Infrarotfotografie mit dem Raspberry Pi NoIR Kameramodul

Nachdem die im Post zuvor vorgestellten Kameras separat kalibriert wurden, gilt nun der erste Feldeinsatz der Infrarotfotografie. Natürlich ist man wetterabhängig, besonders Anfang November.

Das für den Menschen sichtbare Lichtspektrum liegt zwischen Wellenlängen von 380 -780 nm. Darüber hinaus, bis etwa 900 nm, wird der Bereich als Infrarot bezeichnet. Zur Vermeidung von Farbverfälschungen ist ein RGB-Sensor mit einem Sperrfilter für diesen Bereich ausgestattet. Verzichtet man auf diesen Sperrfilter, wie beim NoIR Kameramodul, dann erhält das Bild komplett eine violette Tönung. Nun ist das NoIR Kameramodul wohl eher als Night Vision Lösung konzipiert, also in der Dunkelheit bei Infrarotlicht Aufnahmen zu erstellen. Wir versuchen nun die spannenden Farbeffekte der Infrarotfotografie zu erzielen, indem wir Filter verschiedener Wellenlängen einsetzen, die eben das RGB Spektrum sperren und nur den Infrarotbereich ab dieser Wellenlänge zulassen. Auf das Kameragehäuse ist ein sog. Stepup-Ring geklebt, dadurch wird ein einfacher Filterwechsel ermöglicht.

Raspberry Pi Kamera NoIR mit 650 nm Filter. Nachfolgend 720 nm mit Nachbearbeitung durch Kanalmix und verstärkter Sättigung

Verwendet man einen 650 nm Filter, so erzielt man bei der Vegetation Goldtöne. Als Standard gilt ein 720 nm Filter, der eher zum schwarzweiß Bereich neigt. In der folgenden Bildbearbeitung ist es üblich, den Himmel mehr herauszuarbeiten. Dafür nimmt man einen Kanaltausch blau gegen rot vor. Erhöh­t man die Sättigung, kommt wieder etwas Farbe ins Spiel. Es folgen hier erste Aufnahmen, die aber eher der Pflege des Softwarehandlings dienten. Fotografische Meisterwerke sind es (noch) nicht.

Parallel View 650 nm Filter
Parallel View 720 nm Filter

DIY-Kamera für Stereoaufnahmen mit beliebiger Basis

Als Faustregel für Stereoaufnahmen gilt 1/30 der Nahentfernung. Klassische Stereokameras haben einen Objektivabstand von 65 mm. Da liegt die Nahentfernung bei ca. 2m. Heute benutzen wir gekoppelte Kameras auf einem Stereoschlitten und sind in der Wahl der Basis variabel. In der Landschaftsfotografie z.B. liegen aber Aufnahmeentfernungen vor, bei denen die notwendige Länge des Stereoschlittens nicht sinnvoll zu realisieren ist. Hyperstereos fertigt man auch bei Flugzeugaufnahmen, da ergibt sich die Basislänge aus Flugzeuggeschwindigkeit und Bildfolge. Im terrestrischen Fall kann man auf das Prinzip des Phototheodoliten zurückgreifen. Man stellt zwei Kameras im entsprechenden Abstand auf, richtet diese gegeneinander aus und dreht die Aufnahmerichtung rechtwinklig gegeneinander. Der Normalfall der Stereoskopie wird so näherungsweise erreicht. Digitale Korrekturen führen zum störungsfreien Raumbild.

DIY Stereokamera mit Raspberry Pi Zero und Kameramodulen V2

Ein derartiges Kamerasystem konstruieren wir aus zwei von Raspberry Pi Zeros gesteuerten Kameramodulen und einer Python-Software unterstützt durch die OpenCV-Bibliothek. Das Gehäuse bekommen die Kameras aus dem 3D-Drucker. Da wir mit den Kameramodulen großzügig umgehen können, werden gleich jeweils zwei eingebaut. Eines mit M12-Mounts für Wechselobjektive und eines mit NoIR Modulen für Infrarotaufnahmen. Zur hinreichenden synchronen Kameraauslösung gilt es eine geeignete Softwarestrategie zu finden. Die Bedienung der Kameras erfolgt über ein Mobilgerät ( Tablet, Smartphone) ohne Tastatureingaben. Mit einem mobilen Router hat man Zugang zu einem lokalen Netz und kann sich über einen VNC-Viewer die Desktops der ‘headless’ Rechner auf das Display des Mobilgerätes holen.

Selfie mit der 3D-Photo Box

Was ist eigentlich aus der Photo Booth (vgl. Post August/September 2018) geworden? Die Kiste ist für eine Vorführung auf dem ISU World Congress 2019 in Lübeck gerüstet. Dafür wurde die Software getrimmt und auch der Datenschutz findet Berücksichtigung. Der Benutzer drückt den roten Button, positioniert sich und bekommt auf dem kleinen Quittungsdrucker einen sechstelligen Code in die Hand.

