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Stereofotografie
Fotografieren in 3D.

 
    Grundlagen  
    Techniken  
    Kameras  
 
Modified: 06.03.2005

Vor vielen, vielen Jahren (als Deutschland noch geteilt war) habe ich einen Optik-Baukasten "von drüben" geschenkt bekommen. Dieses Teil war eine echte Schatztruhe, man konnte damit unter anderem aus zwei einzelnen Diabetrachtern einen Betrachter für Stereodias basteln, ein Stereodia mit erstaunlicher Tiefenwirkung war im Kasten enthalten.

Einige Jahre später konnte ich auf einem Flohmarkt einen Viewmaster erstehen, ein kleines Betrachtergerät, in dem eine Pappscheibe mit einer Serie von sehr kleinen Dias so rotiert wird, daß jeweils ein Stereopaar durch die beiden Okulare betrachtet werden kann. Auch dieses ist eines der sehr alten (und recht bekannten) Beispiele für die Stereofotografie.

Mir kam die Idee, daß man doch sehr einfach solche Bilder selber erzeugen können müßte, schließlich handelt es sich ja nur um zwei Aufnahmen, die von zwei Kameras im Augenabstand aufgenommen wurden. Nach einiger Recherche im Internet wußte ich zwei Dinge mehr:

  • Ich bin nicht der erste, der auf diese Idee kam.
  • Es gibt viele, viele Möglichkeiten der Stereofotografie, jede in ihrer eigenen Preis- und Leistungsklasse.
Hier werde ich nun die wesentlichen Techniken vorstellen, ein wenig Anleitung zum Selbermachen geben und etwas über die Praxis der Stereofotografie erzählen.

 
 
 
Grundlagen:
 

Der räumliche Eindruck, den wir z.B. beim Betrachten einer Landschaft erhalten, entsteht durch die Auswertung von Informationen aus den beiden Bildern, die wir durch unsere zwei Augen sehen. Das Gehirn wertet sowohl jedes einzelne Bild aus als auch die Unterschiede zwischen beiden. Auch durch Betrachten eines einzelnen Bildes können wir Informationen über die räumliche Tiefe erhalten. Folgende Hinweisreize werden vom Gehirn zum Schließen auf Tiefenverhältnisse ausgewertet:

 
Texturgradient:
Die Dichte (bzw. Größe) der einzelnen Gegenstände auf dem Bild. Je weiter Gegenstände von uns entfernt sind, desto kleiner erscheinen sie. Auch die Abstände zwischen zwei weit entfernten Gegenständen scheinen geringer zu sein. Dies führt dazu, daß weit entfernte Bereiche sehr viel komprimierter und dichter aussehen. Die nebenstehende Abbildung verdeutlicht dies.
 
Bewegungsparallaxe:
Bewegt man den Kopf, so bewegen sich die Abbildungen naher Gegenstände schneller über die Netzhaut, als die von entfernten Gegenständen. Je weiter ein Gegenstand von uns entfernt ist, desto weniger schnell scheint er sich zu bewegen (z.B. beim Blick aus einem fahrenden Auto). Durch Auswerten der Unterschiede von nacheinander aufgenommenen Bildern kann also auf die Entfernung von Gegenständen geschlossen werden. Die folgende Abbildung zeigt zwei Gegenstände, die jeweils um den gleichen Abstand vor dem Auge bewegt werden. Der überstrichene Winkel ist jedoch viel größer bei dem näheren Gegenstand.
 
Stereopsie:
Die Unterschiede zwischen den beiden Einzelbildern liefern einen wesentlichen Teil der Tiefeninformationen des Raumes. Der Abstand der menschlichen Augen beträgt etwa 6.5cm. Betrachten wir also einen Gegenstand, so sehen wir immer zwei seitlich versetzte Ansichten davon. Diese sind jedoch für sich jeweils nur ein zweidimensionales Abbild der Umgebung, d.h. aus einem einzelnen Bild läßt sich kein komplettes räumliches Bild erstellen. Vergleicht man jedoch beide Einzelbilder, so lassen sich aus den Unterschieden Informationen über die räumliche Anordnung der abgebildeten Gegenstände gewinnen. Das Prinzip ist dasselbe wie bei der Bewegungsparallaxe, jedoch ist keine Kopfbewegung notwendig, da wir ohnehin zwei versetze Bilder sehen.

Die obere Abbildung zeigt, daß der Tiefenabstand der beiden Gegenstände aus dem Winkelunterschied der beiden Teilbilder hergeleitet werden kann.

