Sobre la generació d'imatges estèreo amb programari d'apilament de focus

Limonita després de la pirita, Carratraca, Espanya.

Els exemplars de minerals que són cridaners als ulls de vegades no es veuran tan bons en una fotografia plana estàtica. Si els cristalls individuals estan enfosquits (per exemple, per la seva transparència), només es pot endevinar l'arquitectura de l'exemplar. Es poden revelar de sobte en una imatge estèreo:

Epidota i diòpsid, Marki Khel.

Els exemplars de brillantor i color uniformes poden ser molt difícils de fotografiar amb eficàcia, però es transformen completament en estèreo:

Franckeite, Segle Vint.

Així, ja sigui per gaudir de l'estètica, per buscar precisió tècnica o documentació senzilla, les imatges estèreo tenen un paper important en la fotografia mineral. Però cal una mica de temps i una tècnica adequada per tenir èxit en fer-ne de bones.

Abans de l'aparició d'ordinadors prou ràpids amb memòria suficient, l'única manera de generar parells d'imatges estèreo de qualitat fotogràfica era fer fotos del mateix subjecte amb dues càmeres separades a certa distància i dirigides al mateix punt de l'espai. Alternativament, es podria moure la càmera o girar el subjecte i fer dues fotografies. Aquest mètode simula les diferents visions que els nostres propis ulls tenen de qualsevol cosa que mirem. L'obtenció d'una imatge diferent a cada ull es pot aconseguir amb projectors d'imatges separats per a cada ull, polaritzant/acolorint les imatges i utilitzant ulleres especials, o, com tots els geòlegs de camp aprenen a fer ràpidament, creuant els ulls i subjectant les fotos aèries només... tan. Tots els parells estèreo d'aquest article estan pensats per ser vists amb la tècnica de creuar els ulls.

Un parell estèreo funciona perquè conté informació sobre la 3a dimensió, cap/allunyat del subjecte (l'eix Z). Un veritable parell d'imatges estèreo d'una escena on alguns objectes se superposen al llarg de l'eix Z només es pot obtenir fent fotografies des de dues ubicacions diferents, perquè els objectes de fons estan coberts pels objectes de primer pla de diferents maneres. Per obtenir exemples de parells estèreo reals aquí a Mindat, feu una ullada a la cartera de Modris Baum. La majoria dels seus parells estèreo es van prendre girant l'exemplar i utilitzant una càmera, per exemple:

Eudidimita. Foto de Modris Baum

Analcime sobre Aegirine. Foto de Modris Baum

Piroclor. Foto de Modris Baum

Si la superposició Z està absent o és insignificant (o si el fons s'ha d'ignorar deixant-lo desenfocat), hi ha una altra manera que fa ús de les tècniques d'apilament d'imatges que ara són tan populars en microfotografia. (Tingueu en compte que Modris va utilitzar l'apilament per augmentar la profunditat d'enfocament de cada imatge en els seus parells estèreo, la qual cosa va requerir el doble d'adquisició i processament, utilitzant equips molt més lent que els ordinadors actuals. Barret!) Com tots sabem, aquestes tècniques d'apilament i Els algorismes informàtics permeten al fotògraf prendre una sèrie d'imatges a mesura que la càmera s'apropa o s'allunya del subjecte, de manera que el pla focal es mou a través d'ell i s'enregistren mostres enfocades de tot o part del subjecte. Aleshores, l'algoritme selecciona les parts més enfocades de cada imatge i les uneix per crear una imatge final que tingui una profunditat d'enfocament que no es pot obtenir amb una imatge.

Per descomptat, hi ha una mica més que això: les imatges necessitaran alguns ajustos x-y i potser rotacions per adaptar-se a les imperfeccions mecàniques, i la mida aparent del subjecte canvia a mesura que es mou la càmera, de manera que també s'ha d'escalar cada imatge. En principi, aquesta tècnica és independent de la mida del subjecte, però a la pràctica, els rails d'enfocament només permeten moviments de l'ordre d'uns pocs cm PERÒ són capaços de moviments precisos de 10 micres o menys. També és possible crear la pila d'imatges canviant el pla focal de la lent (és a dir, girant l'anell d'enfocament), però és difícil ser precís amb això. De vegades he emprat aquesta tècnica quan volia apilar-me a una profunditat més enllà d'uns 2 cm, i una vegada vaig pintar les crestes del meu anell d'enfocament perquè pogués moure'l a intervals raonablement precisos. Tanmateix, trobo que les imatges estèreo apilades de vistes amples (és a dir, macro) solen ser menys efectives que les microvisualitzacions i no les intento gaire sovint. La plata de Batopilas a continuació és una de les miniatures complexes més grans que he fet amb èxit en estèreo, i la vaig cuinar una mica:

Plata i acantita, Batopilas

L'algoritme per construir la imatge apilada ha de detectar tot allò que distingeix l'enfocament de l'eixut, i això significa la detecció de vores, que al seu torn es basa en trobar àrees de canvi ràpid de brillantor, és a dir, línies d'alt contrast. Aquí estic fora de la meva profunditat, però fins i tot sé que això normalment es farà amb una transformada de Fourier de la imatge (per a més informació podeu començar a http://en.wikipedia.org/wiki/Focus_stacking).

Les coses poden anar malament. Àmplies àrees de baix contrast, com les cares de cristall uniformes, contenen molt poca informació i l'algoritme pot retenir dominis al voltant de petites imperfeccions de la imatge, com ara ombres de pols al detector, o fins i tot variacions menors en la sensibilitat dels píxels. Els pitjors infractors són els reflexos brillants: quan no estan enfocats, aquests generaran halos que tenen un contrast més gran que les parts circumdants de la imatge i després, malauradament, són seleccionats per l'algorisme. Afortunadament, en moltes situacions és senzill retocar-les amb la selecció manual de la part correcta de la pila d'imatges, sempre que el vostre paquet de programari tingui aquesta capacitat integrada (a continuació). Tanmateix, si un aspecte destacat, per exemple, generat per una petita cara de cristall reflectant, té una posició Z significativament més propera que l'àrea enfosquida, no serà possible un retoc satisfactori i sempre hi haurà un 'vel' que cobreixi el detall desitjat. Els reflexos foscos (negatius) també poden ser problemàtics. Un exemple lamentable:

Enargita i orpiment, Quiruvilca.
Enargite és molt reflectant i produeix bons efectes mirall, però es van perdre alguns petits reflexos brillants durant el retoc. Són evidentment evidents en estèreo.

El concepte darrere de fer parells estèreo a partir de piles d'imatges és bastant simple. L'efecte de paral·laxi es simula desplaçant cada imatge lleugerament cap a la dreta o l'esquerra (+ o – X), en relació amb la que hi ha a sota, abans del mostreig de les àrees enfocades. Per a una analogia física, penseu en una baralla de cartes, amb cada carta el pla focal d'una imatge. Si mires directament per sobre, tot el que veus és la carta superior; inclina la baralla empenyent-la d'una manera o una altra, i ara es veurà una part de cada carta, com si haguessis mogut el cap cap a un costat o l'altre.

Es pot veure un avantatge d'aquesta tècnica respecte a la fotografia de dues posicions: és possible obtenir més fàcilment una visualització estèreo d'objectes al fons de fractures profundes o entre cristalls alts, on la fotografia de dues posicions és difícil i els reflexos poden canviar dràsticament segons en l'angle de visió. Un exemple:

Argentopirita sobre arsènic, Bad Schlema.

A més, la pila d'imatges es pot girar en qualsevol angle abans de inclinar-la i apilar-la, per imitar el gir del pla de visió. Pràcticament parlant, només s'utilitzarien rotacions de 90 graus, però aquesta pot ser una manera de gestionar la relació d'aspecte de la imatge final. Com que les imatges es presenten una al costat de l'altra, de manera que la imatge combinada només pot tenir la meitat de l'amplada de la pantalla, els objectes llargs es poden presentar millor en una orientació vertical. L'exemple següent es va capturar amb els cristalls de millerita en primer pla horitzontals i és un retall girat d'una imatge més gran:

Millerita, siderita i bismutinita, Mina Friedrich, Alemanya

Un altre avantatge d'apilar estèreo és que la il·luminació es manté constant: en la fotografia estèreo amb dues càmeres, les cares de cristall es poden il·luminar de manera diferent, la qual cosa produeix una discordància entre les dues imatges. Veureu aquest efecte clarament en algunes de les imatges estèreo de Modris Baum.