Quittungsdrucker
QR-Code dient der Berücksichtigung der Privacy.

Nun kann man über das lokale Netz von einem Notebook die Stereoformate direkt auf das eigene Handy übertragen. Alternativ werden die Bilder über ein Webinterface für einige Zeit im Internet zum Download angeboten. Wer es auspropieren möchte: imagefact.de3DFun und exemplarisch der Code datr6t für ein S-b-S-Format.
Webinterface
Webinterface : Eingabe der Authentifizierung und Auswahl des Stereoformats

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Selfie im Side-by-Side Format

Es wird jetzt mit einem kalibrierten Stereorig aufgenommen. Die Bildpaare werden rektifiziert und in den Stereoformaten Anaglyphe, SbS oder Cross ausgegeben. Was ist noch zu tun? Depth Maps für 3D-Fotos liegen im Hintergrund bereit. Helligkeitsanpassung und Bildmontage sind in Arbeit. Aber die Synchronisation ist noch nicht ausgereizt. High-Speed Szenen werden wir nicht einfrieren können. Trotzdem bleibt im Vergleich zur augenblicklichen Lösung noch Luft.

Vorschau Maker Faire 2019

Vom 17.-18. August 2019 findet im Congress Centrum Hannover wieder díe Maker Faire statt. Auf dieser Messe für Kreative und technisches Do-It-Your-self-Wissen werden am Wochenende etwa 20.000 Besucher erwartet.

Die Regionalgruppe Hannover der Deutschen Gesellschaft für Stereoskopie beteiligt sich mit einem Themenstand Stereoskopie und Virtuelle Realität. Auf einem 3D-Fernseher werden ausgewählte Raumbilder und 3D-Videos gezeigt. Weitere Exponate sind Anaglyphen, Phantogramme, VR und, dem Charakter der Messe entsprechend, Webcam-Aufnahmen mit dem Raspberry Pi.

Die URL der Messe ist: https://maker-faire.de/hannover. Hier finden Sie demnächst die aktuellen Informationen.

3D-Foto und Video mit der Webcam?

Eine Webcam kommt mit deutlichen Unterscheidungsmerkmalen gegenüber einer konventionellen Digitalkamera daher. Bei stereoskopischen Aufnahmen bewegter Objekte schränkt die mangelnde Synchronisierung das Anwendungsfeld ein. Zieht man jedoch die nahe Fokusdistanz, die Programmierbarkeit, Netzeinbindung u.a. in Betracht, dann bietet sich schon ein interessantes Aufgabengebiet für diesen Kameratyp. Bei anspruchsvollen Webcams liegt auch bereits eine beachtliche Bildqualität vor. Hier ist mal eine Box mit den Komponenten Kameras, Rechner, HDMI-Monitor, Funktastatur und Power Bank abgebildet. Ein autarkes System, das in ein lokales Netz eingebunden werden kann.

Webcam 3D out of the box

Unter Linux und Windows stehen etliche Werkzeuge zur Kamerasteuerung bereit u.a.: VLC Media Player, fswebcam, ffmpeg, OpenCV. Einen Einstieg in den Umgang mit diesen Werkzeugen bietet der Artikel 3D-Videoaufzeichnung mit der Webcam? aus dem Stereo Journal 1/2019, den Sie hier per Download erhalten.
Side-by-Side Paya Blechkarussell, Webcam Aufnahme mit Microsoft Lifecam Studio und Focus Stacking

Maker Faire Hannover 2018

Zur diesjährigen Maker Faire fanden 21.000 Besucher den Weg in das HCC. Besonders aufgefallen ist mir ein Zeitsprung am Stand des Fotografen Thilo Nass. Silberbilder nannte sich das Projekt. Portraits werden nach dem historischen Kollodium-Nassverfahren auf Metall- oder Glasplatten hergestellt. Das Aufnahmesystem ist eine Holzkamera von 1900. Als ich vorbei kam hatte sich gerade Shiroku für die Portraitsitzung bereit gemacht. Shiroku, eine Cosplay-Künstlerin, war selbst ein Projekt der Maiker Faire. Ich zeige hier ein Anaglyphenbild von der Portraitaufnahmen.

