Панорамная камера

Часть первая

В соответствии с определением, данным в энциклопедическом справочнике «Фотография» (издательство «Белорусская Академия», Минск, 1992), "к панорамным фотоаппаратам относятся камеры, в которых съемка происходит при поворачивании объектива в горизонтальной плоскости вокруг оси, перпендикулярной оптической оси аппарата и проходящей через заднюю главную точку, а соотношение сторон кадра составляет не менее 2:1. Изображение объекта съемки формируется на светочувствительном материале, расположенном по дуге окружности". Таким образом, камеры с плоским пленочным каналом, типа FUJI GX617, Linhof Technorama 617, Hasselblad XPAN, с точки зрения конструкции, к панорамным камерам не относятся. Панорамными их делает формат кадра, вырезанный из круглого поля, создаваемого объективом.

История отечественных панорамных камер выпускаемых серийно, вероятно, начинается с камеры ФТ-1 , созданной героем социалистического труда Федором Васильевичем Токаревым, хорошо известным широкой публике по своему другому творению – пистолету ТТ. Главный конструктор фототехники КМЗ Е.В. Соловьев, кстати, разработавший несколько собственных панорамных камер, был не очень высокого мнения о ней, но судьба серийного производства редко определяется достоинствами конструкции. Камерам ФТ, выпускавшимся на Красногорском заводе, унаследовали камеры Горизонт (Конструкция: Литавин В.В., Кутепов Э.Н., Падалко А.Я., Шуваева А.Н. Начинали работу с аппаратом Падалко и Мельников). Модель Горизонт S3 выпускается и поныне. Кроме панорамных аппаратов, снимающих на 35 мм пленку, под именем Горизонт выпускался и Горизонт 205 PC, среднеформатный. Мне не довелось поработать с этими аппаратами, а эпоха пленки постепенно закончилась. И захотелось понять, что подобная конструкция может дать цифровым аппаратам. В книге Ли Фроста "Панорамная фотография" упоминаются и цифровые панорамные камеры фирм Seitz (Roundshot) и Spheron. К сожалению, на тестирование нам их пока представлять никто не собрался, причина, возможно, в цене. Камера Roundshot Superdigital II стоит 8670 швейцарских франков. Ее вертикальное разрешение 2700 пикселей. Работает она совместно с ноутбуком. Исходя из всего вышесказанного, я попытался сделать собственную камеру, которая должна была стать не столько рабочим инструментом, сколько макетом для оценки технических возможностей подобных камер.

История создания

Итак, Алексей Федорчук мне подарил протяжный сканер Paragon Page Express Color. Этот сканер также известен под названием Sheetfed Scanner SFC-II.

Сканер был в прекрасном состоянии и мог бы работать, наверное, долгие годы, если бы не одно но. Он рассчитан на работу с параллельным портом, которого у меня, скажем, ни в одном компьютере уже нет, а во вторых, последний драйвер для него написан под Windows 95. Он еще работает с Windows Mе, но, естественно, не желает работать с XP. Кроме того, существует еще несколько драйверов под Windows NT, но многие из них корявые изначально, они носят приставку бета, и все они при попытках установить их с Windows XP, вызывают синий экран смерти.  Но все это было потом. Изначально сканер был опробован на стареньком ноутбуке Mitaс 5026 под Windows 98, и несмотря на некоторое сожаление, было принято решение, что больше он нам не понадобится и его можно разбирать. Сожаление, поскольку подобные модели более не выпускаются, а интересны они тем, что могут сниматься с подставки и сканировать, например, географические карты произвольной длины.

Чтобы принципиально опробовать возможности панорамной съемки с помощью сканера, оказалось достаточно снять со сканера корпус, вытащить все зеркала, сдвинуть объектив вглубь оправы, чтобы получить возможность сфокусироваться на бесконечность,  и слегка переделать редуктор, добавив шестерни из сломанного привода для CD.

Собственно, для панорамной камеры редуктор – это половина успеха. Поэтому, возможно, стоило создать и совсем другой привод. Это не очень сложно, но трудоемко, и поэтому пока перспективы возможности использования камеры были не определены, решили не тратить на него время, и остановиться на том, что удалось создать на коленке. Были использованы шестерни редуктора сканера, но они были переставлены в другом порядке, что позволило увеличить передаточное число. Последняя шестерня этого редуктора сопрягается с большой неподвижной шестерней, взятой от привода CD. Сквозь эту шестерню проходит несущая стальная ось, вокруг которой вращается вся конструкция. Ось подвижно закреплена в бруске из твердой породы дерева, в котором сперва было просверлено отверстие чуть меньшего, чем ось, диаметра, а потом оно было притерто до диаметра оси. Для этого ось была закреплена в электродрели и с вращением загнана в отверстие. Дерево вокруг отверстия было пропитано машинным маслом. Получился весьма качественный подшипник скольжения. Редуктор обеспечивает нормальные пропорции кадра при использовании объектива с фокусным расстоянием 8 мм. При использовании более длиннофокусной оптики кадр получается сжатым. Поскольку редуктор имеет постоянное передаточное число, то единственным способом регулировки является изменение числа шагов. Для объектива с фокусным расстоянием 16 мм разрешение сканирования увеличивается в два раза. При этом записывается вдвое большее число строк, а число точек в строке становится вдвое больше, чем число чувствительных элементов. При последующей обработке в графическом редакторе размер по вертикали уменьшается и мы получаем правильные пропорции, и все точки изображения снова становятся истинными, а не интерполированными. Поскольку ось жестко закреплена относительно линейки чувствительных элементов, то упомянутое в начале статьи условие, что ось должна проходить через заднюю главную точку, соблюдается только для объектива Пеленг. Однако при съемке достаточно удаленных объектов более длиннофокусными объективами несоблюдение этго условия практически не сказывается на результатах.

