Die Stereofotografie ist eine faszinierende Technik, die es uns ermöglicht, Bilder mit einer Wahrnehmung von Tiefe zu schaffen, ähnlich der Art und Weise, wie unsere Augen die Welt sehen. Im Kern geht es darum, zwei Bilder desselben Motivs aus leicht unterschiedlichen horizontalen Positionen aufzunehmen. Wenn diese beiden Bilder dann gleichzeitig betrachtet werden, eines mit jedem Auge, verschmilzt unser Gehirn sie zu einem einzigen Bild mit einer ausgeprägten räumlichen Tiefe. Dieses Prinzip ist die Grundlage für alle stereoskopischen Bilder, sei es in der Fotografie, im Film oder in modernen digitalen Anwendungen.
Die Entstehung stereoskopischer Bilder reicht weit zurück. Schon 1838 experimentierte Charles Wheatstone mit der Stereopsie anhand von Zeichnungen. Die Erfindung der Fotografie im Jahr 1839 eröffnete ein neues, detailreicheres Medium für seine Experimente, und die ersten fotografischen Stereopaare erschienen in den frühen 1840er Jahren als Daguerreotypien und Kalotypien. In den 1850er Jahren wurden Stereoskope und eine Auswahl professionell fotografierter Stereobilder zu einem Standardbestandteil bürgerlicher Salons. Mit dem Aufkommen empfindlicherer Fotoplatten und Filme in den 1890er Jahren, die Schnappschüsse ermöglichten, wurde die Amateurfotografie zu einem beliebten Hobby, und Stereokameras waren Teil davon. Die frühesten Kameras waren unhandlich, und das Ergebnis waren Papierabzüge, die auf Karten montiert wurden, um sie in einem Standard-Stereoskop zu betrachten. Bald kamen kleinere Kameras hinzu, die relativ kleine Stereodias auf Glas lieferten. Die Popularität der Stereofotografie nahm nach dem Ersten Weltkrieg ab und stürzte während der Großen Depression der 1930er Jahre ab.
Grundlagen und Ausrüstung
Um ein echtes stereoskopisches Bildpaar zu erhalten, müssen zwei Fotos von unterschiedlichen horizontalen Positionen aufgenommen werden. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen:
- Mit zwei separaten Kameras nebeneinander.
- Mit einer einzelnen Kamera, die zwischen den Aufnahmen von einer Position zur anderen bewegt wird (bekannt als die „Cha-Cha“- oder „Rock and Roll“-Methode, auch „Astronautenschritt“ genannt, da sie auf dem Mond verwendet wurde).
- Mit einer einzelnen Kamera und einer einzigen Aufnahme durch eine spezielle Spiegel- oder Prismenanordnung, die ein stereoskopisches Bildpaar dem Kameraobjektiv präsentiert.
- Mit einer speziellen Stereokamera, die zwei oder mehr nebeneinander liegende Objektive besitzt.
Für sich bewegende Objekte im Bildfeld ist es unerlässlich, beide Bilder gleichzeitig aufzunehmen, entweder mit einer speziellen Zwei-Objektiv-Kamera oder mit zwei identischen Kameras, die so nah wie möglich am selben Moment ausgelöst werden.
Im nicht-professionellen Markt der digitalen 3D-Kameras gab es verschiedene Modelle mit unterschiedlichen Stereobasen (Abstand zwischen den beiden Kameraobjektiven). Neue Kameras, wie die Fuji W3, ermöglichten sogar die Aufnahme von 3D-Videos. Seit 2009 erschienen digitale Stereokameras wie die Fuji W1 im Verbrauchermarkt, und mehrere Unternehmen schlossen sich dem digitalen Stereomarkt an. Sogar einige Smartphones erhielten 3D-Fähigkeiten.
Es ist auch möglich, ein Zwei-Kamera-Rig zu erstellen, zusammen mit einem Synchronisationsgerät, um Verschluss und Blitz beider Kameras zu koordinieren. Man montiert zwei Kameras auf einer Halterung mit etwas Abstand und einem Mechanismus, der beide gleichzeitig auslösen lässt.
