Zylindrische Perspektive: Zylindrische Perspektive: Erforschung der visuellen Wahrnehmung in Computer Vision

Von Fouad Sabry

Was ist die Zylinderperspektive?

Die Zylinderperspektive ist eine Form der Verzerrung, die durch Fischaugen- und Panoramaobjektive verursacht wird, die gerade horizontale Linien über und unter der Ebene der Objektivachse gekrümmt wiedergeben gerade horizontale Linien auf der Ebene der Linsenachse als Geraden. Dies ist auch ein gemeinsames Merkmal von anamorphotischen Weitwinkelobjektiven mit einer Brennweite von weniger als 40 mm in der Kinematographie und bildet die Grundlage für die Erzeugung der peripheren Sicht von Cinerama mit 146 Grad, wenn sie auf eine passende, zylindrisch gekrümmte Leinwand projiziert wird.

Wie Sie davon profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Zylindrische Perspektive

Kapitel 2: Optische Aberration

Kapitel 3: Kartenprojektion

Kapitel 4: Panoramafotografie

Kapitel 5: Verzerrung (Optik)

Kapitel 6: Bildzusammenfügung

Kapitel 7: Zylinderlinse

Kapitel 8: Bildentzerrung

Kapitel 9: Keystone-Effekt

Kapitel 10: Vertikal und horizontal

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zur Zylinderperspektive.

(III) Beispiele aus der Praxis für die Verwendung der Zylinderperspektive in vielen Bereichen.

Für wen sich dieses Buch eignet

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Hobbyisten und diejenigen, die über grundlegendes Wissen oder Informationen hinausgehen möchten Zylindrische Perspektive.

 

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 14. Mai 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Zylindrische Perspektive

Zylindrische Perspektive ist eine Art perspektivischer Verzerrung, die durch Fisheye- und Panoramaobjektive erzeugt wird, die gerade horizontale Linien über und unter der Linsenachsenebene als gekrümmt darstellen, während gerade horizontale Linien auf der Ebene der Linsenachse als gerade dargestellt werden. Dies ist auch ein Merkmal der anamorphotischen Weitwinkelobjektive der Kinematografie mit Brennweiten von weniger als 40 mm sowie die Grundlage für die 146-Grad-Peripheriesicht von Cinerama, wenn sie auf eine zylindrisch gekrümmte Leinwand projiziert wird.

Kunst war schon immer ein Spiegelbild dessen, wie Menschen die Welt um sich herum wahrnehmen. Einer der faszinierendsten Aspekte künstlerischer Darstellung ist die Verwendung der Perspektive. Die traditionelle lineare Perspektive mit ihren Fluchtpunkten und Horizontlinien ist seit Jahrhunderten der Grundpfeiler der westlichen Kunst. Es gibt jedoch noch eine andere perspektivische Technik, die eine einzigartige Art des Sehens und Darstellens von Raum bietet: die zylindrische Perspektive.

Die zylindrische Perspektive, auch Panorama- oder Weitwinkelperspektive genannt, weicht von den strengen Regeln der linearen Perspektive ab. Anstelle eines einzelnen Fluchtpunkts am Horizont verwendet die zylindrische Perspektive eine gekrümmte Horizontlinie, was zu einer Panoramaansicht führt, die sich um den Betrachter wickelt. Diese Technik ahmt nach, wie wir unsere Umgebung im wirklichen Leben wahrnehmen, insbesondere wenn unser Sichtfeld über 180 Grad hinausgeht.

Die Wurzeln der zylindrischen Perspektive lassen sich bis zu alten Kunstformen zurückverfolgen, wie z. B. Panoramamalereien, die in ägyptischen Gräbern gefunden wurden, und griechischen Fresken. Es dauerte jedoch bis zur Renaissance, bis Künstler begannen, diese Technik zu erforschen und zu formalisieren. Frühe Experimente sind in den Werken von Künstlern wie Paolo Uccello zu sehen, der Elemente der zylindrischen Perspektive in seine Gemälde einbezog, wenn auch subtil.

Einer der bemerkenswertesten Vertreter der zylindrischen Perspektive war der niederländische Maler Pieter Bruegel der Ältere. In seinen Landschaftsgemälden wie Die Erntehelfer und Der Turmbau zu Babel setzte Bruegel gekonnt die zylindrische Perspektive ein, um weite, immersive Szenen zu schaffen, die den Betrachter in das Gemälde hineinziehen. Die Krümmung der Horizontlinie in Bruegels Werken verleiht nicht nur Tiefe und Dimension, sondern verstärkt auch das Gefühl von Größe und Erhabenheit.