Первый вариант камеры. Еще не сняты лишние зеркала и ось закреплена во втулке из детского конструктора с огромным люфтом.	Следующий вариант с деревянным подшипником и теплофильтром перед родным объективом сканера. О роли фильтра я подробно расскажу в следующей части этой статьи.

Система сразу заработала и дала столь приличный результат, что захотелось довести камеру до состояния, позволяющего снимать не только в лабораторных условиях, но и на выезде. И тут оказалось непаханое поле, усеянное граблями, на каждые из которых, к сожалению, пришлось наступить. Ниже приведена миниатюра первой полученной цветной круговой панорамы.

Более естественное восприятие получается если рассматривать панораму по частям с помощью, например, программы просмотра из комплекта PhotoVista. В данном случае используется вариант, требующий поддержки броузером Java.

Грабли первые. Порт LPT.

В моем переносном компьютере Fujitsu LifeBook P2110 параллельного порта нет. Попытка подсоединиться через переходник USB - LPT ни к чему не привела, компьютер видел его исключительно как принтерный порт. Поэтому была приобретена карта CI-66201 1P SPP/EPP/ECP CardBus Card по цене за дешевенький планшетный сканер. (Вообще-то можно было сразу купить за эти деньги планшетный сканер USB и переделывать уже его. В оптическом и механическом смысле в этом случае принципиальных отличий не предвидится. Но свои грабли опять же лежат на поле драйверов. Большинство планшетных сканеров перед началом сканирования производят самокалибровку по белой полоске, наклеенной снизу на стекло. Если сканер разобрать, то без калибровки он обычно работать отказывается. Протяжные же сканеры калибруются по специальной карте, результаты калибровки записываются в файл и в дальнейшем используются при сканировании. То есть, при отсутствии возможности прокалибровать сканер, его можно обмануть, подсунув ему некий файл с набором чисел). 

На коробке было написано Supports Windows XP, 2000, 2003. Но поскольку на диске были и драйвера под Windows 98 – ME, то я решил установить на компьютер ME (поскольку драйвер для Windows 95, который с ней работает, меня вполне устраивал) и попробовать запустить систему. Но не тут-то было. В реестре в разделе Ports (Com & LPT) порт появился, но без номера. И ни принтер, ни сканер его видеть не пожелали. В общем, после недели мытарств, единственная комбинация, которая как-то работала, т.е. увидела и порт, и сканер, оказалась Windows 2000 с драйвером сканера для NT. К сожалению, первая версия, которую мне удалось найти, по закону бутерброда оказалась той самой бетой, которая работать без файла калибровки (как это делала версия под Windows 95) могла с большой натяжкой. Создавалось впечатление, что из возможных 256 оттенков в каждом цвете используются от силы 30. Кроме того, чувствительность синего, зеленого и красного каналов при дневном свете очень сильно различалась. Наилучший художественный эффект получался при черно-белом изображении, полученном путем вычитания одного канала из другого :-)

Попытка подсунуть сканеру некий калибровочный файл, всего каких-то 18 кб, т.е. 18000 чисел, дала много интересных результатов, но ни одного удовлетворительного. К счастью, в этот момент мне попалась еще одна версия драйвера, которая показывала результаты аналогичные драйверу под Windows 95. И на этом я счел борьбу с аппаратной частью компьютера законченной.

Первые попытки съемки

Собственный объектив сканера не имеет изменяемой диафрагмы. Поэтому регулировать экспозицию можно либо через меню драйвера (что оказалось у данной модели не очень эффективно, поскольку эффект больше напоминал коррекцию в Photoshop, чем изменение выдержки), либо используя нейтральный фильтр. Матрица сканера оказалась достаточно чувствительной. По грубым оценкам (делим время сканирования в монохромном режиме на число строк), экспозиция каждой строки менее 1/60 секунды. При этом, учитывая, что диафрагма объектива нам известна, можно оценить чувствительность линейки в 100 ISO. Это число достаточно условно, поскольку спектральная чувствительность сильно смещена в инфракрасную область, и справедливо для съемки при дневном освещении с теплофильтром, установленным перед объективом.

Ниже приведены фотографии основной платы сканера и линейки светочувствительных элементов.

Снимки под микроскопом с разным увеличением, сделанные нашей предыдущей самодельной камерой.

Как видно, чувствительный элемент состоит из трех линеек, закрытых синим, зеленым и красным светофильтрами. Т.е. сканирование одного и того же участка в разных спектральных диапазонах происходит через несколько шагов мотора. И это число шагов для листа бумаги, который протягивает сканер, и для объектов, попадающих в кадр при повороте объектива, не совпадает. Поэтому после съемки надо сдвинуть изображение в красном и синем каналах до совпадения с зеленым. Процедура оказалась достаточно простой и, в принципе, она может быть автоматизирована.

Фото до совмещения каналов и после.

О том, как получилась та камера, что изображена в начале статьи, как и что с ее помощью можно снять и как добиться приемлемой автономности, будет подробно изложено в следующих частях данной статьи.