Der Beginn des 21. Jahrhunderts markierte das Zeitalter der digitalen Fotografie. Stereoobjektive wurden eingeführt, die eine gewöhnliche Filmkamera in eine Stereokamera verwandeln konnten, indem sie mit einem speziellen Doppelobjektiv zwei Bilder aufnahmen und diese nebeneinander auf den Film leiteten. Diese sind auch für digitale Spiegelreflexkameras erhältlich.
Die Rolle der Basislinie
Die Basislinie, also der Abstand zwischen den beiden Aufnahmepositionen oder Objektiven, ist ein entscheidender Faktor für den resultierenden Stereoeffekt. Für die allgemeine Stereofotografie, bei der das Ziel darin besteht, das natürliche menschliche Sehen zu duplizieren und einen visuellen Eindruck zu vermitteln, der so nah wie möglich am tatsächlichen Dasein ist, sollte die korrekte Basislinie der Entfernung zwischen den Augen entsprechen. Dies wird als „Ortho Stereo“ bezeichnet und verwendet typischerweise eine Basislinie von etwa 50 mm bis 80 mm. Bilder, die mit einer solchen Basislinie aufgenommen und mit einer Methode betrachtet werden, die die Aufnahmebedingungen dupliziert, liefern einen Eindruck, der dem am Aufnahmeort sehr ähnlich ist. Das beliebte Realist-Format aus den späten 1940er bis Mitte der 1950er Jahre ist ein Beispiel dafür.
Spezielle Techniken der Stereofotografie
Es gibt Situationen, in denen es wünschenswert sein kann, eine längere oder kürzere Basislinie als die normale zu verwenden. Die zu berücksichtigenden Faktoren sind die geplante Betrachtungsmethode und das Ziel der Aufnahme.
Hyperstereo: Längere Basislinie für entfernte Objekte
Wenn ein Stereobild eines großen, weit entfernten Objekts wie eines Berges oder eines großen Gebäudes mit einer normalen Basis aufgenommen wird, erscheint es flach. Dies entspricht dem normalen menschlichen Sehen – es würde flach aussehen, wenn man tatsächlich dort wäre. Um dennoch Tiefe in solchen Szenen zu erzeugen, wird eine längere Basislinie verwendet. Dies wird als Hyperstereo bezeichnet. Die Kamera- oder Objektivpositionen werden dabei weiter voneinander entfernt als der menschliche Augabstand (typischerweise 62–65 mm). Dies führt dazu, dass das aufgenommene Bild so aussieht, als würde es von einem Riesen gesehen, und verstärkt die Tiefenwahrnehmung dieser entfernten Objekte. Die scheinbare Größe der Szene wird proportional reduziert, was oft zu einem Miniaturisierungseffekt führt – die Szene kann wie ein Modell aussehen.
Techniken zur Realisierung von Hyperstereo umfassen die Verwendung von zwei Kameras mit großem Abstand oder das Verschieben einer einzelnen Kamera über die erforderliche Distanz zwischen den Aufnahmen. Letzteres wurde auch mit Kameras wie der Stereo Realist praktiziert. Selbst mit einer einzelnen Kamera aus einem Flugzeug kann Hyperstereo aufgenommen werden, wobei jedoch auf die Bewegung von Wolken zwischen den Aufnahmen geachtet werden muss. Eine gängige Faustregel für Hyperstereo, wenn eine ortho-Stereo-Betrachtungsmethode verwendet wird, ist die 1:30-Regel: Die Basislinie sollte etwa 1/30 der Entfernung zum nächsten im Foto enthaltenen Objekt betragen.
