フォトスティッチ デジタルパノラマ

モザイクやパノラマ用のデジタル写真のスティッチングにより、写真家は、デジタル カメラやレンズが通常可能にするよりも高い解像度や広い視野角で写真を作成できます。これにより、より詳細な最終プリントが作成され、よりドラマチックで包括的なパノラマの視点が得られる可能性があります。ただし、シームレスな結果を達成することは、単に写真を配置するよりも複雑です。また、遠近法とレンズの歪みを補正し、被写体間のピクセル単位の完全な一致を特定し、各写真を継ぎ目で適切にブレンドすることも含まれます。このチュートリアルは、パノラマ ソフトウェアの種類に関係なく、このプロセスがどのように機能するかについての背景を提供することを目的としており、途中で遭遇する可能性のある一般的な障害について説明します。

概要:全体像を見る

写真をスティッチングするには、複雑な一連の手順が必要になる場合があります。これは、主題やパノラマ スティッチの種類によって異なる場合があります。この手順は、いくつかの密接に関連するステップのグループに簡略化できます。これらのステップは、それぞれ別の段階で対処できます。このチュートリアルの後半のセクションでは、用語や代替アプローチなど、各段階について詳しく説明します。

ステージ 1 :カメラを物理的にセットアップし、すべての写真を同じようにキャプチャするように構成してから、一連の写真を撮影します。最終結果は、視野全体を網羅する一連の画像であり、すべてが実質的に同じ視点から撮影されています。

ステージ 2 :写真合成ソフトウェアの使用を開始する最初の段階。すべての写真を相互に整列させる順序と正確な配置を選択する必要があります。これは自動的に行われる場合もあれば、理想的には最終画像に正確に重なるコントロール ポイントのペアを手動で選択する必要がある場合もあります。この段階では、パノラマ ソフトウェアが各写真の画角を推定できるように、カメラとレンズの設定の入力も必要になる場合があります。

ステージ 3 :水平線、直線、消失点などの参照を使用して視点を定義します。広い画角をカバーする合成写真の場合、パノラマ投影のタイプも考慮する必要があります。投影タイプは、最終的にステッチされた画像で直線が曲がるかどうか、またどのように曲がるかに影響します。

ステージ 4 :コントロール ポイントのすべてのセット間の平均距離が最小化され、選択されたパースペクティブ (消失点に基づく) が維持されるように、各写真をシフト、回転、および歪ませます。この段階では、各写真に対してデジタル画像補間を実行する必要があり、多くの場合、すべての段階の中で最も計算集約的です。

ステージ5 :1 つの写真を別の写真に徐々にブレンドすることにより、写真間の継ぎ目の可視性を減らしたり、なくしたりします。この段階はオプションであり、各画像を動かしたり歪めたりする前の段階と組み合わされることもあれば、動きのあるオブジェクト (人など) を避けるために継ぎ目のカスタム配置を伴うこともあります。

ステージ6 :指定された長方形 (またはその他の方法) の画像寸法に沿うようにパノラマをトリミングします。これには、レベル、曲線、色の調整、シャープ化など、パノラマに必要な修正や後処理の手順も含まれる場合があります。

これに使用されたカメラは 4 メガピクセル未満でしたが、結果のパノラマは 20 メガピクセルです。これにより、コンパクトでハンドヘルドで安価な旅行用カメラを使用することで、通常ははるかに高価な機器でしか得られないレベルの詳細が提供されます。上記の段階は次のように要約できます。

ステージ 1	機器のセットアップと写真の取得
ステージ 2	希望する写真配置の選択 カメラとレンズの仕様の入力
ステージ 3	遠近法と投影タイプの選択
ステージ 4	コンピューターが写真をシフト、回転、歪め、 ステージ 2 と 3 の要件に準拠
ステージ 5	継ぎ目の手動または自動ブレンド
ステージ 6	トリミング、修正、後処理

