COSIMA: COrrect Stereo IMAges

Die vollautomatische Rahmung digitaler Stereobilder

Gerhard P. Herbig (veröffentlicht im stereo jornal 78 (4/2005), Seite 14-16)

Von der Stereofotografie sind viele Menschen fasziniert - aber oft werden sie bei der Rahmung der Bilder wieder abgeschreckt. Das ist nun vorbei, denn COSIMA übernimmt diese Aufgabe vollautomatisch - zumindest für digitalisierte Stereobilder.

Im analogen Stereodia müssen bei der Rahmung Höhen- und Rotationsfehler eliminiert werden, Größenfehler und trapezförmige Verzerrungen sind nachträglich sogar überhaupt nicht mehr zu korrigieren. Solche Stereodias wandern deshalb über kurz oder lang in den Müll. Da bietet der Übergang in die digitale Pixelwelt zumindest den Vorteil, dass auch diese beiden letztgenannten Bildfehler durch entsprechende Bildoperationen herausgerechnet werden können.

Wer allerdings schon einmal versucht hat, in einem Bildverarbeitungsprogramm oder einem der gängigen Stereobild-Montageprogramme gleichzeitig alle vier Bildparameter (Höhe, Größe, Rotation und Vergenz (trapezförmige Verzeichnungen)) zu korrigieren, ist schnell der Verzweiflung nahe: Die vier Größen sind alle voneinander abhängig und immer, wenn man eine davon korrigiert hat, haben sich die anderen drei wieder verändert! Wirklich anwendbar ist die manuelle Methode deshalb nur, wenn man sich - wie auch bei der konventionellen Diarahmung - auf die Korrektur des Höhenfehlers und der Rotation beschränkt.

An dieser Stelle kommt die neue Software COSIMA ins Spiel, die für ein vorgegebenes Stereobildpaar alle vier Größen vollautomatisch korrigiert und das Stereobild ohne jeden Eingriff des Benutzers perfekt rahmt. Wie ist das möglich und wie gut funktioniert das?

COSIMA vergleicht in einem ersten Schritt selbstständig die Bildinhalte der beiden Stereoteilbilder und berechnet daraus einen Satz von Korrekturparametern, welche das Bild bestmöglich (mathematisch im quadratischen Mittel) entzerrt. Im nächsten Schritt wird die Korrektur dann durchgeführt. Es entsteht jetzt ein neues (virtuelles) Bild, auf das die Bildanalyse aus Schritt 1 erneut angewendet wird. Durch wechselseitige Wiederholung dieser beiden Schritte - Analyse und Entzerrung - kann theoretisch der verbleibende Restfehler im Bild beliebig klein werden. Allerdings bricht COSIMA die Iteration ab, sobald der Höhenfehler kleiner als 0,5 Pixel, der Größenfehler kleiner als 0,1 %, der Rotationsfehler kleiner als 0,1 Grad und der Vergenzfehler ebenfalls kleiner als 0,1 Grad geworden sind (alle Werte müssen gleichzeitig erreicht werden). Die Vorgabe dieser Zielwerte ist notwendig, da ein Stereobild auch Fehler aufweisen kann, die COSIMA nicht erfasst, beispielsweise Objektiv-Verzeichnungen oder Zeitparallaxen.

Nachdem COSIMA ihre Arbeit beendet hat, findet man auf dem Bildschirm (und zusätzlich in einer Report-Datei) einen Analyse-Report, in dem aufgelistet ist, welche Fehler COSIMA gefunden und korrigiert hat. Auch die Analyse des Ergebnisbildes wird angezeigt, so dass der Benutzer einen aussagekräftigen vorher/nachher Vergleich besitzt. Schließlich wird die absolute und relative Deviation (Tiefeninformation) des Stereobildes ermittelt und davon ausgehend eine Bewertung des Stereobildes vorgenommen (projizierbar, nicht projizierbar, druckbar etc.).

Wie wird COSIMA angewendet? COSIMA besitzt (noch) kein graphische Benutzeroberfläche, so dass der Benutzer entweder im Dateimanager die Datei cosima.exe startet (Doppelklick) oder eine Konsole im COSIMA-Verzeichnis (Verzeichnis, das die Datei cosima.exe enthält) öffnet und dort "cosima" entert. Der Rest läuft automatisch ab. Die Parameter von COSIMA sind alle in einer Datei "cosima.ini" enthalten, die vom Benutzer entsprechend seinen Bedürfnissen zu konfigurieren ist (z.B. öffnet sich bei Doppelklick auf cosima.ini in der Regel der Minimaleditor Notepad). Eine detaillierte Erklärung aller dieser Parameter kann man auf der Homepage von COSIMA [1] nachlesen. Eine Gedächtnisstütze findet man aber auch in den mitgelieferten ini-Dateien selbst (englisch in der Datei cosima.ini, deutsch in der Datei cosima_d.ini).

