Anaglyphen

Im Verfahren von Sanftmann wird die spektrale Strahlung der Monitore bzw. die Brillendurchlässigkeiten nicht berücksichtigt. Allerdings wird ein praktischer Versuch vorgenommen. Die Farbkomponenten R,G,B des Monitors werden durch die Brillenfolien betrachtet und deren Helligkeit y gegenüber einer Grauskala bestimmt. Mithilfe folgender Modellformel werden 5 Parameter gesucht,die diese Modellformel erfüllen:

{(a_{L} \cdot r_{L} + b_{L} \cdot g_{L} + (1 - a_{L} - b_{L}) \cdot b_{L} + a_{R} \cdot r_{R} + b_{R} \cdot g_{R} + (1 - a_{R} - b_{R}) \cdot b_{R})}^{1 / γ} = y

Da gamma im Exponenten steht, lässt sich dies durch schrittweise Annäherung errechnen. Beispielsweise war für die rote Brillenfolie die Beobachtung:

Rot R: Helligkeit H = y = 0.9
Grün G: Helligkeit H = y = 0.35
Blau B: Helligkeit H = y = 0.05

Die Rechnung ergab für links und rechts:

\begin{array}{l} a_{L} = 0.833 \\ b_{` L} = 0.162 \\ γ = 1.667 \end{array}

\begin{array}{l} a_{R} = 0.0473 \\ b_{` R} = 0.627 \\ 1 / γ = 0.6 \end{array}

damit ist zur Probe:

\begin{array}{l} {0.833}^{1 / γ} = 0.9 \\ {0.162}^{1 / γ} = 0.35 \end{array}

wie es der Versuch verlangt.

Ausgehend von den Berechnungswerten wird wieder eine Matrix für die Anaglyphenermittlung aufgestellt, die die RGB-Komponenten der Einzelbilder in bestimmten Verhältnissen mischt.

Das McAllister - Verfahren

Der Grundgedanke dieses Verfahrens ist mit dem Duboisverfahren vergleichbar. Um die Farbwiedergabe der Duboiseanaglyphen zu verbessern, soll aber ein psychologisch gleichabständiger Farbraum verwendet werden. Der Farbraum der Duboiseanaglyphen ist der CIE XYZ - Farbraum. Er ist zwar linear, was Berechnungen erleichtert, aber die Abstände zwischen den Farben entsprechen nicht dem Farbenempfinden. Ein diese Eigenschaft annähernd entsprechender Farbraum ist der CIE L*a*b*-Farbraum. Deshalb wird die Berechnung der Anaglyphenfarbe aus den rechten und linken Bildpixeln wie beim Duboiseverfahren begonnen aber aus den XYZ-Werten die Lab-Werte errechnet. Damit befinden wir uns in einem nahezu empfindungsgemäßen Farbraum.Aus den Lab-Koordinaten der linken und rechten Pixelfarbe wird durch Berechnung mittels des Levenberg-Marquardt-Algorithmus die beste Anaglyphenfarbe bestimmt, die den linken und rechten Pixelfarben (durch die rote oder cyane Brille) am ähnlichsten ist. Auf der Internetseite (neuerdings nicht mehr erreichbar) http://anaglyph.oscar.ncsu.edu kann für ein Stereobildpaar (linkes und rechtes Einzelbild) das Anaglyphenbild nach dem McAllister-Verfahren heruntergeladen werden. Ein Programm, das diese Anaglyphenart erstellt, habe ich bisher nicht programmiert. Es ist sicher ausreichend, bei dem gelegentlichen Wunsch, McAllister-Anaglyphen zu erstellen, dies mittels der Webseite zu erledigen.

Das Songnan - Verfahren

Ein chinesisches Team hat eine weitere Art Anaglyphen erdacht, das zwar farblich eine Reduzierung gegenüber dem Originalbild mitbringt ,aber eine sehr gute und ruhige Betrachtung des Anaglyphenbildes zulässt. Es führt eigentlich immer zu einer akzeptablen 3D-Wiedergabe. Auch hier wird wieder von der Strahlung des Monitores etc. und der Durchlässigkeit der Anaglyphenbrillengläser ausgegangen. Die Pixelfarben der linken und rechten Teilbilder werden über die Stufen Gammakorrektur, CIE-XYZ-Farbraum, CIE L*a*b*-Farbraum umgerechnet.