写真が撮影された後、パノラマ ソフトウェア パッケージを使用して、ステージ 2 ～ 6 がすべてコンピューター上で行われることに注意してください。このチュートリアルの残りの部分では、ステージ 1 を詳しく見ていきます。ステージ 2 ～ 6 の詳細については、チュートリアルの 2 番目の部分で説明します。これらの段階では、パノラマが常に単純であるとは限らず、途中で多くの解釈上の決定を行う必要があることがわかります。

背景:パララックス エラーとパノラマ雲台の使用

パノラマ機器のサイズとコストは、使用目的によって大きく異なります。追加の機器が必要な時期を特定できると、時間と費用を節約できます。ここでは、必要な機器に基づいて、2 つの典型的なステッチ シナリオを特定します。

シナリオ #1
手持ちまたは三脚に取り付けた写真で、前景の被写体が近くにないもの。
パノラマ ヘッドは必要ありません

シナリオ #2
前景の被写体を複数のフレームに収めた三脚に取り付けられた写真
パノラマヘッドが必要

パノラマでは、カメラがレンズの光学中心を中心に回転する必要があるため、すべての写真で同じ視点が維持されます。 カメラが光学中心を中心に回転しない場合、画像を完全に位置合わせすることができなくなる可能性があります。これらのずれは視差エラーと呼ばれます .パノラマ雲台は、カメラとレンズが光学中心を中心に回転するようにする特別なデバイスです。

注:レンズの光学中心は、しばしば節点と呼ばれますが、この用語は厳密には正しくありません。より正確な用語は入射瞳ですが、これも小さな領域を指し、個々のポイントではありません。したがって、ここで参照する位置は、入射瞳の中心にある点であり、「視差のない点」または「透視点」とも呼ばれます。

シナリオ 2 は視差エラーの影響をはるかに受けやすい 前景の主題のため。 シナリオ 1 では、レンズの光学中心から外れた小さな動きは、最終的な画像にほとんど影響を与えないため、これらの写真を手持ちで撮影できます。

なぜ前景の被写体が重要なのかを理解するには、パノラマを構成する 2 つの隣接する重なり合った写真に何が起こるかを見てみましょう。下の 2 つのピンク色の柱は、背景と前景の被写体を表しています。左 (下) に示されている写真の角度はカメラ回転前の初期位置であり、右に示されている角度はカメラ回転後のものです。

不適切な回転の場合、カメラが光学中心を中心に回転していないため、結果として生じる遠近法の変化は視差エラーが原因です。下の 3 つのボタンの上にマウスを移動して、各シナリオの効果を確認してください。

不適切な回転:	シナリオ #1	シナリオ #2
正しい回転:	パノラマ ヘッドを使用したシナリオ #2

注:誤った回転は、カメラがレンズの前面を中心に回転していることを前提としています;
正しい回転は、光学中心を中心に回転していることを前提としています

シナリオ #1 :2 番目の画像 (右) の問題は、パノラマ内の各写真が同じ画像の視点から見えなくなることです。これにより、ある程度の位置ずれが発生する可能性がありますが、シナリオ 2 で示されているように、前景オブジェクトが近くにある場合ほど問題は顕著ではありません。

シナリオ #2 :ここでは、パノラマの複数の写真に前景のオブジェクトが存在する場合、ずれの程度がはるかに大きいことがわかります。これにより、カメラがその光学中心を中心に正確に回転することが絶対に不可欠になり、通常は特別なパノラマ ヘッドの使用が必要になります (最終的なシナリオに示されているように)。

シナリオ #2、パノラマ ヘッド :ここでは、レンズが光学中心を中心に正しく回転しているため、遠近感が維持されていることがわかります。これは明らかです。右の画像では、両方の柱からの光線が依然として一致しており、後方の柱が前方の柱の後ろに残っているからです。建物内部のパノラマ写真には、ほとんどの場合、パノラマ ヘッドが必要ですが、スカイラインの眺めには通常必要ありません。複数列または球形のパノラマには、レンズを回転の中心に置いて上下に回転させる、三脚に取り付けられたパノラマ雲台も必要になる場合があります。