Das wahre Potenzial der zylindrischen Perspektive wurde jedoch im 19. Jahrhundert mit dem Aufkommen der Panoramafotografie erkannt. Pioniere wie Robert Barker und Thomas Sutton entwickelten Techniken, um Weitwinkelansichten mit speziellen Kameras und Objektiven aufzunehmen. Diese frühen Panoramafotografien boten eine neue Art, die Welt zu erleben und zu dokumentieren, von weitläufigen Landschaften bis hin zu belebten Straßen der Stadt.

Im Bereich der zeitgenössischen Kunst inspiriert und fasziniert die zylindrische Perspektive weiterhin Künstler in verschiedenen Medien. Digitalkünstler verwenden 3D-Modellierungssoftware, um immersive virtuelle Umgebungen zu schaffen, in denen die zylindrische Perspektive interaktive Erlebnisse ermöglicht, die über traditionelle statische Bilder hinausgehen. In ähnlicher Weise nutzen Filmemacher und Videospielentwickler die zylindrische Perspektive, um das Publikum in weitläufige und lebensechte Welten eintauchen zu lassen.

Architekten und Stadtplaner erkennen auch den Wert der zylindrischen Perspektive bei der Visualisierung und Gestaltung von Räumen. Durch den Einsatz von Panorama-Renderings und Virtual-Reality-Simulationen können sie genau darstellen, wie Gebäude und Landschaften aus verschiedenen Blickwinkeln aussehen werden, und erhalten so ein umfassenderes Verständnis ihrer Projekte.

Über ihre künstlerischen und praktischen Anwendungen hinaus bietet die zylindrische Perspektive auch einen philosophischen Einblick in das Wesen der Wahrnehmung. Indem sie die gekrümmte Horizontlinie annehmen, erkennen Künstler die Grenzen unseres linearen Verständnisses von Raum und Zeit an. Die zylindrische Perspektive erinnert uns daran, dass die Realität nicht auf einen einzigen Standpunkt beschränkt ist, sondern ein facettenreiches und sich ständig weiterentwickelndes Panorama.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die zylindrische Perspektive einen reichen und dynamischen Ansatz zur Darstellung von Raum und Form in der Kunst darstellt. Von ihren antiken Ursprüngen bis hin zu ihren modernen Erscheinungsformen hat diese Technik Künstler und Betrachter gleichermaßen mit ihrer Fähigkeit fasziniert, Tiefe, Maßstab und Immersion zu vermitteln. Ob in der Malerei, der Fotografie, der digitalen Kunst oder der Architekturvisualisierung, die zylindrische Perspektive lädt uns ein, die Welt aus einem neuen Blickwinkel zu sehen und die grenzenlosen Möglichkeiten der Wahrnehmung zu erkunden.

{Ende Kapitel 1}

Kapitel 2: Optische Aberration

Aberration ist ein Merkmal optischer Systeme wie Linsen, das es ermöglicht, Licht über einen bestimmten Bereich des Raums zu streuen, anstatt auf einen einzigen Punkt fokussiert zu werden. Dieses Phänomen ist im Bereich der Optik bekannt.

1: Abbildung durch ein Objektiv mit chromatischer Aberration.

Darüber hinaus ein Objektiv mit geringerer chromatischer Aberration

Optische Systeme zur Bilderzeugung, die Aberrationen unterliegen, führen zur Erzeugung von Bildern, die nicht scharf sind. Hersteller optischer Instrumente sind verpflichtet, Anpassungen an ihren optischen Systemen vorzunehmen, um Aberrationen zu kompensieren.

Die Techniken der geometrischen Optik können verwendet werden, um eine Aberrationsanalyse durchzuführen. Einige der allgemeinen Eigenschaften von reflektierten und gebrochenen Strahlen werden in den Artikeln diskutiert, die sich mit Reflexion, Brechung und Kaustik befassen.

Reflexion von einem sphärischen Spiegel.

Reflektierte Strahlen (grün), die nicht auf den Brennpunkt gerichtet sind, werden durch einfallende Strahlen (rot) erzeugt, die von der Mitte des Spiegels F weggerichtet sind.

Aufgrund der sphärischen Aberration ist dies der Fall.

