Stereoskopie

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Die Stereoskopie (aus dem griechischen: stereo = räumlich - skopein = sehen) ist ein Verfahren zur raumtreuen Abbildung, bei dem

1. paarweise Bilder, stereoskopische Halbbilder genannt, getrennt für jedes Auge erzeugt und angeboten werden,
2. auf denen jeder Raumpunkt durch korrespondierende Bildpunkte auf jedem Halbbild abgebildet wird,
3. die aufgrund der Parallaxe gering seitenverschoben zueinander sind (=stereoskopische Deviation) und durch welche im Gegensatz zu einem zweidimensionalen Bild
   1. die Tiefenlage jedes Raumpunktes aus dem Bild mathematisch reproduzierbar ermittelt werden kann und
   2. der Betrachter die räumliche Lage jedes abgebildeten Raumpunktes aufgrund einer dem Natürlichen nahekommenden Darbietung empfinden kann.

Alle anderen Eigenschaften eines zweidimensionalen Bildes, wie perspektivische Verzerrung in Abhängigkeit von einer unnatürlichen Objektivbrennweite, die Farbe und insbesondere aber auch die beschränkende Standortbindung des Betrachters bleiben erhalten. Gerade die beiden letzten Eigenschaften dieses Raumbildverfahrens bedingen den erheblichen Unterschied zur Holografie.

Inhaltsverzeichnis 1 Theorie und Methode 2 Geschichte 3 Grundregeln der stereoskopischen Aufnahme (frei nach [1][2][3]) 4 Siehe auch 5 Quellen 6 Weiterführende Literatur 7 Weblinks

[Bearbeiten] Theorie und Methode

Der Mensch hat zwei nebeneinander liegende Augen. Durch die unterschiedliche Betrachtungsrichtung jedes Auges auf die Objekte, die Parallaxe, entstehen in den beiden wahrgenommen Bildern kleine perspektivische Unterschiede. Verfügen zwei künstlich erzeugte Bilder über dieselben – in der Stereoskopie die Deviation genannt – und werden durch geeignete Techniken jedem Auge nur das ihm zugehörige Bild dargeboten, so wird ein räumliches Bild wahrgenommen. Jedes Einzelbild wird als stereoskopisches Halbbild, das Bildpaar als ein stereoskopisches Bild bezeichnet.

Die früheste Entwicklung eines optischen Geräts zur augengetrennten Betrachtung ist das von Sir Charles Wheatstone erfundene Stereoskop.

Mit einer Stereokamera, die zwei Objektive in Augenabstand, als natürliche Basis bezeichnet, aufweist, werden die beiden benötigten Halbbilder gleichzeitig (synchron) aufgenommen. Handelt es sich bei dem gewünschten Aufnahmeobjekt aber um unbewegte Motive (Stillleben, Landschaft), können die benötigten Halbbilder auch mit einer einfachen Kamera nacheinander (metachron) aufgenommen werden.

Eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Basis bei der Aufnahme vergrößert oder verkleinert bei Betrachtung den räumlichen Eindruck. Aber selbst bei Aufnahme mit natürlicher Basis muss man individuell unterschiedliche Grenzen der maximal verträglichen Deviation berücksichtigen. Es ist Lüscher´s Verdienst, auf selbige hingewiesen zu haben.

Die horizontale Deviation der korrespondierender Bildpunkte auf den paarweisen stereoskopischen Halbbildern kann man auch technisch auswerten, um die Tiefe zu bestimmen. Hierbei spielen physiologische Überforderungen keine Rolle und man nutzt den Effekt bekanntlich in der Astronomie, wobei keine paarweise Montage der Bilder nötig ist. Wünscht man hingegen eine bequeme und natürliche Betrachtung, vielleicht sogar ohne größere technische Hilfsmittel, so ist die paarweise Montage der stereoskopischen Halbbilder zu 3D-Fotos zweckmäßig und üblich. Diese kann man mit einem Stereoskop betrachten, auf unterschiedliche Weise als Stereogramme drucken, oder mit Diaprojektoren unter Verwendung von Polarisationsfiltern bei der so genannten Raumbildprojektion auf einer großen Leinwand betrachten.

Für die Archivierung stereoskopischer Bildpaare auf Computern ist es üblich, beide Halbbilder in einer einzelnen JPEG-Datei zu speichern und den Dateityp mit „.jps“ anzugeben. Diese Bildpaare sind für die Betrachtung mit dem „Kreuzblick“ (Schielen) vorgesehen.

Das Betrachten von Stereobildern ist auch ganz ohne technische Hilfsmittel möglich. So können zwei neben einander platzierte Bilder, deren Breite jeweils ca. 65 mm nicht übersteigt, durch Kreuzblick oder Parallelblick betrachtet werden, was mit etwas Übung gelingt und vor allem jederzeit verfügbar ist - schließlich sind unsere Augen von Natur aus ideal für Raumbildbetrachtung.