前景の被写体がないハンドヘルド パノラマでは、注意して視差エラーを検出できないようにすることができます。トリックは、カメラを片方の足の真上に保持し、カメラを体から同じ高さと距離に保ちながら、その足の母指球を中心に体を回転させることです。

ステージ 1:デジタル カメラのセットアップとパノラマ撮影

デジタル パノラマを撮影するには、カメラを段階的に体系的に回転させて、目的の視野を網羅する必要があります。各回転増分のサイズと合計画像数は、使用されているカメラ レンズの焦点距離と写真間のオーバーラップ量によって決まる各写真の画角によって異なります。以下の画像は、2 行に 4 枚の写真で構成されています。カメラは最初に一番上の行を左から右にスキャンし、次に 2 番目の行を下にスキャンし、画像の下半分を右から左にスキャンしました。

パララックス エラーを最小限に抑える以外に、シームレスなパノラマを作成するための鍵は、各パノラマ写真が同じ設定を使用して撮影されていることを確認することです。 .ショット間の露出、フォーカス、照明、またはホワイト バランスの変更により、驚くべきミスマッチが生じます。デジタル一眼レフ カメラを使用している場合は、すべての写真を RAW ファイル形式を使用して手動露出モードで撮影することを強くお勧めします。このようにして、画像が撮影された後でも、すべてのショットでホワイト バランスを同じようにカスタマイズできます。

コンパクトデジタルカメラを使用している場合、これらの多くにはパノラマプリセットモードが含まれており、現在の構図とともに前の画像が画面に表示されます。これは、各写真が水平で、前の写真と十分に重なり合っていることを確認するのに役立つため、ハンドヘルド パノラマで非常に役立ちます。さらに、パノラマ プリセット モードでは手動露出設定が使用され、最初の写真に基づいて (または少なくともシャッター ボタンが半押しされた最初の時間に基づいて) ホワイト バランスと露出がロックされます。

パノラマは、最大 360 度のパノラマ ビューまでの非常に広い視野角をカバーできるため、すべての写真角度にわたって劇的な範囲の照明を包含する場合があります。これは、露出設定を選択するときに問題を引き起こす可能性があります。太陽に直接露出したり、太陽から離れたりすると、パノラマの残りの部分が暗すぎたり明るすぎたりする可能性があるためです.

多くの場合、最も中間的な露出は、カメラを自分の影に垂直な方向に向けることによって得られます 、自動露出設定を使用して (これが 1 枚の写真であるかのように)、すべての写真に対してその設定を手動で使用します。ただし、芸術的な意図によっては、ハイライトの詳細を保持するために、最も明るい領域に基づいて露出したい場合があります。コンパクトデジタルカメラの場合、パノラマプリセットモードを使用し、中間アングルでシャッターボタンを半押しし、任意の順序で写真を撮影することで、露出を固定できます（シャッターボタンを半押ししてから撮影します）。最初の写真)。

一列パノラマ 複数行のパノラマまたはステッチ モザイク

各写真が隣接する他のすべての写真と約 10～30% 重なっていることを確認します .オーバーラップの割合は正確である必要はありません。オーバーラップが高すぎると、特定の画角でより多くの写真を撮影する必要があることを意味しますが、オーバーラップが少なすぎると、継ぎ目の配置をブレンドまたはリダイレクトする領域が短すぎる可能性があります.

パノラマに水や人など、動いている領域が含まれている場合は、単一のカメラ アングルで動きを分離することをお勧めします。 .こうすることで、誰かがパノラマに 2 回表示されたり、2 つのステッチされた画像の間の継ぎ目に動くオブジェクトがあるために写真の位置がずれたりするという問題に遭遇することはありません。左の画像では、色とりどりのスイス衛兵が左右に行進していましたが、画像の下 3 分の 1 は 1 枚の写真に含まれていました。