Trotz der beeindruckenden Ergebnisse kann Hyperstereo Einschränkungen haben. Die vertikale Ausrichtung kann problematisch werden, besonders bei unebenem Gelände. Bewegungen im Bild können die Synchronisation von weit auseinander stehenden Kameras erschweren. Der Miniaturisierungseffekt kann für Betrachter, die damit nicht vertraut sind, verwirrend sein, da unser Gehirn künstliche Tiefe bei weit entfernten Objekten nicht verarbeiten kann und dazu neigt, sie als kleinere Objekte aus kurzer Entfernung zu interpretieren. Hyperstereo kann auch zu „Cardboarding“ führen, einem Effekt, bei dem verschiedene Objekte in der Tiefe gut getrennt erscheinen, aber die Objekte selbst flach wirken.
Bei der 3D-Bildgebung des Mondes kann Hyperstereo angewendet werden, indem ein Bild bei Mondaufgang und das andere bei Monduntergang aufgenommen wird. Bessere Ergebnisse werden jedoch oft durch die Nutzung der Libration des Mondes erzielt – ein leichtes „Wackeln“ des Mondes auf seiner Achse relativ zur Erde. Ähnliche Techniken wurden Ende des 19. Jahrhunderts für Stereobilder von Mars und anderen astronomischen Objekten verwendet.
PEPAX Prinzip (Telefoto Stereo)
Das PEPAX-Prinzip, vermutlich eine Kombination aus PErspektive und PArallaX, verwendet ebenfalls eine breitere Basislinie als normal, aber zu einem anderen Zweck. Im Gegensatz zum Hyperstereo versucht PEPAX nicht, die Tiefe über das normale Sehen hinaus zu übertreiben, sondern die Tiefe und Größe von Objekten wiederherzustellen, die bei kürzerer Entfernung zum Motiv gesehen würden. Die Idee ist, die Stereobasislinie (Parallaxe) proportional zum Zoom (Perspektive) anzupassen. Wenn mit einem 4-fachen Teleobjektiv oder Zoom fotografiert wird, erscheinen Objekte so groß, als wären sie 1/4 der Entfernung entfernt, haben aber nicht annähernd die gleiche Tiefe. Wenn jedoch die Basislinie ebenfalls mit vier multipliziert wird, wird die normale Tiefe wiederhergestellt, und das Bild sieht normal aus.
Da die Größe der Objekte im Verhältnis zur verstärkten Tiefe zunimmt, gibt es keinen Miniaturisierungseffekt wie beim Hyperstereo. Allerdings tritt die gleiche Telefotokompression auf, die auch bei extremen Zoom-Flachfotos zu sehen ist. Dies bedeutet eine Reduzierung der relativen Größen von Objekten in unterschiedlichen Entfernungen, sodass weiter entfernte Objekte größer erscheinen als näher gelegene Objekte gleicher Größe. Bei niedrigeren Zoomstufen ist dieser Effekt jedoch vernachlässigbar.
Makro Stereo: Kürzere Basislinie für Nahaufnahmen
Wenn Objekte aus einer Entfernung von weniger als etwa 2 Metern aufgenommen werden, erzeugt eine normale Basislinie bei Verwendung von Ortho-Betrachtungsmethoden eine übermäßige Parallaxe und somit eine übertriebene Tiefe. Ab einem bestimmten Punkt wird die Parallaxe so groß, dass das Bild schwer oder sogar unmöglich zu betrachten ist. Für solche Situationen wird es notwendig, die Basislinie gemäß der 1:30-Regel zu reduzieren. Dies gilt für Ultra-Nahaufnahmen oder „Makro Stereo“.
Bei Stillleben können mit einer gewöhnlichen Einzelobjektivkamera durch Bewegen der Kamera auf einer Gleitschiene oder ähnlichem ein Stereopaar erzeugt werden. Für bewegte Objekte wird ein ausgefeilterer Ansatz verwendet. In den frühen 1970er Jahren stellte Realist Inc. den Macro Realist vor, der für die Stereografie von Motiven im Abstand von 10 bis 14 cm konzipiert war. Er hatte eine Basislinie von 15 mm. Kameras, die in den letzten Jahren hergestellt wurden, können Motive im Abstand von 25 bis 50 cm stereografieren und haben eine Basislinie von 27 mm. Eine weitere Technik, die mit Kameras mit fester Basislinie wie der Fujifilm FinePix Real 3D W1/W3 verwendet werden kann, besteht darin, sich vom Motiv zu entfernen und die Zoomfunktion zu verwenden, um eine nähere Ansicht zu erhalten. Dies hat den Effekt, die effektive Basislinie zu reduzieren.