[Bearbeiten] Geschichte

Bereits im 4. Jahrhundert vor Christus befasste sich der griechische Mathematiker Euklid in den Bänden 11-13 seiner Lehrbücher zur Mathematik mit der Stereometrie. Er wusste bereits um den Zusammenhang, dass zwei Augen für physiologisch räumlichen Seheindruck nötig sind.

1838 veröffentlichte Sir Charles Wheatstone (1802-1875), Professor für experimentelle Naturwissenschaften am King's College in London, seine ersten Forschungsergebnisse über räumliches Sehen. Er berechnete und zeichnete Stereobildpaare und konstruierte für deren Betrachtung einen Apparat, bei dem der Blick des Betrachters durch Spiegel auf die Halbbilder umgelenkt wurde. Diesen Apparat nannte er Stereoskop.

1849 stellte Sir David Brewster (1781-1868), englischer Physiker und Privatgelehrter, die erste Zweiobjektiv-Kamera vor. Damit konnte man zum ersten Mal bewegte Schnappschüsse stereoskopisch festhalten (single shot). Bis dahin wurden die Stereohalbbilder nacheinander belichtet und die Kamera zwischen den beiden Aufnahmen im Augenabstand verschoben, was bei bewegten Motiven zu unterschiedlichen Bildinhalten führen konnte, die keinen räumlichen Eindruck ermöglichten. Mit einem von ihm gebauten Prismenstereoskop konnte man die Aufnahmen, welche mit der Brewster-Kamera fotografiert wurden, betrachten.

1851 führte der französische Optiker Jules Dobascq auf der Weltausstellung in London seine Apparate der Öffentlichkeit vor. Es waren Stereoskope nach Konstruktionen von Brewster, mit denen er Stereo-Daguerreotypien zeigte. Die Resonanz des Publikums war überwältigend, und auch Königin Victoria begeisterte sich für diese Präsentation. Damit war der Siegeszug der Stereobilder nicht mehr aufzuhalten.

Scharen von Fotografen nahmen von nun an auf ihren Exkursionen durch die ganze Welt auch stereoskopische Fotos auf. Im Britischen Museum in London werden noch heute in verschiedenen Sälen historische Stereo-Aufnahmen von Ausgrabungen und Landschaften gezeigt, die auf einer runden Scheibe angebracht sind. Damit ist diese Betrachtungsart ein Vorläufer der populären View-Master-Scheiben aus den 1950er - 1970er Jahren.

[Bearbeiten] Grundregeln der stereoskopischen Aufnahme (frei nach ^[1][2][3])

Das Ziel einer guten Stereo-Aufnahme ist zumeist eine möglichst naturgetreue Wiedergabe des Gesehenen. Die Einhaltung der gleichen Lage der Strahlenbündel bei Aufnahme und Betrachtung ist die Grundbedingung für eine geometrisch naturgetreue (tautomorphe) Wiedergabe. Andernfalls bleibt wegen Überforderung der Stereo-Effekt aus oder es resultiert eine räumliche Verzerrungen des Originals (heteromorphe Raumbilder).

a) Die Halbbildpaare müssen die gleichen Sehwinkeldifferenzen (Parallaxen) aufweisen, wie beim freien Sehen, weshalb die Aufnahmebasis dem mittleren Augenabstand von 65 mm entsprechen sollte.

b) Bei der Betrachtung müssen die gleichen Sehwinkel wie bei der Aufnahme erhalten bleiben. Zum einen müssen die Teilbilder in einem Abstand von den Augen betrachtet werden, der der Brennweite der Aufnahme gleicht und in einer Ebene gelegen sein. Andererseits sollte der Abstand der Bildmitten oder korrespondierender ferner Bildpunkte 65 mm betragen.

c) Die Bildachsen der beiden Halbbilder müssen bei der Betrachtung die gleiche Richtung einnehmen, wie bei der Aufnahme. Diese Forderung bedeutet, dass für die Betrachtung nicht nur, wie schon unter (b) verlangt, die Halbbilder im Abstand der Aufnahmeobjektive montiert sein müssen, sondern auch in den Betrachter, beispielsweise ein Linsenstereoskop, so einzulegen sind, dass die Linsenachsen die Bildmitten treffen. Werden die Linsenmitten gegenüber den Halbbildmitten seitlich verschoben, so erscheint der zukommende räumliche Eindruck seitlich verschoben und verzerrt, um so mehr, je größer die Abweichung von der Normalstellung ist.

d) In ähnlicher Weise tritt auch eine Verzerrung auf, wenn die Bild- und Linsenmitten sich in der Höhe nicht gleichen. Solange die Höhenverzerrung in mäßigen Grenzen bleibt und vor allen auf beiden Halbbildern gleich groß ist, stört sie kaum. Dagegen wirkt sich eine Höhendifferenz zwischen linkem und rechtem Halbbild von nur wenigen Zehntelmillimeter als sogenannte Höhenparallaxe aus und erschwert das räumliche Verschmelzen. Deshalb muss bei der Montage der Stereo-Bilder vor allem darauf geachtet werden, dass Höhenabweichungen der Teilbilder unter allen Umständen vermieden werden.