もう 1 つの考慮事項は、横向きまたは縦向きのどちらで単一行のパノラマをステッチするかです。 縦向きを使用すると、約 2.25 倍のメガピクセル数を達成できます (同じ主題の場合) アスペクト比 3:2 のデジタル センサーを搭載したカメラの場合 (同じ 20% のオーバーラップの場合)。これの欠点は、ポートレートの向きでは焦点距離が長くなるため、同じ被写界深度を得るために絞りを小さくする必要があることです (倍率が大きくなるため)。

写真を撮るときのその他の考慮事項には、全体の解像度と被写界深度が含まれます。徐々に多くの画像を構成することで、ステッチされた写真のメガピクセル数を劇的に増やすことができます。ただし、この方法の欠点は、同じ被写界深度を実現するために、ステッチされた画像の数が増えるにつれて、レンズの絞り設定を徐々に小さくする (F 値を大きくする) 必要があることです。 （同じ画角の場合）。これにより、結果として露出時間が必要になるため、または小さな開口部が回折による重大な写真のぼやけを誘発するため、一部の主題では特定の解像度を達成することがほぼ不可能になる場合があります.

次の計算機は、別の方法では 1 枚の写真に収めることができたはずのシーンから合成フォト モザイクを作成しようとしたときに、メガピクセル数とカメラ レンズの設定がどのように変化するかを示しています .これは、特定のシーンを網羅するために必要な焦点距離をすばやく評価するためにも使用できます。

注:Calculator は、写真がすべて同じ向きで撮影されていること (横向きでも縦向きでも)、および写真の倍率が低いことを前提としています。
被写界深度の要件は、単一の写真とモザイクが同じサイズで印刷されます。実際には、モザイクはさらに大きく印刷されるように設計されていることが多く、その場合、モザイクには上記よりもさらに高い絞り値が必要になります。

ここでは、小さなフォト モザイクでさえ、同じ被写界深度を維持するために非現実的なレンズ絞りと露光時間がすぐに必要になることがわかります。これにより、デジタル パノラマとステッチされた写真のモザイクは、1 枚の写真よりも技術的に習得するのが難しいことが明らかになりました。 また、画像のオーバーラップにより、最終的な解像度が大幅に低下する可能性があることに注意してください (個々の写真すべてのメガピクセルの合計と比較して)。これは、写真のスティッチングがメモリ カードに画像データを保存する効率的な方法ではないことを意味します。以下の計算機は、ステッチされた写真モザイクの合計メガピクセルを、個々の写真全体のパーセンテージとして推定します。

*注:「写真効率」は、最終的に合成された写真で達成されたメガピクセルを、すべての入力画像に使用された合計メガピクセルで割った値として定義されます。

極端に広角のパノラマでは、偏光フィルターの使用を避ける必要があります 、空の明度に強い変化が現れることがあります。偏光フィルターは、太陽の方向に対して 90 度の角度で向いているときに空が最も暗くなり、太陽光の経路に直接向いているとき、または太陽の光路から離れているときに最も暗くなることを思い出してください。これは、空の 180 度にわたるパノラマでは、偏光子が完全に暗くなる領域と、まったく暗くならない領域が見えることを意味します。右のアーチの写真では、強い不自然な空の勾配が見られます。さらに、偏光フィルターを使用すると、継ぎ目が見えないように各写真の端をつなぎ合わせるのがはるかに難しくなる場合があります。

また、光が急激に変化するシーンのパノラマ撮影には注意してください。 たとえば、雲が空を横切って移動し、風景を選択的に照らしている場合などです。そのようなシーンはまだステッチできますが、明るい (または暗い) 部分が継ぎ目上に移動しないようにしてください。

最後に、各写真が体系的なグリッドのような方向に空を横切って回転するようにしてください。大規模なパノラマでは、上向きまたは下向きにドリフトするのが非常に簡単になる可能性があり、最終的なパノラマの容認できない量をトリミングする必要があります (以下に示すように)。

上記の結果は、水平線を各写真の事前に定義された位置 (写真の半分、または 3 分の 1 など) に慎重に配置することで防ぐことができます。

このトピックの詳細については、次の記事に進んでください:
パート 2:写真合成ソフトウェアの使用