360度全景圖片拍攝及處理

潘飛 任幸 王繼成

摘 要 以如何制作全景圖片為目標，對360度全景技術(shù)的應(yīng)用進行簡單介紹，利用單反相機和魚眼鏡頭、全景相機、無人機拍攝全景照片，敘述把拍攝完成的照片進行拼接的方法，介紹一種簡單快速處理全景圖片的方法，對全景拍攝和圖片處理有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞 全景圖片；360度全景技術(shù)；全景校園漫游系統(tǒng)；全景相機

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）16-0036-03

1 引言

隨著社會和互聯(lián)網(wǎng)科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建全景，讓人們體驗虛擬世界，給人以三維立體感覺的實景360度全方位圖像，擁有全新的真實現(xiàn)場感和交互式的感受[1]，使觀者猶如身在其中。通過全景制作形成一個三維立體空間的虛擬世界，模擬使用者的視覺、聽覺、觸覺等感官，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。

近年來，360度全景技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，被廣泛應(yīng)用在街景、景區(qū)、房地產(chǎn)等領(lǐng)域。360度全景技術(shù)憑借其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，在高等學(xué)校科研、教學(xué)、校園宣傳等領(lǐng)域也正在發(fā)揮越來越大的作用，推動高校信息化建設(shè)的進程。目前，360度全景技術(shù)在高校中廣泛應(yīng)用的就是全景校園漫游系統(tǒng)，把全景技術(shù)應(yīng)用在校園風(fēng)貌風(fēng)景展示上，把校園景觀真實再現(xiàn)于訪問者眼前，讓訪問者通過訪問全景漫游系統(tǒng)，對校園風(fēng)光、環(huán)境綠化、基礎(chǔ)設(shè)施和建筑物等場景有全面、直觀的了解和認識。訪問者只要通過電腦和網(wǎng)絡(luò)，利用鼠標和鍵盤就能360度感受真實場景，仿佛身臨其境般置身于現(xiàn)實中的校園。

呈現(xiàn)在訪問者眼前的全景場景是如何制作的？照片又是如何采集的？相關(guān)文獻不多。本文介紹全景圖片的拍攝方法、拼接過程，以及圖片的后期處理方法。通過本文，讀者可以全面了解全景圖片是如何拍攝、制作的，同時希望對全景制作人員有一定的輔助作用。

2 圖片拍攝

照相機+魚眼鏡頭 單反數(shù)碼相機、三腳架和720度云臺的方式拍攝。因普通的35毫米相機鏡頭所能拍攝的范圍約為水平40度、垂直27度，制作360度*180度的全景圖像的話，需要拍攝相當(dāng)多的照片，制作一組場景大約需要拍攝48張照片，而且會導(dǎo)致拼縫太多而過渡不自然，所以需要水平和垂直角度都大于180度的超廣角鏡頭。廣泛采用魚眼鏡頭進行拍攝，魚眼鏡頭為視角接近或等于180度的廣角鏡頭，鏡頭焦距為16毫米或更短，視角通常能到220度或230度，因為拍攝視角大，所以可對大范圍景物進行近距離拍攝。使用魚眼鏡頭進行拍攝時，近距離的物體透視效果強，近距離物體大，遠距離物體小，對比很明顯，拍攝的畫面具有極強的感染力。魚眼鏡頭具有相當(dāng)長的景深，有利于表現(xiàn)照片的長景深效果[2]。

本研究使用的設(shè)備為佳能（Canon）EF 8-15mm f/4L USM魚眼鏡頭、佳能EOS 70D機身、360度云臺、三腳架。拍攝的方法為選取想要拍攝的點位，將三腳架固定，將云臺固定在三腳架上，將相機固定在云臺上，通過云臺上的水平裝置調(diào)整三腳架，使相機水平，否則可能會因為不夠水平導(dǎo)致后期無法處理。完成準備工作后，在云臺水平位置每隔60度拍攝一張照片，共拍攝六張照片；天空拍攝一張照片，地面拍攝一張照片，總計拍攝八張照片，即可完成一組場景的拍攝工作[3]。拍攝的一組場景的八張圖片如圖1所示，前六張照片為水平拍攝，第七張是拍攝的天，第八張是拍攝的地。