Bearbeitung rechtes Teilbild:
Aus den Lab-Werten der rechten Pixel wird H ( Farbton ) als Winkel und S als Sättigung der Farbe (Abstandsradius vom Nullpunkt) bestimmt. Figur 4 (der oben angegebenen Arbeit) zeigt eine rote Schnittlinie, die durch den Nullpunkt geht. Die Pixelfarbe in Verbindung ihrer Lage zu dieser roten Linie entscheidet über die Bewertung und in welche Farbe sie je nach H - Winkellage umgerechnet wird. Anschließend kommt noch eine Helligkeits- und Sättigungsreduktion zur Anwendung. Es erfolgt nun die Rückrechnung in G,B.

Bearbeitung linkes Teilbild:
Ausgehend von den Lab-Werten der linken Pixel wird die Helligkeit im Rotsystem ermittelt und um einen gewissen Betrag verringert, der sich aus einem Anteil des Y- und Z-wertes (CIE-XYZ-System) des zugehörigen rechten Pixels zusammensetzt. Anschliessend wird dieser Wert in den Rotanteil R der Anaglyphe umgerechnet.

Das Anaglyphenbild setzt sich somit zusammen aus einem Rotanteil des linken und den Blau- und Grünanteil des rechten Teilbildes.

Das Wimmer - Verfahren

Dieses Verfahren rechnet mit den RGB-Werten der zugehörigen Pixel des linken und rechten Bildes ohne Berücksichtigung des Monitors oder der Rotcyanbrillen. Ähnlich wie oben bei Dubois gibt es eine Berechnungsmatrix:

(\begin{matrix} R_{A} \\ G_{A} \\ B_{A} \end{matrix}) = (\begin{matrix} 0 & 0.7 & 0.3 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \end{matrix}) (\begin{matrix} R_{L} \\ G_{L} \\ B_{L} \end{matrix}) + (\begin{matrix} 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{matrix}) (\begin{matrix} R_{R} \\ G_{R} \\ B_{R} \end{matrix})

Zusätzlich gelten noch folgende Formeln:

[\begin{array}{l} R_{A} \\ G_{A} \\ B_{A} \end{array}] = [\begin{array}{l} {[\frac{1}{255} (191 \cdot G_{L}^{'} + 64 \cdot B_{L}^{'})]}^{\frac{1}{γ}} \\ G_{R}^{'} \\ B_{R}^{'} \end{array}]

\begin{array}{l} G_{L}^{'} = G_{L} + f_{1} \cdot max (0, R_{L} - G_{L}) \\ B_{L}^{'} = B_{L} + f_{2} \cdot max (0, R_{L} - B_{L}) \\ G_{R}^{'} = G_{R} + f_{1} \cdot max (0, R_{R} - G_{R}) \\ B_{R}^{'} = B_{R} + f_{2} \cdot max (0, R_{R} - B_{R}) \end{array}

und die Konstanten:

\begin{array}{l} f_{1} = 0.45 \\ f_{2} = 0.25 \\ γ = 1.6 \end{array}

Zusammenfassung

Seit es die Anaglyphen gibt, existiert auch das Problem, die Farben der Zeichnung oder der Fotografie an die der Betrachtungsbrille anzupassen, sodaß die Bilder so gut als möglich jedem Auge gezeigt werden und die Geisterbilder minimiert werden. Deshalb haben sich ganze Generationen von Farbmetrikern und Anhängern der Anaglyphen mit der Verbesserung des Verfahrens beschäftigt. In der vordigitalen Zeit gab es eine Reihe von Patenten, um die Druckfarben und den Untergrund der Bilder zu optimieren. Die Abstimmung der Druckfarben mit der Farbe der Betrachtungsbrille ist durch zahlreiche benötigte Druckversuche mit nichtgenormten Druckfarben eine teure Angelegenheit. Seit es Digitalbilder gibt, ist die Lösung der mit der Anaglyphenerstellung verbundenen Probleme immer näher gerückt. Die Farbmischung auf dem Monitor, im Digitalbild usw. beruht auf den übereinstimmenden Grundfarben R,G,B. Die weltweite Normung diesbezüglich begünstigt die Erstellung immer besserer Lösungen der Anaglyphenprobleme. Durch die schnelle Möglichkeit, die Grundfarben RGB in jedem Bildpixel zu manipulieren, wird genauso schnell klar, ob diese Manipulation positiv oder negativ für ein auszuarbeitendes Anaglyphenverfahren ist. Weitere Generationen von Farbmetrikern und Anhängern der Anaglyphen haben die Möglichkeiten erkannt und unter Erhaltung einer möglichst hohen Farbigkeit neue Verfahren dafür ersonnen. Das ist unterschiedlich gut gelungen. Der in den neueren Verfahren erforderliche Aufwand der Farbraumrechnung und -manipulation ist nicht immer in den fertigen Anaglyphenbildern zu sehen. Jeder Autor schwört auf seinen Algorithmus. Immerhin bei der Darstellung der Bilder auf dem Monitor oder mit dem Beamer ist das Ergebnis kaum noch zu übertreffen. Im Druck sieht es anders aus. Die Umsetzung von R,G,B-werten in Magenta,Gelb,Cyan ist ein zusätzliches Problem. Auch die Unterschiede im Umfang der wiedergebbaren Farben des Bildfarbraums und des Druckerfarbraums werden zum Problem. Aber auch hier gibt es Lösungen,das sogn. Ghosting zu minimieren. Für 3D-stereowiedergabe von digitalen Bildern sind immer 2 Aufnahmen notwendig. Wenn diese beiden Bilder die realen Farben wiedergeben sollen , müssen sie getrennt gehalten werden. Das Extrahalten der Stereobilder ermöglicht die bessere Bild- und Farbwiedergabe. Gleichzeitig darf eines der beiden Stereobilder nicht verloren gehen. Das geschieht durch spezielle Dateiformate für 3D (MPO) oder durch Aneinandersetzen des linken und rechten Teilbildes SBS, oben/unten. Diese Agglomerate müssen durch technische Mittel wieder getrennt werden, um die Stereowirkung zu erzeugen. Das geht solange,wie durch den technischen Fortschritt diese Mittel zur Verfügung stehen. (Lesbarkeit der Dateiformate). Anaglyphenbilder liegen wie Einzelbilder in der lesbaren Form einer Bilddatei oder eines Druckes (Brillenbenutzung) vor. Negativ ist dabei, dass aus diesen Bildern die Ausgangsbilder nicht mehr wiederherstellbar sind. Versuche dazu sind von Peter Wimmer mit seinem Programm DeAnaglyph erfolgt. Die Anaglyphen sind die seit jeher einfachste Stereomethode, die auch in großen Serien billig ist und auch für große Formate geeignet ist. Außer einer billigen Pappbrille wird zum Betrachten nichts gebraucht. Nach einer gewissen Anpassungszeit beim Tragen der Brille kann der Stereoeffekt in Abhängigkeit von der Güte und Beleuchtung des Bildes gut bis sehr gut sein.
Man muss aber eine Beschränkung der Farben hinnehmen. Aufgrund einer gewissen Rivalität der Brillenfarben und einer Reduzierung der Bildhelligkeit links und rechts sollten keine länger andauernden Vorführungen stattfinden.
Es gibt aber noch ein anderes Problem. Meine 4 neuen Anaglyphenalgorithmen verarbeiten die beiden (linkes und rechtes Bild) Teilbilder so wie sie aufgenommen wurden. Das betrifft den vorhandenen Versatz der Bildinhalte, der eventuell korrigiert werden müßte. Der gleiche Versatz ist auch im Anaglyphenbild zu finden. Ein Umweg kann hilfreich sein. Mit dem schon erwähnten Programm Stereophotomaker können die getrennten linken und rechten Aufnahmen nacheinander geladen werden. Dann werden sie justiert, um den Bildversatz zu korrigieren und eventuell Höhenfehler zu entfernen. Man kann natürlich anschliessend auch die Anaglyphentypen des Programmes erstellen. Das Programm ist sehr komfortabel. Wenn es aber meine 4 neuen Anaglyphentypen sein sollen, muß nach dem Justieren das Bildpaar wieder als linkes und rechtes Einzelbild gespeichert werden. Mit diesen versatzkorrigierten Einzelbildern kann dann das hier beschriebene 4er-Anaglyphenprogramm (s.u.) angewendet werden.