Finalment, es pot variar la magnitud de l'efecte estèreo a voluntat. Els exemples següents es van crear amb Zerene Stack amb un desplaçament de l'1% (primer exemple) i un desplaçament del 3% (segon exemple, mateixa vista):

Fluorita, Chihuahua. 1% de desplaçament estèreo

Fluorita, Chihuahua. 3% de desplaçament estèreo

Les meves primeres imatges estèreo eren totes amb un canvi de l'1%, però més tard vaig decidir que això no n'hi havia prou i ara la majoria de les meves imatges estèreo penjades estan al 2%, com tots els exemples aquí tret que s'indiqui. A continuació es mostra un exemple de l'1% no suficient:

Fluorita, Tounfit. 1% de desplaçament estèreo

Els desavantatges de l'apilament estèreo són: com s'ha indicat anteriorment, els objectes que es superposen al llarg de l'eix z no es poden representar correctament (les regions que no contenen informació s'omplen amb àrees desenfocades); i els artefactes generats a partir dels moments destacats es tornen més intensos i més freqüents. Qualsevol halo desenfocat s'estira al llarg de l'eix x, la qual cosa amplia la seva influència no desitjada més a través de la imatge.

Qualsevol regió del fons o del primer pla que s'hagi deixat sense focus tindrà l'aspecte d'un fons d'escenari pla i pintat. Això és més tolerable en el fons que en el primer pla. Els tipus d'artefactes que es produeixen en zones de baix contrast, que es poden passar per alt fàcilment en un apilament 2-D, es converteixen en funcions aleatòries que no tenen correspondència dreta-esquerra i distreuen molt durant la visualització estèreo, sobretot perquè estan esbiaixades. en direccions oposades a cada imatge. Afortunadament, els fons i els primers plans OOF es retoquen fàcilment (a sota). Les taques de ressaltat que no es troben en un primer pla separat també es poden retocar, però el procés pot ser ardu, millor evitar fer-les en primer lloc!!

Un principi primordial regeix tots els aspectes pràctics de la creació de parells estèreo. Com que l'algoritme d'apilament extreu informació de les imatges, paradoxalment, han de contenir la màxima informació possible per aconseguir els millors resultats i requerir la menor quantitat d'edició. O en termes estètics, com més ocupat millor. La parella següent no va requerir cap retoc excepte el fons, a causa de l'abundància de detalls d'alt contrast:

Bismutinita, millerita i siderita

Il·luminació No hi ha regles especials per a la producció d'imatges estèreo, però la importància de les regles generals es veu magnificada. Intenteu no tenir extrems de llum i foscor en àrees grans i utilitzeu configuracions d'exposició que aprofitin el rang dinàmic de la càmera. Es poden controlar visualitzant l'histograma de brillantor de les vostres imatges. Una gran àrea de brillantor i color uniformes (el color també és informació!) dóna lloc a pics alts i estrets en l'histograma de (nombre de píxels) en comparació amb la brillantor, a cada canal de color. Intenteu trobar detalls naturals en aquestes àrees, per exemple, mitjançant la il·luminació parcial de les cares de cristall, o la col·locació de fonts de llum per escollir característiques de creixement, agermanament lamel·lar, etc. Gestioneu amb cura els reflexos massa brillants. Les 'explotacions' menors (sobresaturació d'algun o de tots els canals de color) són permeses i fins i tot poden ser desitjables, però seran més fàcils de gestionar si les zones circumdants estan a prop del valor Z.

Posicionament de la mostra Els millors resultats (que per a mi significa un efecte estèreo fort i significatiu amb un mínim d'artefactes) s'obtenen quan una superfície inclinada que s'inclina cap a/allunya de l'observador (com mirar des de l'altitud cap avall en una vall o una cresta) conté característiques que es projecten. per sobre de la superfície, però no tant com per eclipsar res per darrere o per sota d'ells. Aquesta descripció pot incloure un terreny d'exemplars força 'escarpat', per exemple:

Dolomite on descloizite, Berg Aukas.

No espereu que l'algoritme d'apilament detecti gaire a les zones poc exposades (fosques); deixeu-los com a fons sense enfocar quan sigui convenient. Eviteu col·locar cristalls filosos en un primer pla amb qualsevol detall al darrere: l'adquisició del detall del fons per l'algoritme d'apilament fa que els cristalls del primer pla semblin com si estiguessin corroïts per l'àcid, la qual cosa requereix un gran retoc. Això s'aplica a qualsevol vora de cristall que s'apropi amb detalls de fons brillants, però les agulles tenen 2 vores una a prop de l'altra i poden generar resultats força horribles. La següent imatge s'ha editat molt, però si apropeu i examineu qualsevol dels fotogrames, les agulles de bismutinita que sobresurten sovint semblen dalíniques, i totes tenen una vora fina de píxels sense enfocar a un costat o a l'altre, depenent de la direcció de la pila. estava esbiaixat:

Bismutinita, etc., Krupka.