Ein Praxisbericht über die Arbeit mit COSIMA ist für einen Folgeartikel [2] im stereo journal geplant, so dass hier nur einige grundsätzliche Anwendungsmöglichkeiten von COSIMA erwähnt werden sollen:

Falls auf dem Rechner des Benutzers die Freeware IrfanView installiert ist, werden noch zwei weitere Features von COSIMA unterstützt:

Diese und noch einige Einstellungen mehr werden alle in den ini-Dateien vorgenommen. Der Benutzer kann sich so für seine verschiedenen Bedürfnisse beliebig viele ini-Dateien erzeugen. Das Programm verwendet immer diejenige ini-Datei, die man beim Start angibt. Nur wenn überhaupt keine ini-Datei angegeben wird, benutzt COSIMA die Datei "cosima.ini".

COSIMA ist im Prinzip auf jedem Windows-Rechner lauffähig, Support wird allerdings nur für die Betriebsysteme Windows 2000 und Windows XP geleistet. Ein schneller Prozessor ist zwar nicht zwingend erforderlich, wird aber empfohlen, da die Wartezeiten sonst unangenehm hoch werden. Standardbilder (ohne die zusätzliche Aktivierung von rechenzeitintensiven Zusatzfunktionen) benötigen auf einem 3 GHz-Rechner für Bilder mit 2 Mio. Pixel. etwa 1 Minute Rechenzeit.

Wie geht es mit COSIMA weiter? COSIMA wird ständig weiterentwickelt, Vorschläge von Benutzern werden gerne aufgegriffen und im Programm integriert. Bis zur Version 1.0 soll noch eine Überarbeitung des Kernalgorithmus zur Reduzierung der Rechenzeit, eine Tracking-Funktion der Korrekturparameter im Videomode (beim Zoomen ist der Größenfehler während einer Szene nicht mehr konstant) und weitere Ausgaben zur geometrischen Bildanalyse implementiert werden. Nachdem sich der Funktionsumfang stabilisiert haben wird, soll eine graphische Oberfläche zur interaktiven Eingabe der Parameter folgen.

Eine besonders hervorzuhebende Eigenschaft von COSIMA ist die Tatsache, dass auch Trapezfehler automatisch korrigiert werden können. Die leidigen Verzerrungen beim Einschwenken der Kameras, wie es häufig bei Makro- oder Hyperaufnahmen praktiziert wird oder teilweise auch praktiziert werden muss, können endlich restlos entfernt werden. Eine Operation, die manuell niemals befriedigend gelingen kann!

Mit COSIMA wird die geometrische Bildkorrektur, die Anpassung der Farb- und Kontrastwerte sowie die Skalierung auf die Endgröße in einem einzigen Interpolationsschritt durchgeführt. Das garantiert geringst mögliche Bildverluste und damit die Beibehaltung der bestmöglichen Bildqualität! Bei COSIMA entstehen durch die Kontrastnormalisierung keinerlei Lücken im Farbdichte-Histogramm!

Wer an der Software COSIMA interessiert ist, kann auf der COSIMA-Homepage weitere Details nachlesen. Dort steht auch die jeweils aktuelleste Version zum Download bereit. Sämtliche Programmeigenschaften können mit der unregistrierten Version getestet werden, lediglich ein Logo "mounted with cosima" wird in die fertig korrigierten Bilder, die größer als 640x480 Pixel sind, eingestempelt. Die Lizenzgebühr beträgt 99 €, die Bestellung kann ebenfalls auf der Homepage von COSIMA durchgeführt werden. Allgemeine Fragen zu COSIMA werden in der Yahoo-Group COSIMA-3D [3] diskutiert, die auch als Newsletter zur Information von Updates dient.


Monitorscreenshot eines Korrekturlaufes mit COSIMA.

[1] Homepage von COSIMA: http://www.herbig-3d.de/cosima/
[2] Dieter Bielert: Praxisbericht zu COSIMA, stereo-journal 78 (4/2005), Seite 17-19
[3] Diskussionsforum COSIMA-3D: http://de.groups.yahoo.com/group/cosima-3d/