全景相機 隨著全景技術(shù)的不斷發(fā)展，全景制作人員對采用相機+魚眼鏡頭的拍攝方式有了更高的要求，如何能夠更加快速地拍攝全景照片，全景相機技術(shù)應(yīng)運而生。目前使用比較多的全景相機有雙魚眼鏡頭和多鏡頭兩類。多鏡頭的全景相機普遍價錢較高，所以目前應(yīng)用較多的還是雙魚眼鏡頭的全景相機。使用全景相機拍攝全景圖片，拍攝后，相機自動將拍攝的照片進行拼接處理，直接生成全景照片，十分方便。這種拍攝方式也有自身不足之處，比如在前后兩個鏡頭光線不同的時候，拍攝出來的照片曝光不一致，導(dǎo)致出現(xiàn)拼接處有明顯痕跡的情況。

本研究使用的全景相機為尼康KeyMission 360，全景相機拍攝的照片如圖2所示。拍攝的時候使用自拍桿，選取拍攝點后即可拍攝。拍攝后由相機自動將圖片拼接成全景圖片，不需要再使用圖片拼接軟件進行拼接處理。

航拍全景 航拍又稱空中攝影或航空攝影，是指從空中拍攝地面地貌，獲得俯視圖。航拍全景是采用多旋翼無人機進行定點定高懸停拍攝，拍攝水平360度的照片。以大疆無人機3SE為例，選定拍攝點后，無人機進入懸停狀態(tài)并開始拍攝，調(diào)整相機角度，在水平狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)360度拍攝一組照片（為了保證后期拼合的完整性，前后兩張照片需要有不少于30%的重合區(qū)域），然后調(diào)整相機角度向下45度拍攝一組照片，最后調(diào)整相機角度垂直向下90度拍攝一張地面照片。如使用的相機廣角不大，拍攝每組照片的時候，拍攝每張照片旋轉(zhuǎn)的角度較小，使后期拼接處理的時候成功率增加。在拍攝過程中可使用定時或者手動拍攝兩種方式，推薦使用定時拍攝的方式，因為在無人機水平旋轉(zhuǎn)的時候，云臺和無人機可能會向后波動，而使用定時拍攝可以保證當(dāng)前照片拍攝水平。一般情況下，空中全景圖像組需要由8～32張圖片組成。將拍攝到的圖片運用圖片拼接軟件進行合成，形成全景平面圖形，再通過全景漫游技術(shù)將航拍圖像制作成720度全景，以俯視的角度觀看全景。

3 全景圖片制作

圖片拼接 由于通過單反相機+魚眼鏡頭拍攝的照片為單獨照片，需要進一步對拍攝的圖像進行拼接，在圖像拼接處理上采用圖像拼接軟件，常用的拼接軟件有PTGui、Pano2VR等[4]。目前部分全景制作者采用Pano2VR軟件進行圖片拼接處理，此款軟件支持輸出HTML5/CSS3格式的全景，操作簡單，只需導(dǎo)入單張全景圖片即可一鍵生成全景圖片，但是此款軟件不能對圖片進行進一步調(diào)整，如果圖片色彩、曝光度等關(guān)鍵因素不一致，將不能生成完整全景圖片。

Panorama Tools是一個具有很強功能的全景制作軟件，使用起來有一定難度，因為用戶要編寫命令才可以進行處理。雖然使用有一定的難度，但是因為其不需要支付使用費用，所以在制作全景領(lǐng)域應(yīng)用較多。

PTGui是一個可視化全景圖制作工具，用戶不用進行編寫命令就能對圖像進行拼接，制作過程為：輸入原始照片，設(shè)置參數(shù)，采集并優(yōu)化控制點，就能制作并輸出全景圖片。經(jīng)過拼接后的全景照片如圖3所示，上圖為單反相機+魚眼鏡頭拍攝的照片拼接后的全景圖片，下圖為無人機航拍的照片拼接后的全景圖片?？梢钥吹剑脚牡娜皥D片因為無人機機身的限制，天空是缺失的，需要經(jīng)過后期處理。