Ein ideales Objektiv würde Licht von jedem Punkt eines Objekts hindurchlassen und an einem einzigen Punkt in der Bildebene (oder allgemeiner der Bildoberfläche) konvergieren. Dies wäre der Fall, wenn das Objektiv perfekt wäre. Echte Linsen hingegen konzentrieren das Licht nicht genau auf einen einzigen Punkt, selbst wenn sie perfekt konstruiert sind. Aberrationen des Objektivs sind der Begriff, der verwendet wird, um diese Abweichungen von der idealisierten Leistung des Objektivs zu beschreiben.

Die beiden Kategorien von Aberrationen werden als monochromatische und chromatische Aberrationen bezeichnet. Wenn Licht reflektiert oder gebrochen wird, können monochromatische Aberrationen entstehen. Diese Aberrationen werden durch die Geometrie der Linse oder des Spiegels erzeugt und können bei jedem dieser beiden Prozesse auftreten. Der Name kommt von der Tatsache, dass sie auch bei monochromatischem Licht sichtbar sind.

Chromatische Aberrationen werden durch Dispersion verursacht, d. h. die Änderung des Brechungsindex einer Linse, die unabhängig von der Wellenlänge auftritt. Aufgrund der Dispersion werden unterschiedliche Wellenlängen des Lichts an verschiedenen Stellen an bestimmten Orten fokussiert. Die Verwendung von monochromatischem Licht führt nicht zum Auftreten einer chromatischen Aberration, weil.

In Bezug auf monochromatische Aberrationen sind die häufigsten:

Defokussierung

Sphärische Aberration

Koma

Astigmatismus

Halbbild-Krümmung

Bildverzerrung

Trotz der Tatsache, dass die Unschärfe theoretisch die niedrigste der optischen Aberrationen ist, wird sie typischerweise nicht als Linsenaberration angesehen. Dies liegt daran, dass es durch Verschieben des Objektivs (oder der Bildebene) entzerrt werden kann, um die Bildebene näher an den optischen Fokus des Objektivs zu bringen.

Diese Aberrationen sind nicht die einzigen Faktoren, die dazu führen können, dass sich der Schwerpunkt verschiebt; Die Kolben- und Kippeffekte sind weitere Beispiele für solche Effekte. Wenn eine ansonsten perfekte Wellenfront durch Kolben und Neigung verändert wird, entsteht immer noch ein makelloses, aberrationsfreies Bild. Der einzige Unterschied besteht darin, dass es an eine neue Position verschoben wird. Aus diesem Grund werden Kolben und Neigung nicht als tatsächliche optische Aberrationsfehler angesehen.

Vergleich eines Idealbildes eines Rings (1) und eines Bildes mit nur axialer (2) und nur transversaler (3) chromatischer Aberration

Wenn verschiedene Wellenlängen nicht auf denselben Ort fokussiert werden, ist ein Phänomen aufgetreten, das als chromatische Aberration bekannt ist. Einige Beispiele für chromatische Aberration sind:

Chromatische Aberration, die axial ist, oft als longitudinal bezeichnet

Sie wird auch als transversale chromatische Aberration bezeichnet.

In der klassischen Theorie der Optik umfasst ein perfektes optisches System Folgendes:, Die Untersuchungen, die von James Clerk Maxwell durchgeführt wurden

Abbildung 1

Für den Fall, dass S (Abbildung 1) ein beliebiges optisches System ist, verschmelzen Strahlen, die sich von einem Achsenpunkt O bewegen und sich unter einem Winkel u1 befinden, im Achsenpunkt O'1, während Strahlen, die sich unter einem Winkel u2 bewegen, sich im Achsenpunkt O'2 vereinen. Wenn an einer kollektiven sphärischen Oberfläche oder durch eine dünne positive Linse gebrochen wird, liegt O'2 vor O'1, solange der Winkel u2 größer als u1 ist (unter Korrektur). Wenn andererseits an einer dispersiven Oberfläche oder Linsen gebrochen wird, liegt O'2 vor O'1 (Überkorrektur). Im ersten Szenario ist die Lauge vergleichbar mit dem Symbol >, das für größer als steht, während sie im zweiten Szenario dem Symbol < ähnelt, das für kleiner als steht. Wenn der Winkel u1 sehr klein ist, wird das Gaußsche Bild mit O'1 bezeichnet. Die Längsaberration der Stifte mit Öffnung u2 wird als O'1 O'2 bezeichnet, während die laterale