Objectes transparents Aquesta tècnica s'adapta molt bé als objectes transparents i pot crear efectes impressionants, donant al fotògraf moltes opcions. Els senyals visuals de profunditat per als cristalls transparents en una fotografia en 2D són vores que reflecteixen bandes de llum estretes i vistes relativament distorsionades dels objectes de fons i les inclusions a través de cares orientades de manera diferent. També són útils en parells estèreo, però no sempre estan disponibles, cosa que fa que l'estèreo sigui encara més útil:

Melanophlogita, Fortullino.

La tècnica d'apilament permet una imatge estèreo clara dels objectes vists a través del cristall, inclosos els eixams d'inclusions:

Fluorita en topazi, Ucraïna. Foto de Pavel Martynov.

Si les cares de cristall són bones finestres, però també tenen característiques com ara passos de creixement, s'haurà de triar entre la superfície i el que es veu a través d'ella, que requereixen un retoc assenyat:

Fluorita i esfalerita, Elmwood.

Efectes mirall No és poques vegades que la vista d'un objecte ben il·luminat aparegui com un reflex en una cara de cristall. Per descomptat, la imatge reflectiva estarà enfocada quan la cara on apareix el reflex no ho sigui. En circumstàncies favorables, això pot ser un efecte agradable, per exemple:

Wurtzite and pyrite, Segle Vint Mine.

Tingueu en compte que a la imatge anterior, alguns reflexos sobre la pirita es produeixen en cares sense trets i d'altres se superposen a característiques superficials, com ara taques de corrosió. Si això passa, l'únic recurs és escurçar la pila per evitar els reflexos o fer servir el retoc per seleccionar una combinació de característiques de reflexió i superfície, com vaig fer en aquest cas.

S'ha comparat la fotografia d'alguns minerals amb la imatge d'una pila de miralls trencats. Stereo al rescat:

Bixbyite, mina N'Chwaning II.

I, per últim, alguns trucs òptics. El rail d'enfocament, la lent de la càmera i el panell de llum es mostren clarament com a reflexos de les perles de mercuri:

Mercury and cinnabar on quartz, L'Entredit Mine .

Processament de la imatge inicial Tothom que agafi una càmera per fotografiar un exemplar mineral valora la resolució espacial, que és proporcionada per una lent de bona qualitat i un gran detector CCD amb petits píxels. De vegades, la importància de la resolució dinàmica (el nombre de nivells de brillantor a cada canal) no es valora. Per a la fotografia d'un sol pla pot no ser un gran problema, però com que l'apilament depèn en gran mesura de la detecció de variacions en els nivells de brillantor, és important una alta resolució dinàmica. Opcionalment, el programari de la càmera pot enregistrar una imatge d'un sol cop com a jpeg de 8 bits, utilitzant algorismes de compressió dissenyats per mantenir la resolució dinàmica només allà on es necessita. Tanmateix, aquestes imatges no es poden editar gaire (per exemple, canviant els nivells de brillantor o alterant l'equilibri de color), ja que això destrueix inevitablement la informació, afectant negativament la qualitat de la imatge.

La majoria de càmeres SLR generen imatges en brut de 14 bits. Recomano fermament que els fotògrafs prenguin imatges en brut de la càmera i les converteixin a TIFF de 16 bits mitjançant Photoshop o programari proporcionat amb el fabricant de la càmera. Qualsevol imatge es pot editar substancialment a un nivell de bits MÉS ALTA sense crear artefactes dinàmics, com ara 'passos' de brillantor. Apila els tiffs de 16 bits i completa tota l'edició abans de convertir-los a jpeg de 8 bits. Si arxiveu el vostre treball, assegureu-vos de conservar les imatges apilades finals de 16 bits (arxivar les piles és molt difícil, ja que requereix una gran quantitat de memòria) perquè pugueu tornar enrere i canviar les vostres edicions en una data posterior. Utilitzo Photoshop per convertir de raw a TIFF i optimitzo la dinàmica tant com sigui possible (tant la brillantor com l'equilibri de color) durant aquest pas.