Für die Auswahl einer der 4 neuen Anaglyphenverfahren sollen folgende subjektiv empfundene Eigenheiten der Verfahren Beachtung finden:

Verfahren nach McAllister und Sanftmann:

Größerer Farbumfang, auch Teile des rot und orange, rot leuchtet auffällig,

Hautton bräunlich

Kontrast höher als bei anderen

Rot führt zu Rivalität zwischen links und rechts.

Songnan:

Ruhige Betrachtung

olive,blaue und violette Farben

Haut blass und leicht grau,

annehmbare Bilder

Wimmer und Tran:

Beide ziemlich gleich

Tran hat gesättigtere Farben

Haut leicht gelblich

Duboise:

Mit Tran ziemlich gleich

Ins grünliche gehende Farben

Laubfarbe gut , Haut leicht gelblich grün

Das Anaglyphenprogramm mit 4 erweiterten Verfahren

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Im Anschluss an die Beschreibung des neuen Anaglyphenprogrammes steht dieses zum Download bereit. Es wurden 4 Verfahren in einem Programm zusammengefasst. Es hat deshalb ein Auswahlmenu. Nach dem Start des Programmes kann die Anaglyphenart beliebig angewählt werden. So kann 1 bis zu allen 4 Verfahren verwendet werden. Das Stereobild muß als linkes und rechtes Teilbild vorhanden sein.Daraufhin muss das linke und rechte Teilbild ausgewählt werden.Wenn alle 4 Arten gewählt wurden und etwa ein W3-Stereobild bearbeitet werden soll, ist mit einer Bearbeitungszeit von 3min zu rechnen, bis wieder eine Rückmeldung vom Programm sichtbar wird. In dieser Zeit wird das Anaglyphenbild der gewählten Verfahren im Hintergrund erstellt und unter dem Namen des linken Bildes mit Anhang

_dub

_wim

_sanft

_song

als PNG-Datei im gleichen Verzeichnis wie die Ursprungsbilder abgespeichert. Zum Schluß wird ein Kombinationsbild erstellt, das alle gewählten Anaglyphenbilder der unterschiedlichen Verfahren nebeneinander enthält. Dieses muß aber von Hand in einem geöffneten Menü gespeichert werden. Es hat hauptsächlich den Sinn, einen qualitativen Vergleich der Verfahren zu ermöglichen. So kann man z.B. nach dessen Ausdruck dasjenige Verfahren bestimmen, das die geringste Geisterbildung besitzt oder von der Farbwiedergabe besser ist. Wenn ein Verfahren nicht ausgewählt wurde, ist das entsprechende Viertel des Kombinationsbildes schwarz. Die Zuordnung der Viertel im Bild ist:

Beispiel für eine Anwendung:

daraus entsteht das Kombinationsbild im PNG-Format:

das obige Bild hat eine Grösse von 861 x 574 Pixeln . Das Original hat 7296 x 4864 Pixel. Dadurch der Schärfeverlust. Das ist auch
bei den folgenden Einzelbildern zu bedenken.

Hier folgen nun die Einzelanaglyphenbilder:

Download Anaglyphen.exe

Download Anaglyphenprogramm Linux