圖片優(yōu)化處理 無論在使用魚眼相機拍攝的全景圖片，還是使用全景相機拍攝的全景圖片，都存在拍攝過程中支撐設(shè)備被拍攝到全景圖片的情況，比如魚眼相機拍攝時候的云臺，全景相機拍攝時候的三腳架，圖2、圖3中的拍攝人員和云臺。在使用無人機航拍時，雖然拍攝不到無人機設(shè)備，但拍攝的全景圖片會缺少天空區(qū)域的圖像。這些支持物品的存在和拍攝不完整，對全景圖像整體效果會有一定的影響，所以需要對這些不完整的全景照片進行處理，對這些進行修補。

本研究中對圖片處理采用Photoshop軟件，使用的版本為Adobe Photoshop CS6。Photoshop軟件是常用的圖像處理軟件，該軟件具有強大的畫圖和處理工具，能對圖片進行高效編輯。除此之外，Photoshop軟件還有很多功能，在諸多領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用[5]。

對于航拍的全景圖片，因為天空是缺失的，所以處理起來需要增加補天的一步：準備天空圖片素材；利用Photoshop軟件新建畫布，將天空圖片與全景圖片放到新建的畫布中；首先對天空素材尺寸進行調(diào)整，然后對齊四邊；在天空與全景圖交界處明顯不融合，可采用矩形選框工具，羽化程度200像素，多次選擇覆蓋就會變得融合；將兩個圖層合并，若有拼接痕跡，可采用圖章工具進行修改。

打開全景圖片后需要使用濾鏡中的扭曲功能，選擇極坐標，如果全景圖片為無人機拍攝的，則不需要做任何處

理；如果是全景相機拍攝，或者魚眼相機拍攝拼合的，即需要處理的部分在全景圖片底部的，就需要先將圖片旋轉(zhuǎn)180度，即把需要處理的部分放在全景圖片的上方。利用平面坐標到極坐標的功能，轉(zhuǎn)換全景圖片（如圖4所示）。

使用選擇工具（包括選框、套索、魔棒等）選擇需要處理掉的內(nèi)容，使用編輯菜單中的填充功能，在內(nèi)容的使用選擇“內(nèi)容識別”，點確定，即可完美地將需要處理掉的內(nèi)容處理掉；再使用濾鏡中的扭曲功能，選擇極坐標，將平面坐標到極坐標切換為極坐標到平面坐標，對全景照片進行180度旋轉(zhuǎn)后，即可完成對全景圖片的處理。處理完的圖片見圖5。

可見，圖片中的拍攝人員和云臺都已經(jīng)被處理掉，航拍圖片的天空也融合得很自然，與周圍的圖像并沒有太多的不協(xié)調(diào)。處理過的圖片可以直接用于場景制作。

4 結(jié)語

360度全景技術(shù)近年來發(fā)展迅速，本文對制作全景場景的全景圖片的拍攝方法進行詳細介紹，并對拍攝后的圖片的處理方法進行深入研究。經(jīng)過處理的圖片沒有拍攝時候輔助工具的痕跡，可以直接應(yīng)用在高校制作全景漫游系統(tǒng)時的全景場景制作中，節(jié)約了圖片處理的時間，加快了全景場景的制作過程，具有一定的研究意義。

參考文獻

[1]謝建德.VR全景技術(shù)的特性及在旅游中應(yīng)用[J].科技展望，2017（11）：140.

[2]付廣，付暉，張娟.基于全景圖像的熱帶果園三維全景虛擬漫游系統(tǒng)研究[J].山西建筑，2017（14）：255-257.

[3]王桐，王亮，馬楠.基于全景圖的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字博物館中的研究與應(yīng)用[J].山西電子技術(shù)，2011（1）：75-76.

[4]黃國政.基于Pano2VR的交互式校園全景漫游系統(tǒng)的研究[J].軟件工程師，2015（1）：17-18.

[5]王茜南.關(guān)于平面設(shè)計軟件的廣告設(shè)計探討[J].電子制作，2014（22）：69.