durch einen Klick auf das jeweilige Kästchen aktiviert sein (Schritt 6).

Danach wählt man zum Setzen eines Punkts jeweils zwei benachbarte Bilder aus, um diese nebeneinander anzuzeigen. Ein Klick auf eine markante Stelle im Überlappungsbereich eines der beiden Bilder zeigt zunächst einen vergrößerten Ausschnitt, sodass man die Markierung exakt positionieren und mit einem weiteren Klick übernehmen kann (Schritt 7). Hugin markiert dann im Nachbarbild dieselbe Stelle, wenn sie sich im Überlappungsbereich befindet (Schritt 8). Um einen ungünstig gesetzten Kontrollpunkt zu entfernen, genügt es, ihn zu selektieren und die Löschtaste zu drücken.

Beim Markieren der Kontrollpunkte sollte man die Bilderränder meiden, da Objektive in diesen Bereichen leicht Verzerrungen verursachen, insbesondere in Weitwinkelaufnahmen. Außerdem sollte man möglichst keine Objekte im Vordergrund markieren, da die Kameradrehung zwischen den Aufnahmen insbesondere im Vordergrund zu Parallaxenfehlern führt. Damit verschieben sich Vorder- und Hintergrund seitlich, sodass die beiden Bilder unterschiedliche Teile der Szene zeigen, die der Stitcher nicht korrekt zusammensetzen kann. Auf den Hintergrund wirkt sich dies kaum aus, sodass sich die Kontrollpunkte möglichst auf ihn konzentrieren sollten.

Sind im Ankerbild zum Beispiel Häuserwände oder Fensterrahmen zu sehen, hilft die Definition einer oder mehrerer horizontaler und vertikaler Linien beim Beseitigen von Verzerrungen. Dazu wählt man in der linken und rechten Ansicht dasselbe Bild aus und schaltet alle drei Automatikoptionen ab. Nach dem Setzen eines Punktes in der linken Ansicht, zum Beispiel eine obere Ecke eines Fensterrahmens, markiert man in der rechten Ansicht die untere Ecke (Schritt 9). Ein Klick auf die rechte Maustaste oder die Schaltfläche "hinzufügen" definiert den Bildteil als vertikale oder horizontale Linie, wobei Hugin den Typ selbst erkennt. Falls nicht, lässt sich die Linienart in der Liste der Kontrollpunkte durch Selektion des Eintrags über der Auswahlliste "Modus" korrigieren (Schritt 10).

Nach dem Setzen oder Ändern der Kontrollpunkte eines jeden Bilderpaares sollte die Optimierungsfunktion von Hugin immer die vorgenommenen Einstellungen überprüfen und optimieren. Dazu wechselt man zur Registerseite "Optimieren" und wählt im Listenfeld zunächst "Ausrichtung (inkrementell, vom Anker beginnend)". Ein Klick auf "Optimierung starten" beginnt den Lauf (Schritt 11). Zum Schluss zeigt ein Dialog eine Statistik an, die insbesondere über die Qualität der Kontrollpunkte und damit über das zu erwartende Ergebnis Aufschluss gibt, wobei eine durchschnittliche Kontrollpunktentfernung unter 5 auf ein gutes Resultat hindeutet (Schritt 12). Den Dialog mit der Frage, ob die Änderungen übernommen werden sollen, schließt man in diesem Fall mit "Ja". Ermittelt der Optimierungslauf einen höheren Wert als 5, sollte man die Frage verneinen und die Kontrollpunkte gleichmäßiger verteilen. Nachdem dies in allen Bilderpaaren geschehen ist, muss ein weiterer Optimierungslauf mit der Auswahl "Alles" die fürs Stitchen noch fehlenden Parameter berechnen (Schritt 13).

Erst nach diesem Optimierungslauf lohnt es sich, auf die Registerseite "Zusammenfügen" zu wechseln und das Ausgabeformat sowie einige zusätzliche Einstellungen vorzunehmen. Als Projektion kommen für normale Panoramen "Sphärisch (Equirectangular)", also die Abbildung auf eine Kugel, oder "Zylindrisch" in Frage (Schritt 14). Die rechtwinklige Abbildung (Eintrag "Gradlinig (Rectilinear)") stellt zwar horizontale Linien gerade dar, eignet sich aber nur für kleine Bilderreihen aus zwei oder drei Fotos, da sie den Bildinhalt zum Rand hin immer stärker verzerrt. Sie eignet sich insbesondere, um in Einzelbildern erfasste Gebäude als Mosaik zusammenzusetzen. Zylinder mit bis zu 360 Grad sind die etwa von Apple QuickTime gewohnten Panoramen, die man per Maus um sich als Betrachter dreht.