Eine weitere Möglichkeit, Bilder von sehr kleinen Objekten („Extrem-Makro“) aufzunehmen, ist die Verwendung eines Flachbettscanners. Dies ist eine Variation der Shift-Technik, bei der das Objekt verkehrt herum auf den Scanner gelegt, gescannt, verschoben und erneut gescannt wird. Diese Technik, bekannt als Scanografie, kann Stereos von Objekten verschiedenster Größe erzeugen.
Basislinie angepasst an die Betrachtungsmethode
Wenn Bilder auf einem kleinen Bildschirm aus kurzer Entfernung betrachtet werden, sind die Unterschiede in der Parallaxe geringer und der Stereoeffekt ist gedämpft. Aus diesem Grund werden Stereobilder manchmal für diese Situation „optimiert“, indem eine größere Basislinie verwendet wird. Solche Bilder können jedoch bei der Betrachtung mit ortho-Methoden, wie einem projizierten Bild oder einem Head Mounted Display, übermäßige Parallaxe aufweisen, was zu Augenbelastung und Kopfschmerzen führen kann.
Wenn Bilder für die Anaglyphen-Darstellung (mit Rot-Cyan-Brille) bestimmt sind, hilft ein durch eine kleinere Basislinie erzeugter gedämpfter Stereoeffekt, „Ghosting“-Artefakte zu minimieren.
Geometrische Stereo
Wie bereits erwähnt, kann das Ziel des Fotografen ein Grund für die Verwendung einer größeren als normalen Basislinie sein. Dies ist der Fall, wenn ein Stereograf, anstatt eine genaue Nachahmung des natürlichen Sehens anzustreben, eine geometrische Perfektion erreichen möchte. Bei diesem Ansatz werden Objekte in ihrer tatsächlichen Form gezeigt, nicht so, wie sie vom Menschen gesehen werden. Objekte in 8 bis 9 Metern Entfernung, anstatt die subtile Tiefe zu haben, die man vor Ort sehen würde, haben die viel dramatischere Tiefe, die man aus 2 bis 3 Metern Entfernung sehen würde. Die Basislinie wird gewählt, um denselben Tiefeneffekt zu erzeugen, unabhängig von der Entfernung zum Motiv. Dies ist eine spezialisierte Form der Stereografie und kann ebenfalls zu einem Miniaturisierungseffekt führen.
Präzise Berechnung und moderne Techniken
Jüngste Forschung hat zu präzisen Methoden zur Berechnung der stereoskopischen Kamerabasislinie geführt. Diese Techniken berücksichtigen die Geometrie des Displays/Betrachters und des Motivs/Kamera-Raums unabhängig voneinander und können verwendet werden, um zuverlässig eine Abbildung der aufgenommenen Motivtiefe auf ein komfortables Display-Tiefenbudget zu berechnen. Dies ermöglicht es dem Fotografen, seine Kamera beliebig zu positionieren, um die gewünschte Komposition zu erreichen, und dann mit einem Basislinienrechner den erforderlichen Kamera-Interaxialabstand zu ermitteln.
Dieser Ansatz bedeutet, dass bei der stereoskopischen Einrichtung kein Rätselraten mehr nötig ist, sobald eine kleine Menge von Parametern gemessen wurde. Er kann für Fotografie und Computergrafik implementiert werden, und die Methoden können einfach in einem Softwaretool umgesetzt werden.