 

Die zweite Abbildung verdeutlicht, daß ein einzelnes Bild hierfür nicht ausreicht, da verschiedene Entfernungen zu einem gleichen Winkel beim einen (hier dem linken Auge) führen können. Erst das rechte Auge liefert hier die zusätzliche Information, die zur Entfernungseinschätzung notwendig ist (rote Linie).

 

Im Falle eines einzelnen unbewegten Bildes kann die Bewegungsparallaxe nicht ausgewertet werden, das Bild verändert sich nicht, wenn man den Kopf bewegt (bei Hologrammen ist das anders). Der Texturgradient liefert uns bereits beim Betrachten eines normalen Fotos Informationen über die Tiefe, jedoch reicht dies offenbar nicht, um eine räumliche Wirkung zu erzielen. Erst die zusätzlichen Informationen durch ein weiteres Bild führen zu einen realistischen Raumeindruck.

 
 
Techniken:
 

Wie erhält man jedoch zwei leicht versetzte Aufnahmen einer Szenerie? Dafür gibt es unterschiedliche Methoden, die jeweils unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten bieten und in verschiedenen Preisklassen liegen.

 
Eine Kamera, zeitlich nacheinander:

Der einfachste Weg ist natürlich, eine einzelne Kamera zu verwenden, zunächst ein Bild zu machen, die Kamera seitlich zu versetzen, und nun ein weiteres Bild zu machen. Die Schwierigkeiten dieses Verfahrens liegen auf der Hand:

  • Beim Versetzen der Kamera muß darauf geachtet werden, daß sie nicht verkantet wird, sondern die Blickrichtung parallel zur ersten Aufnahme bleibt. Andernfalls entsprechen die Bilder dem, was wir beim heftigen Schielen sehen: Schielen wir nach außen, so überlappen sich die Bildbereiche nicht mehr, wir sehen zwei getrennte Bilder übereinandergelagert. Schielen wir nach innen, gelingt es unserem Gehirn ebenfalls nicht mehr, die zusammengehörigen Teilinformationen zusammenzusetzen, das Bild, das wir sehen, zerfällt in seine Teilbilder. In beiden Fällen bekommen wir nach kurzer Zeit Kopfschmerzen. Dasselbe passiert ebenfalls beim Betrachten von nicht-parallel aufgenommenen Stereobildern.

  • Natürlich darf sich in der aufgenommenen Szene zwischen den beiden Aufnahmen kein Gegenstand bewegen. Solche Unterschiede zwischen den zwei Teilbildern werden vom Gehirn stark wahrgenommen (schließlich achtet es auf die Unterschiede, um die Tiefeninformationen zu erhalten). Ungleiche Bilder stören den Raumeindruck daher erheblich.

Dies ist also nur die einfachste und billigste Möglichkeit, um Stereoaufnahmen zu machen. Für einen kurzen Test durchaus brauchbar, jedoch für ernsthafte Fotografie viel zu beschränkt.
 
Eine Kamera, Strahlenteiler:

Für gewöhnliche Kamera-Objektive gibt es einen Strahlenteiler-Vorsatz, der in das Filtergewinde des Objektives geschraubt werden kann. Dieser besitzt zwei Linsen, durch die das Licht einfällt. Es wird dann so umgeleitet, daß die Lichtstrahlen des rechten Teilbildes nur auf die rechte Seite des Objektivs fallen, das linke Teilbild wird in den linken Bereich des Objektives gelenkt. Somit nimmt die Kamera ein Bild auf, das in der Mitte geteilt ist. Im linken Bereich findet sich das linke Teilbild, im rechten das rechte. Um die Bilder zu betrachten, benötigt man einen Betrachter, der dafür sorgt, daß das jedes Auge nur seine Hälfte des Bildes zu sehen bekommt. Solche Betrachter gibt es sowohl für Papierbilder als auch für Dias.

Auf diese Weise lassen sich also ohne Schwierigkeiten auch Aufnahmen von bewegten Dingen machen, ebenfalls bereitet die parallele Ausrichtung keine Schwierigkeiten. Nachteilig ist das entstehende Format der Bilder: Es ist nur halb so breit wie ein normales Foto, und ist dementsprechend ein recht schmales Hochformat. Eine Projektion von Dias, die mit dieser Technik aufgenommen wurden, ist wohl kaum möglich, da die beiden Teilbilder nicht wieder einzeln den zugehörigen Augen zugeführt werden können.

