Stereogramme – Erklärung, Geschichte und Verfahren

Was sind Stereogramm-Bilder?

Bei Stereogrammen handelt sich um zweidimensionale Abbildungen, die trotz fehlender physikalischer Eigenschaften den Eindruck vermitteln, sie wären dreidimensional, ergäben also ein Raumbild mit Tiefenwirkung. Stereogramm-Bilder fallen in den Bereich der optischen Täuschungen beziehungsweise der visuellen Illusionen.

Wie funktioniert das magische Auge bei der Betrachtung eines Stereogramms?

Der Mensch sowie alle Primaten und so gut wie alle Raubtiere sind dazu in der Lage, Stereobilder räumlich wahrzunehmen. Das kommt daher, dass diese Lebewesen aufgrund der Beschaffenheit ihrer Sehorgane die Umgebung immer aus zwei Blickwinkeln gleichzeitig wahrnehmen. Man spricht von Binokularsehen (binocular vision). Im Gehirn werden diese beiden Bilder dann zu einem einzigen räumlichen Bild verschmolzen und das Lebewesen kann auf diese Weise unterschiedliche Entfernungen voneinander unterscheiden. In der Stereoskopie werden die Abbildungen so konzipiert, dass das linke und das rechte Auge zwei leicht voneinander verschiedene Abwandlungen des Bildes sehen, was durch einen abweichenden Betrachtungswinkel realisiert wird. Auf diese Weise entsteht im Gehirn ein räumlicher Gesamteffekt. Da es in diesem Zusammenhang jedoch zu einem Widerspruch zwischen dem Gesehenen und der tatsächlichen Realität kommt, entsteht bei der Betrachtung unter Umständen ein Gefühl des Schwindels oder des Unwohlseins.

Wer hat die Stereoskopie erfunden?

Berechnungen zur räumlichen Geometrie wurden bereits von Euklid im vierten Jahrhundert vor Christus angestellt und lassen sich in seinen Mathematik-Lehrbüchern nachvollziehen. Der Physiker Sir Charles Wheatstone veröffentlichte 1838 erstmals Forschungsergebnisse zum 3D-Sehen. Er prägte den Begriff Stereoskopie und baute erste mit Spiegeln konzipierte Stereoskope. Er war es auch, der zuerst erkannte, dass zwei Augen zum räumlichen Sehen nötig sind. Weitere Meilensteine auf dem Weg der Stereogramme setzten der Erfinder Louis Daguerre, der Physiker Sir David Brewster und der Optiker Jules Duboscq. Das Stereoskop von Oliver Wendell Holmes, das er 1861 entwickelte, fand weite Verbreitung und wurde zum allgemeinen Standard. Gegen 1900 wurde das Kaiserpanorama von August Fuhrmann populär, das es erlaubte, stereoskopische Bilderserien durch ein Guckloch zu betrachten. In den 1950er Jahren erlebte die Stereofotografie einen erneuten Boom. Dieser hielt jedoch aufgrund der hohen Kosten und des nicht gerade geringen Aufwands nicht lange an. Später erlaubte die Erfindung der Digitalkamera eine günstigere und einfachere Erstellung von Stereogrammen, sodass diese bis heute Zuspruch finden.

Welche Arten von Stereogrammen werden unterschieden?

Es gibt eine grosse Anzahl an verschiedenen Methoden, die zur Erstellung von Stereogrammen eingesetzt werden können. Einige dieser Verfahren haben wir im Folgenden aufgelistet:

• Stereobildpaar
• Diabetrachter
• Anaglyphenbilder
• Linsenraster
• Shutterverfahren
• Zufallspunkt-Raumbilder
• SIS (Single Image Stereogram)
• SIRDS (Single Image Random Dot Stereogram)
• Prismengläser-Brillen
• Pulfrich-Verfahren

Mit welcher Technik arbeiten Stereokameras?

Mit einer Stereokamera oder Lichtfeldkamera kannst du zur Erstellung eines Stereogramms auf ganz übliche Weise fotografieren. Die Geräte besitzen zwei nebeneinander angeordnete Objektive mit einem Abstand von ungefähr 60 bis 70 Millimeter. Beim Auslösen werden gleichzeitig zwei Teilbilder erstellt, die zur späteren räumlichen Betrachtung notwendig sind. Die Einstellungen von Schärfe und Belichtung beider Objektive sind miteinander gekoppelt. Zur Aufnahme sogenannter Linsenraster-Bilder gibt es auch Stereokameras mit insgesamt vier Objektiven. Die erste Stereokamera wurde von Jules Richard im Jahr 1894 erfunden und gebaut.

Wie entsteht der räumliche Eindruck bei der Stereoaufnahme?

Das Ziel einer stereoskopischen Aufnahme ist es, die Umgebung möglichst naturgetreu wiederzugeben. Dafür müssen einige grundlegende Bedingungen erfüllt sein. Diese sind zum Beispiel:

• Die beiden Bildpaare müssen die gleichen Parallaxen, also Sehwinkeldifferenzen, aufweisen, wie sie beim normalen Sehen auftreten. Die Aufnahmebasis entspricht dem mittleren Augenabstand von 65 Millimetern.
• Die Sehwinkel müssen bei der Aufnahme und bei der Betrachtung der Teilbildpaare identisch sein.
• Die Bildachsen beider Bilder müssen bei der Aufnahme und bei der Betrachtung in die gleiche Richtung zeigen.
• Höhenabweichungen zwischen den Teilbildern müssen vermieden werden, weil sie das räumliche Verschmelzen stark erschweren.
• Die Teilbilder müssen über den gesamten Aufnahmebereich scharf sein. Künstliche Unschärfen sollen also unbedingt vermieden werden. Kurzbrennweitige Objektive mit hoher Schärfentiefe eignen sich für die Aufnahme daher ideal.
• Die seitlichen Begrenzungen der Teilbilder müssen parallel zueinander angeordnet werden.

Was sind die Anwendungsgebiete der Stereoskopie?

Die Stereoskopie wird hauptsächlich zum Zweck der Unterhaltung und der Kunst verwendet. Aber auch in der Mathematik spielt die Stereoskopie eine Rolle bei der Veranschaulichung der Stereometrie und der Trigonometrie. Darüber hinaus werden stereoskopische Bilder erstellt, um Berechnungen und Auswertungen unter anderem in der Architektur, der Biologie, der Robotertechnik oder der Fahrzeugtechnik durchzuführen. Auch zur Programmierung von Computerspielen oder zur Produktion von 3D-Kinofilmen werden dreidimensional erscheinende Modelle auf 3D-Bildschirmen erstellt.