Portraitsitzung beim Fotografen Nass

Die Folien meines Vortrages 3D-Fotografie mit dem Raspberry Pi stehen hier zum Download bereit.
Download Vortragsfolien PDF

3D Photo Booth

Mit dem Post vom 19. Juli habe ich die Komponenten eines autonomen Stereosystems vorgestellt. Jetzt musste eine Kiste Lübecker Rotspon her, die alle Komponenten aufnimmt. Miniaturisierung ist nicht gefragt. Aber modular soll es schon werden. So habe ich mich für den 3D-Druck von separaten Trägerplatten enschieden, die in die Kiste eingesetzt werden und die Komponenten aufnehmen. Im Inneren befindet sich eine sehr einfache Regalstruktur. Kernstück ist die Trägerplatte für die Kameras. Die horizontale Verschiebung ist kein Problem. Aber die vertikale Anordnung sollte halbwegs ohne Erzeugung einer Vertikalparallaxe sein. Hohe Genauigkeit ist mechanisch nicht erreichbar, daher wird das System kalibriert und die Korrekturfaktoren sind in der Software zu berücksichtigen.

Die sichtbare Stege werden getrennt und die Kameraplatten seitlich eingeschoben. Stopper verhindern die horizontale Verschiebung. Jeweils eine Lasche ist für die Stabilisierung des Flachbandkabels zur CSI-Schinttstelle vorgesehen.

3D Photo Booth in der Weinkiste mit Displa und Drucker
Stereokamera in Regalbauweise

Auf dem kleinen Thermodrucker wird die URL des Side-by-Side Formats und das Aufnahmedatum ausgegeben. Im 5″ Display erscheint ein Vorschaubild und später das Anaglyphenbild. Das Innenleben unserer Photo Booth gestaltet sich recht experimentell, ist aber im Teststadium ganz praktisch. Im nächsten Post werden die ersten Stereofotos veröffentlicht. Danach können wir uns der Software zuwenden.

Raspi 3D-Kamera – die Hardware

Es geht weiter mit der Entwicklung unserer Raspi 3D-Kamera. Der Prototyp, vgl. Post vom 15. April 2018, ist in einem Kodak-Hawkeye-Gehäuse eingebaut. Zwei Omnivision Kameras sind über das ArduCam-Multikamera-Board gekoppelt. Bedient wird die Software mit Hilfe von VNC über einen Drittrechner, vorzugsweise Smartphone. Nachteilig an der Camera obscura ist die unzureichende Synchronisationszeit. Im Bild zu sehen, das funktionsfähige Modell der 3D-Kamera im Kodak-Gehäuse.

Raspi 3D Canera obscura der Prototyp

Bauelemente für die Raspi 3D-Cam. Raspberry Pi Zero W, Omnivision oder Sony Kamera, Objektive und Synchronauslöser

Das weitere Kamerakonzept basiert jetzt auf zwei Raspberry Pi Zero W Rechnern, zwei Kameras ggf. mit Zusatzobjektiven und einem Schalter für die Synchronauslösung. Mit dem Python Modul gpiozero ist die Buttonabfrage denkbar einfach. Jetzt noch eine Stromversorgung und wir können mit minimaler Konfiguration eine Stereokamera bauen.
Komponenten für ein autonomes System: 5″ Display, Thermodrucker, Accupack, Kabel und Schalter

Wir wollen aber einen Schritt weitergehen und nicht die Minimalisierung im Auge behalten, sondern ein autonomes System erstellen. Die Kamera soll nach der Vorschau Halbbilder aufnehmen und das Stereoformat unmittelbar auf ein Fotoportal hochladen. Notwendig wird ein HDMI-Display für die Vorschau. Vorgesehen ist ein kleiner Drucker und später noch ein mobiler Hotspot. Wir benötiigen Stromversorgung, ein paar Kabel und Schalter.

Im nächsten Post wird über den Zusammenbau berichtet. Die Basis wird verschiebbar und wir konzipieren eine 3D Photo Booth. Bei Interesse sehen wir uns auf der Maker Faire in Hannover am 15. September.

Google VR View und CORS

Cross-Origin Resource Sharing (CORS) ermöglicht Webbrowsern Cross-Orgin Requests, das sind domainübergreifende Zugriffe. Ein Webclient fordert z.B. eine Website an, die wiederum auf eine andere Domain zugreifen möchte. Der Mechanismus kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Für Chrome existiert eine Browsererweiterung. Über ein Icon in der Browserleiste, kann man die Zugriffe zulassen oder abweisen. Bei Google VR View-Anwendungen sind die CORS-Einstellungen von der URL der JavaScript-Bibiothek abhängig.

CORS – Settings in der Google-Erweiterung
Die folgenden Links zeigen einige 360-Grad-Images und ein Video, die mit Google VR View auf dem PC eine freie Navigation im Bildraum mit der Maus ermöglichen. Auf dem Handy wird sich bei Stereoaufnahmen das Cardboard-Symbol zeigen.
360-Grad-Fotos und ein Video