Zerene Stack adverteix a l'usuari que, com que la detecció de vores d'alt contrast és tan important, l'algoritme d'apilament pot emfatitzar excessivament els aspectes destacats, escollint tots els píxels més brillants en una àrea petita. Per aquest motiu addicional, intenteu mantenir només un petit nombre d'àrees petites saturades en qualsevol canal. Fins i tot si els canals vermells i verds estan molt per sota de la saturació, si el vostre canal blau s'enfronta, els vostres azurites poden semblar sense trets. Alimentar ZS i, presumiblement, tots els altres programes d'apilament d'imatges de 16 bits ajudarà.

Un punt important... treballem dur per prendre imatges individuals precises de les coses, després distorsionar-les, inclinar-les i seleccionar-les selectivament per generar les imatges estèreo. Les imatges apilades esquerra-dreta d'un parell estèreo mai són tan properes a la qualitat o precisió tècnica d'una pila plana. Els primers invariablement porten artefactes peculiars generats a partir de múltiples objectes al llarg d'una línia de visió (Z), i sempre s'ha d'arxivar almenys una versió d'una pila plana. Pujo amb freqüència les dues versions a Mindat, ja que mai no utilitzaria mig parell estèreo com a imatge d'estalvi de pantalla, foto de publicació, etc.

Retocant No puc parlar per altres programes, però Zerene Stack ofereix una manera de retocar parells estèreo. Les imatges originals no es poden utilitzar per a això perquè no s'han desplaçat al llarg de X. Tanmateix, es poden fer un parell d'imatges font de retoc aplicant l'algoritme de generació estèreo a només dues imatges adjacents. Trobo que això sol ser necessari per arreglar les àrees de fons o de primer pla desenfocades (relativament fàcil) i amb menys freqüència ressaltar artefactes (potencialment ardus). Aquí teniu un exemple d'una situació de retoc de fons/primer pla senzilla però essencial que no es va solucionar. El fons és aleatòriament 'grullós' i un punt del detector ha creat un artefacte ondulat sobre el fons al quadrant superior esquerre:

Huebnerita, l'ocurrència del poderós monarca.
Aquesta imatge també té zones lluminoses del fons que es van arrossegar més enllà d'algunes vores de les fulles de hübnerita de primer pla. Tot això podria (i hauria) haver estat retocat amb imatges d'origen fetes apilant 2 imatges (per al fons) o 5-10 imatges sobre detalls crucials. Quan el fons s'ha netejat correctament, es mostra un resultat suau com aquest (també el primer pla en aquest cas):

Polibasita, Mina Husky.

I aquí hi ha un resultat de retoc, que conté cristalls metàl·lics aciculars entrecreuats amb molts aspectes destacats adjacents a zones fosques, que era extremadament difícil però encara era possible:

Estanita sobre jamesonita, amb calcopirita.

Quantes imatges a la pila? Bé, probablement no en pots tenir massa, tot i que és possible tenir-ne més del que necessites. Només un pla infinitesimament prim del subjecte pot estar enfocat perfecte per a qualsevol posició determinada de la càmera, però depenent de la configuració de l'obertura, la distància al subjecte, el tipus de lent, etc., hi ha un gruix finit al llarg de Z que està tan a prop. per enfocar perfectament que l'error és indetectable. L'ideal és que es dissenyi una pila perquè aquestes seccions se superposin lleugerament, però una consideració pràctica és el temps necessari per generar una pila i executar-hi l'algorisme d'apilament. Per a la microfotografia amb un camp de visió de 4-6 mm i una profunditat Z de l'ordre d'1-3 mm, trobo que aproximadament 100 imatges donen molt bons resultats, però només 50 poden funcionar bé. No és sorprenent que els artefactes destacats es redueixin utilitzant una pila més fina, tot i que la profunditat de la pila no té cap efecte sobre els artefactes en fons/primers plans no enfocats. Si s'utilitzen massa poques imatges, s'han d'incorporar àrees desenfocades i poden donar resultats erràtics.

Planifico les meves piles tant per a imatges en 2D com en 3D. Intento fer que la pila sigui prou profunda com per tenir tota l'escena enfocada i utilitzar aquesta pila per a parells estèreo. A continuació, faig servir un subconjunt d'aquesta pila que té el tema principal (normalment un únic cristall o grup de cristalls) enfocat, però deixa una part del fons i el primer pla desenfocats. Això conserva indicis visuals importants sobre la profunditat de camp que es necessiten per a una representació 2D exitosa. Un exemple (primer 2D i després estèreo):