360度全景图片拍摄及处理
时间：2020-12-10 08:02:20 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要 以如何制作全景图片为目标，对360度全景技术的应用进行简单介绍，利用单反相机和鱼眼镜头、全景相机、无人机拍摄全景照片，叙述把拍摄完成的照片进行拼接的方法，介绍一种简单快速处理全景图片的方法，对全景拍摄和图片处理有一定的指导作用。
关键词 全景图片；360度全景技术；全景校园漫游系统；全景相机
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2018）16-0036-03
1 引言
随着社会和互联网科学技术的不断创新发展，通过虚拟现实技术创建全景，让人们体验虚拟世界，给人以三维立体感觉的实景360度全方位图像，拥有全新的真实现场感和交互式的感受[1]，使观者犹如身在其中。通过全景制作形成一个三维立体空间的虚拟世界，模拟使用者的视觉、听觉、触觉等感官，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。
近年来，360度全景技术应用十分广泛，被广泛应用在街景、景区、房地产等领域。360度全景技术凭借其独特的技术优势，在高等学校科研、教学、校园宣传等领域也正在发挥越来越大的作用，推动高校信息化建设的进程。目前，360度全景技术在高校中广泛应用的就是全景校园漫游系统，把全景技术应用在校园风貌风景展示上，把校园景观真实再现于访问者眼前，让访问者通过访问全景漫游系统，对校园风光、环境绿化、基础设施和建筑物等场景有全面、直观的了解和认识。访问者只要通过电脑和网络，利用鼠标和键盘就能360度感受真实场景，仿佛身临其境般置身于现实中的校园。
呈现在访问者眼前的全景场景是如何制作的？照片又是如何采集的？相关文献不多。本文介绍全景图片的拍摄方法、拼接过程，以及图片的后期处理方法。通过本文，读者可以全面了解全景图片是如何拍摄、制作的，同时希望对全景制作人员有一定的辅助作用。
2 图片拍摄
照相机+鱼眼镜头 单反数码相机、三脚架和720度云台的方式拍摄。因普通的35毫米相机镜头所能拍摄的范围约为水平40度、垂直27度，制作360度*180度的全景图像的话，需要拍摄相当多的照片，制作一组场景大约需要拍摄48张照片，而且会导致拼缝太多而过渡不自然，所以需要水平和垂直角度都大于180度的超广角镜头。广泛采用鱼眼镜头进行拍摄，鱼眼镜头为视角接近或等于180度的广角镜头，镜头焦距为16毫米或更短，视角通常能到220度或230度，因为拍摄视角大，所以可对大范围景物进行近距离拍摄。使用鱼眼镜头进行拍摄时，近距离的物体透视效果强，近距离物体大，远距离物体小，对比很明显，拍摄的画面具有极强的感染力。鱼眼镜头具有相当长的景深，有利于表现照片的长景深效果[2]。
本研究使用的设备为佳能（Canon）EF 8-15mm f/4L USM鱼眼镜头、佳能EOS 70D機身、360度云台、三脚架。拍摄的方法为选取想要拍摄的点位，将三脚架固定，将云台固定在三脚架上，将相机固定在云台上，通过云台上的水平装置调整三脚架，使相机水平，否则可能会因为不够水平导致后期无法处理。完成准备工作后，在云台水平位置每隔60度拍摄一张照片，共拍摄六张照片；天空拍摄一张照片，地面拍摄一张照片，总计拍摄八张照片，即可完成一组场景的拍摄工作[3]。拍摄的一组场景的八张图片如图1所示，前六张照片为水平拍摄，第七张是拍摄的天，第八张是拍摄的地。
全景相机 随着全景技术的不断发展，全景制作人员对采用相机+鱼眼镜头的拍摄方式有了更高的要求，如何能够更加快速地拍摄全景照片，全景相机技术应运而生。目前使用比较多的全景相机有双鱼眼镜头和多镜头两类。多镜头的全景相机普遍价钱较高，所以目前应用较多的还是双鱼眼镜头的全景相机。使用全景相机拍摄全景图片，拍摄后，相机自动将拍摄的照片进行拼接处理，直接生成全景照片，十分方便。这种拍摄方式也有自身不足之处，比如在前后两个镜头光线不同的时候，拍摄出来的照片曝光不一致，导致出现拼接处有明显痕迹的情况。
本研究使用的全景相机为尼康KeyMission 360，全景相机拍摄的照片如图2所示。拍摄的时候使用自拍杆，选取拍摄点后即可拍摄。拍摄后由相机自动将图片拼接成全景图片，不需要再使用图片拼接软件进行拼接处理。