e) Die Lage- oder Betrachtungsdifferenzen (Parallaxen), die nur parallel zur Verbindungslinie der Aufnahmebasis auftreten, müssen auch bei der Betrachtung parallel zur Verbindung der Linsenmitte zu liegen kommen. Mit anderen Worten: Die Teilbilder sind so zueinander anzuordnen, dass ihre seitlichen Begrenzungen zueinander parallel ausgerichtet und nicht in ihrer Ebene gegeneinander verkantet sind. Es entstehen sonst wiederum unliebsame Höhenparallaxen, die den stereoskopischen Effekt störend beeinflussen.

f) Die Bilder müssen über den ganzen Bereich der Bildaufnahme scharf sein, weil das menschliche Auge ab circa 3 m Abstand alle Gegenstände gleichzeitig scharf sieht und andererseits auf nähere Entfernungen sich sofort scharf einstellt (akkomodiert). "Künstlerische Unschärfen" sind daher im Stereobild unangebracht und zu vermeiden. Zur Erzielung einer guten Raumwirkungen sollten kurzbrennweitige Objektive, die eine hohe Schärfentiefe aufweisen, zur Anwendung kommen. Hingegen braucht man sich im Gegensatz zum einzelnen Lichtbild um die „richtige Perspektive" nicht zu kümmern.

g) Die im stereoskopischen Bild dargestellte Raum (Tiefenzone) soll möglichst so bemessen sein, dass er auf einmal scharf erfasst werden kann. Die Sehwinkeldifferenz zwischen dem nächstem und dem fernstem Punkt darf einen Betrag von 60 bis 70 Winkelminuten - Lüschers Winkel - nicht überschreiten. Bei Landschaftsaufnahmen darf deshalb der nächstgelegene Punkt erst in 3m Entfernung liegen. Bei Makroaufnahmen ist analog auf die Einhaltung der Tiefenzone zu achten.

h) Die Konvergenz der Sehstrahlen darf bei der Betrachtung der Stereobilder den maximalen Betrag der Konvergenz der Augachsen bei freiem Sehen um zirka 2° nicht übersteigen und sie darf vor allem nicht negativ werden, da Divergenz jegliches Zustandekommen eines Raumeindrucks verhindern kann.

Bei Beachtung der vorstehend aufgeführten Grundregeln wird man immer eine naturgetreue und reine Raumwirkung erzielen. Deshalb braucht man die in der gewöhnlichen Photographie ängstlich vermiedenen stürzenden Linien, wie sie beispielsweise bei Gebäudeaufnahmen mit geneigter Kamera entstehen, nicht zu fürchten. Man sollte bei der Betrachtung die Linsenachse im gleichen Sinne wie bei der Aufnahme neigen.

[Bearbeiten] Siehe auch

• Anaglyphenverfahren | Binokular | Photogrammetrie | KMQ | Linsenraster-Bild | Raumbildprojektion | Stereoskopisches Sehen | Stereoskopisches Halbbild | Stereogramm | Pulfrich-Effekt |Carl Pulfrich | View-Master | 3D-Brille | 3D-Film | 3D-Foto | Korrespondenzproblem | Stereografie |

[Bearbeiten] Quellen

1. ↑ Lüscher: Die Wahl der günstigsten Basis bei Stereo-Fern- und Nahaufnahmen, Der Stereoskopiker, Nr. 7, 1930
2. ↑ Pietsch, Werner: Die Praxis der Stereo-Nahaufnahme, VEB Fotokinoverlag, 1957
3. ↑ Pietsch, Werner : Stereofotografie, VEB Fotokinoverlag, 1959

[Bearbeiten] Weiterführende Literatur

• Achim Bahr: Stereoskopie. Räume, Bilder, Raumbilder, Thales Verlag, 1991, ISBN 3-88908-549-0
• Alexander Klein, Franz Weiland, Rainer Bode: 3D - aber wie! Von magischen Bildern zur 3D-Fotografie, Bode Verlag Haltern, 1994, ISBN 3-925094-64-4
• Gerhard Kuhn: Stereofotografie und Raumbildprojektion, vfv-Verlag Gilching, 1999, ISBN 3-88955-119-X
• Fritz Waack, G. Kemner: Einführung in Technik und Handhabung der 3-D-Fotografie
• Jean Pütz: Das Hobbythek-Buch 3, vgs Verlagsgesellschaft, Köln 1979, ISBN 3-8025-6102-3

[Bearbeiten] Weblinks

• Aspekte der Stereoskopie (Essay)
• Mit dem freien Bildbearbeitungsprogramm Gimp aus Digitalfotos rot/cyan Anaglyphen erstellen
• Stereo Bilder aus dem Usenet mit Suchmöglichkeit
• Eigene Stereogramme erstellen
• Das Rheinland in historischen Stereofotos und Beiträge zur Geschichte der Fotografie
• Deutsche Gesellschaft für Stereoskopie
• International Stereoscopic Union (ISU)
• The Stereo Photo Agency: Sammlung historischer Stereofotos
• Welt der Stereoskopie