Die übers Menü "Ansicht" einblendbare Vorschau erlaubt die Kontrolle des zu erwartenden Panoramas vor dem Stitchen (Schritt 15). Hier kann man sehr gut die Auswirkung der gewählten Abbildung aufs Gesamtbild sehen und notfalls eine andere wählen. Über zwei Schieberegler lässt sich das Bild horizontal und vertikal zuschneiden, was in vielen Fällen das Nachbearbeiten in einem separaten Bildbearbeitungsprogramm erübrigt (Schritt 16). Zum schnellen Zusammenfügen genügt es, wieder zurück auf der Hugin-Oberfläche auf der Registerseite "Zusammenfügen" als Ausgabe "Panorama" zu wählen. Möchte man Panoramen nur am Bildschirm betrachten, lohnt es sich nicht, die von Hugin ermittelte maximale Größe beizubehalten, weil ein fertiges Panorama mehrere hundert Megabyte belegen kann. Zudem kann ein Stitcher-Lauf leicht über eine halbe Stunde dauern; die Reduktion auf das notwendige Maß beschleunigt den Vorgang erheblich. Dazu ändert man in den entsprechenden Feldern die Breite, aus der Hugin die Höhe ermittelt. Ein Klick auf "Jetzt zusammenfügen" öffnet einen Dialog, der Dateinamen und Verzeichnis fürs Ausgabebild abfragt, und startet dann den Stitcher-Lauf (Schritt 17).

Da die Vorschau zwar einen Eindruck vom fertigen Panorama vermittelt, aber keine Details in den Überblendungsbereichen anzeigt, lohnt es sich, erst ein Testbild etwa in Bildschirmbreite zu erzeugen, um dort nach Fehlern zu suchen. Anschließend kann man bei Bedarf die Kontrollpunkte optimieren und erst zum Schluss das eigentliche Panorama in voller Auflösung erstellen.

Einige Fehler lassen sich jedoch nicht durch Überarbeiten der Kontrollpunkte beheben. Enthält die Szene beispielsweise Menschen, Autos oder Schiffe, die sich während den Aufnahmen bewegt haben, entstehen im Überlappungsbereich mitunter sogenannte Geisterobjekte, die doppelt oder durchsichtig erscheinen. Diese Fehler lassen sich recht einfach in jedem Bildbearbeitungsprogramm beheben. Dazu startet man zunächst einen speziellen Stitcher-Lauf mit aktivierter Option "Umgerechnete Einzelbilder" für die Ausgabe. Auf diese Weise rechnet Hugin zwar alle Einzelbilder um, unterlässt aber den letzten Schritt, den man nach der Bearbeitung der Bilder von der Kommandozeile aus nachholen kann. Aus diesen Dateien lädt man eines der Bilder mit dem unerwünschten Objekt im Überlappungsbereich in ein Bildbearbeitungsprogramm wie Gimp und löscht den Bereich mit dem Radierwerkzeug, der dann als transparent markiert wird. Über das Kommandozeilentool Enblend, das sich im Hugin-Verzeichnis befindet, lässt sich das Panorama danach zusammensetzen. Dazu wechselt man in den Hugin-Ordner und ruft Enblend mit dem Namen der Ausgabedatei sowie den Einzelbildern in der korrekten Reihenfolge auf, zum Beispiel:

enblend.exe -v -w -o e:pano.tif pano1.tif pano2.tif pano3.tif

Dieses Tool erkennt den transparenten Bereich und überlagert ihn vollständig mit dem Inhalt des Nachbarbildes, womit das Geisterobjekt verschwunden ist.

Wer sich mit den Einzelschritten erst einmal vertraut gemacht hat und etwas Mühe in die Korrektur der Kontrollpunkte investiert, gelangt mit etwas Übung ohne übermäßigen Zeitaufwand zu vorzeigbaren Ergebnissen. Perfektionisten können sich aber auch tagelang damit beschäftigen, um auch die kleinste Unstimmigkeit in den Übergängen zu entfernen. In den meisten Fällen dürfte aber schon unser Schnelldurchgang reichen, um Betrachter zu beeindrucken.

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