Die präzisen Methoden zur Kamerasteuerung haben auch die Entwicklung von Multi-Rig-Stereokameras ermöglicht, bei denen verschiedene „Schichten“ der Motivtiefe mit unterschiedlichen Interaxial-Einstellungen aufgenommen werden. Die Bilder der Schichten werden dann zu einem endgültigen stereoskopischen Bildpaar zusammengesetzt. Dies ermöglicht es, wichtigen Bereichen einer Szene eine bessere stereoskopische Darstellung zu geben, während weniger wichtigen Bereichen weniger Tiefenbudget zugewiesen wird. Es bietet Stereografen eine Möglichkeit, die Komposition innerhalb des begrenzten Tiefenbudgets jeder einzelnen Displaytechnologie zu verwalten.
Vergleich verschiedener Stereotechniken
| Technik | Basislinie | Motiventfernung | Ziel/Effekt |
|---|---|---|---|
| Ortho Stereo | Normal (ca. 50-80mm) | Normal (nahe bis mittel) | Simulation des natürlichen Sehens, realistische Tiefe |
| Hyperstereo | Länger als normal | Entfernt | Tiefenverstärkung bei entfernten Objekten, möglicher Miniaturisierungseffekt |
| PEPAX (Telefoto Stereo) | Proportional zum Zoom | Entfernt (mit Zoom) | Wiederherstellung der Tiefe bei Teleaufnahmen, Telefotokompression |
| Makro Stereo | Kürzer als normal | Nah (Makro) | Vermeidung übermäßiger Parallaxe bei Nahaufnahmen |
| Geometrische Stereo | Angepasst an die gewünschte Tiefe | Beliebig | Geometrische Perfektion, konsistente Tiefenwahrnehmung, möglicher Miniaturisierungseffekt |
Häufig gestellte Fragen zur Stereofotografie
Was ist die Basislinie in der Stereofotografie?
Die Basislinie ist der horizontale Abstand zwischen den beiden Kamerapositionen oder den beiden Objektiven einer Stereokamera, die zur Aufnahme der beiden Bilder eines Stereopaares verwendet werden. Sie ist entscheidend für die Stärke des wahrgenommenen Tiefeneffekts.
Warum sehen manche Stereofotos wie Miniaturen aus?
Dieser Effekt tritt häufig beim Hyperstereo auf, bei dem eine längere Basislinie verwendet wird, um entfernten Objekten Tiefe zu verleihen. Unser Gehirn ist nicht daran gewöhnt, starke Tiefeninformationen bei weit entfernten Objekten zu erhalten. Wenn es diese durch Hyperstereo künstlich erzeugte Tiefe wahrnimmt, interpretiert es die Szene oft als ein kleineres Objekt, das aus geringerer Entfernung betrachtet wird.
Kann ich Stereofotos mit einer einzelnen Kamera aufnehmen?
Ja, das ist möglich. Die einfachste Methode ist das „Cha-Cha“ oder „Rock and Roll“-Verfahren, bei dem Sie die Kamera zwischen zwei Aufnahmen leicht horizontal verschieben. Dies funktioniert am besten bei unbewegten Motiven. Es gibt auch spezielle Aufsätze (Spiegel- oder Prismensysteme), die mit einer einzelnen Kamera ein Stereopaar aufnehmen können.
Was bedeutet „Cardboarding“?
„Cardboarding“ ist ein unerwünschter Effekt, der manchmal bei Hyperstereo oder anderen Techniken mit zu großer Parallaxe auftritt. Dabei erscheinen Objekte in der Tiefe zwar gut voneinander getrennt, aber die Objekte selbst wirken flach, wie ausgeschnittene Pappfiguren, die in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Dies liegt daran, dass die Parallaxe ausreicht, um die Objekte voneinander zu trennen, aber nicht ausreicht, um die Tiefe innerhalb des Objekts selbst aufzulösen.
Was ist Ortho Stereo?
Ortho Stereo ist eine Technik, bei der die Basislinie so gewählt wird, dass sie dem durchschnittlichen menschlichen Augenabstand (ca. 60-65 mm) entspricht. Das Ziel ist es, einen Tiefeneffekt zu erzeugen, der dem natürlichen Sehen so nahe wie möglich kommt, sodass der Betrachter den Eindruck hat, tatsächlich am Aufnahmeort zu sein.
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