航拍全景 航拍又称空中摄影或航空摄影，是指从空中拍摄地面地貌，获得俯视图。航拍全景是采用多旋翼无人机进行定点定高悬停拍摄，拍摄水平360度的照片。以大疆无人机3SE为例，选定拍摄点后，无人机进入悬停状态并开始拍摄，调整相机角度，在水平状态下旋转360度拍摄一组照片（为了保证后期拼合的完整性，前后两张照片需要有不少于30%的重合区域），然后调整相机角度向下45度拍摄一组照片，最后调整相机角度垂直向下90度拍摄一张地面照片。如使用的相机广角不大，拍摄每组照片的时候，拍摄每张照片旋转的角度较小，使后期拼接处理的时候成功率增加。在拍摄过程中可使用定时或者手动拍摄两种方式，推荐使用定时拍摄的方式，因为在无人机水平旋转的时候，云台和无人机可能会向后波动，而使用定时拍摄可以保证当前照片拍摄水平。一般情况下，空中全景图像组需要由8～32张图片组成。将拍摄到的图片运用图片拼接软件进行合成，形成全景平面图形，再通过全景漫游技术将航拍图像制作成720度全景，以俯视的角度观看全景。
3 全景图片制作
图片拼接 由于通过单反相机+鱼眼镜头拍摄的照片为单独照片，需要进一步对拍摄的图像进行拼接，在图像拼接处理上采用图像拼接软件，常用的拼接软件有PTGui、Pano2VR等[4]。目前部分全景制作者采用Pano2VR软件进行图片拼接处理，此款软件支持输出HTML5/CSS3格式的全景，操作简单，只需导入单张全景图片即可一键生成全景图片，但是此款软件不能对图片进行进一步调整，如果图片色彩、曝光度等关键因素不一致，将不能生成完整全景图片。
Panorama Tools是一个具有很强功能的全景制作软件，使用起来有一定难度，因为用户要编写命令才可以进行处理。虽然使用有一定的难度，但是因为其不需要支付使用费用，所以在制作全景领域应用较多。
PTGui是一个可视化全景图制作工具，用户不用进行编写命令就能对图像进行拼接，制作过程为：输入原始照片，设置参数，采集并优化控制点，就能制作并输出全景图片。经过拼接后的全景照片如图3所示，上图为单反相机+鱼眼镜头拍摄的照片拼接后的全景图片，下图为无人机航拍的照片拼接后的全景图片。可以看到，航拍的全景图片因为无人机机身的限制，天空是缺失的，需要经过后期处理。
图片优化处理 无论在使用鱼眼相机拍摄的全景图片，还是使用全景相机拍摄的全景图片，都存在拍摄过程中支撑设备被拍摄到全景图片的情况，比如鱼眼相机拍摄时候的云台，全景相机拍摄时候的三脚架，图2、图3中的拍摄人员和云台。在使用无人机航拍时，虽然拍摄不到无人机设备，但拍摄的全景图片会缺少天空区域的图像。这些支持物品的存在和拍摄不完整，对全景图像整体效果会有一定的影响，所以需要对这些不完整的全景照片进行处理，对这些进行修补。
本研究中对图片处理采用Photoshop软件，使用的版本为Adobe Photoshop CS6。Photoshop软件是常用的图像处理软件，该软件具有强大的画图和处理工具，能对图片进行高效编辑。除此之外，Photoshop软件还有很多功能，在诸多领域都有着重要应用[5]。
对于航拍的全景图片，因为天空是缺失的，所以处理起来需要增加补天的一步：准备天空图片素材；利用Photoshop软件新建画布，将天空图片与全景图片放到新建的画布中；首先对天空素材尺寸进行调整，然后对齐四边；在天空与全景图交界处明显不融合，可采用矩形选框工具，羽化程度200像素，多次选择覆盖就会变得融合；将两个图层合并，若有拼接痕迹，可采用图章工具进行修改。
打开全景图片后需要使用濾镜中的扭曲功能，选择极坐标，如果全景图片为无人机拍摄的，则不需要做任何处
理；如果是全景相机拍摄，或者鱼眼相机拍摄拼合的，即需要处理的部分在全景图片底部的，就需要先将图片旋转180度，即把需要处理的部分放在全景图片的上方。利用平面坐标到极坐标的功能，转换全景图片（如图4所示）。
使用选择工具（包括选框、套索、魔棒等）选择需要处理掉的内容，使用编辑菜单中的填充功能，在内容的使用选择“内容识别”，点确定，即可完美地将需要处理掉的内容处理掉；再使用滤镜中的扭曲功能，选择极坐标，将平面坐标到极坐标切换为极坐标到平面坐标，对全景照片进行180度旋转后，即可完成对全景图片的处理。处理完的图片见图5。
可见，图片中的拍摄人员和云台都已经被处理掉，航拍图片的天空也融合得很自然，与周围的图像并没有太多的不协调。处理过的图片可以直接用于场景制作。
4 结语
360度全景技术近年来发展迅速，本文对制作全景场景的全景图片的拍摄方法进行详细介绍，并对拍摄后的图片的处理方法进行深入研究。经过处理的图片没有拍摄时候辅助工具的痕迹，可以直接应用在高校制作全景漫游系统时的全景场景制作中，节约了图片处理的时间，加快了全景场景的制作过程，具有一定的研究意义。
参考文献
[1]谢建德.VR全景技术的特性及在旅游中应用[J].科技展望，2017（11）：140.
[2]付广，付晖，张娟.基于全景图像的热带果园三维全景虚拟漫游系统研究[J].山西建筑，2017（14）：255-257.
[3]王桐，王亮，马楠.基于全景图的虚拟现实技术在数字博物馆中的研究与应用[J].山西电子技术，2011（1）：75-76.
[4]黄国政.基于Pano2VR的交互式校园全景漫游系统的研究[J].软件工程师，2015（1）：17-18.
[5]王茜南.关于平面设计软件的广告设计探讨[J].电子制作，2014（22）：69.