 
Zwei Kameras:

Besitzt man zwei Kameras, so können diese nebeneinander auf einer Schiene befestigt werden. Sind die Kameragehäuse klein, so gelingt es auch auf diese Weise, den menschlichen Augenabstand (ca 6.5 cm) einzuhalten. Problematisch bei dieser Technik ist das identische Einstellen beider Objektive (falls es sich um Zoom-Objektive handelt). Zudem sollten beide Objektive einen identischen Bildauschnitt liefern, die Herstellertoleranzen sollten also nicht zu groß sein. Am einfachsten geht es also mit zwei Objektiven gleicher, fester Brennweite. Die beiden Kameras sollten ebenfalls etwa gleichhelle Aufnahmen produzieren, was man ggf. durch entsprechendes Ausgleichen der Filmempfindlichkeit oder eine vorhandene Blendenkorrektur erreichen kann.

Als wesentliches Problem bleibt nun noch das gleichzeitige Auslösen der beiden Kameras. Dies kann durch einen im Fachhandel erhältlichen Doppeldrahtauslöser geschehen oder aber ungleich präziser durch elektronische Synchronisation der Auslöser, wenn die Kamera dies unterstützt. Ich benutze ein paar von Olympus XA2-Kameras, die ich nachträglich um einen elektronischen Auslöser erweitert habe. Eine entsprechende Schaltung läßt sich mit etwas Erfahrung auf einer kleinen Platine realisieren, hier finden Sie eine englische  Beschreibung zum Bau eines synchronen Auslösers.

Die beiden Kameras können auch so auf einer Schiene montiert werden, daß die Kameraböden zueinander zeigen. Auf diese Weise entsteht eine Stereo-Kamera für das Hochformat. Auch hierbei ist natürlich der Augenabstand ungefähr einzuhalten. Meine Stereo-Kamera besteht im Moment aus drei kleinen Kameras, von denen ich jeweils zwei gemeinsam auslösen kann. Somit kann ich wahlweise im Hoch- oder im Querformat fotografieren. Die folgenden Abbildungen zeigen den Aufbau.
Aufnahme Hochformat Aufnahme Querformat

Die Lösung mit zwei (oder mehr) synchronisierten Kameras ist die flexibelste von allen. Werden Diafilme eingesetzt, so können die Dias einfach durch zwei aneinandergehaltene, kleine Diabetrachter angeschaut werden. Mit Hilfe von zwei Projektoren, zwei Polfiltern und einer Polfilterbrille ist sogar die Projektion der Stereo-Dias auf eine Leinwand möglich. Die relativ geringen Kosten für kleine Sucherkameras mit fester Brennweite (z.B. beim Kauf von gebrauchten Geräten) ermöglichen den kostengünstigen Aufbau einer sehr universellen Stereokamera.

 
 
Kameras:
 

Es gibt natürlich auch fertige Stereokameras zu kaufen. Hierbei gibt es grob drei verschiedene Klassen:

russische Stereokameras: In der Sowjetunion wurden einige Modelle von Sterokameras gebaut, die nach der Öffnung der Grenzen günstig zu haben waren. Die Kameras sind in der Regel sehr robust, qualitativ ok, haben keine Wechseloptik. Oftmals sind es Rollfilm-Kameras. Hierzu gehört z.B. die  FED.

ältere Modelle aus Europa und den USA: In den 50er und 60er Jahren wurden einige Stereokameras von den bekannten europäischen und amerikanischen Herstellern gebaut. Da sich die Stereofotografie nicht durchsetzte, wurden diese Modelle jedoch meist in den 70er und 80er Jahren komplett vom Markt genommen. Hier eine Reihe von Beispielen:

neue Stereokameras: Auch heutzutage werden noch einige Stereokameras produziert. Diese liegen i.d.R. im Bereich für anspruchsvolle Amateure und Profis, es handelt sich i.d.R. um Spiegelreflexkameras mit Wechselobjektiven, die mechanisch gekoppelt sind, es gibt auch Modelle mit entsprechend synchronem Autofokus.

  •  RBT X4, X5, X2V2, 109
Es gibt auch einige günstige, neue Kameramodelle:

Digitalkameras: Natürlich lassen sich auch mit Digitalkameras Stereo-Bilder aufnehmen. Pentax hat seine Optio-Serie mit ein paar Features ausgestattet, die es ermöglichen, zwei Bilder hintereinander aufzunehmen und ein Stereo-Paar daraus zu machen (siehe diesen Artikel). Und von RBT gibt es einige Möglichkeiten, Sony-Digitalkameras zu einer Stereokamera zu koppeln (siehe  3D-Concepts).

 
 
Links:
 

Anbieter von Stereo-Ausrüstung gibt es einige, man darf nur nicht erwarten, dass es einen mal eben um die Ecke gibt. Versandhandel ist angesagt. Hier sind einige Links zu größeren Anbietern:

Und hier noch einige weitere Links zu Beispielen von 3D-Bildern und Einfürungen in die Stereo-Fotografie:

 
 Anregungen, Lob und Kritik nehme ich gerne entgegen.