基于無人機攝影的720°全景圖像制作技術

張巧云，張文君

（西南科技大學環境與資源學院，綿陽 621010）

0 引言

近年來，隨著無人機的快速發展和人們對大視域全景圖像的需求迅速增加，全景圖像制作技術得到了快速提高，其成果也深受人們尤其是廣大攝影愛好者和旅行者的喜愛。目前，全景圖像拼接技術雖在諸多領域如航空航天、醫學、地質勘探等都得到了廣泛應用[1]，但全景制作技術還存在有一定的缺陷，如全景圖像扭曲、局部模糊、有接縫、圖像視角受限以及時空限制，等等，所以全景制作技術還需深入研究。

全景圖像拼接技術是將同一場景的具有重疊部分的多幅圖像，經過配準、拼接等一系列處理，融合成一幅包含全部圖像序列信息的高分辨率和大視域的全景圖像的技術[2]。本文描述的720°全景圖像是以黃龍景區為例，選取了具有視覺效果的拍攝點，且使用無人機搭載高清相機，以空中懸停的方式獲取圖像，經后期全景拼接技術，制作出具有360°水平視角和360°垂直視角的720°全方位圖像。結果證明，該技術方便快捷可節省大量時力，在降低成本的同時還增加了場景的清晰度，為瀏覽者提供更全面、真實的三維全景漫游。

1 無人機圖像采集

隨著無人機技術的革新與發展，其在民用領域的使用越來越普及，以無人機攝影獲取圖像，具有高效率、低成本、操作簡單、獲取圖像分辨率高等優點[3]。如圖1，采集圖像是使用大疆Phantom 3 Advanced無人機與DronePan飛行控制軟件協同進行，其軟件參數設置為偏航角45°，俯仰角22.5°，水平拍攝4行，每行8張，垂直拍攝1張，共33張，拍攝前延遲1秒，飛行高度為20-120m。獲取的圖像分辨率為 4000×3000，焦距20mm，為保證圖像后期拼接的精度，圖像重疊率須高于20%。無人機在一地點拍攝完成后需及時導出圖片并分組保存，以防最后因圖片混亂而無法拼接。

圖1 無人機圖像采集

2 720°全景制作技術路線

本技術制作路線流程如圖2：

圖2 720°全景制作技術路線圖

3 720°全景制作關鍵技術

3.1 Lightroom圖像預處理

Lightroom是一款適合處理、編輯、優化及管理大量數字圖像的高效率軟件，具有較強的數字圖像處理功能如污點修復、降噪功能、鏡頭校正等，利于快速整理和完善大量數字圖像[4]。由于獲取圖像時外界光照強度不同或曝光度不同，要將多個畫面融合在一起，勢必會造成同一場景下圖像之間出現局部或整體的亮度差異，拼接后會存在明顯的拼接縫，嚴重影響到全景圖像的融合質量。使用Lightroom軟件對圖像預處理，不僅可以校正圖像的亮度差異使全部圖像達到趨于一致的效果，還可優化潤色圖像，提高圖像的清晰度和自然美觀度，有效解決全景圖像過渡帶亮度不同及視差問題，提高圖像間融合質量。具體步驟如下：

（1）打開Lightroom軟件，導入同組圖像。

（2）修改圖像，點擊“鏡頭校正”，勾選“啟用配置文件校正”和“刪除色差”，然后按照圖像的排列順序分別調整其色溫、色調、曝光度、對比度、高光、陰影、清晰度等，以致同組圖像色調一致且更清晰美觀。如圖3，在修改圖像時可查看其修改前后的對比效果。

（3）修改完成，導出并保存全部圖像。

3.2 PTGui圖像拼接

PTGui是多功能全景制作工具的一個用戶界面，通過為全景制作工具（Panorama Tools）提供可視化界面實現圖像拼接，從而創造出質量較高的全景圖像[5]。使用PTGui制作全景圖像，操作快捷簡便還可增加圖像的清晰度。如圖4，導入圖像后點擊“對準圖像”，可自動配準圖像參數進行圖像拼接和融合輸出為全景圖像。若圖像質量過低或圖像間參照物過少，全景圖像合成效果不佳，可修改或手動添加圖像控制點來提高其對準和拼接的精度。

圖3 Lightroom圖像預處理

圖4 PTGui圖像拼接

3.3 Photoshop圖像修補

Photoshop作為一款圖像處理軟件，在去除圖像斑點瑕疵和修補圖像殘損方面有著較強的優勢，多用于圖像精修和創意合成方面[4]。由于無人機無法拍攝頂部天空，則需使用Photoshop軟件來補充天空部分圖層以達到720°全景圖像拼接，如圖5，操作方法如下：

圖5 Photoshop圖像修補

（1）用Photoshop軟件打開PTGui輸出的全景圖像，然后添加一張適合的全景天空素材并調整其大小及位置，應用該變換。

（2）在天空素材的圖層上添加“蒙版”，選擇“漸變工具”，設置為黑白線性漸變，且從下向上垂直漸變，可避免圖像邊緣相接時出現明顯的狹長縫隙現象。使用“橡皮擦工具”抹除蒙版所遮蓋的非天空部分。

（3）極坐標濾鏡旋轉圖像，檢查修補后的圖像融合效果。如圖6，極坐標旋轉后圖像完全融合無接縫，720°全景圖像拼接完成。

圖6 極坐標全景圖

3.4 720yun全景展示

720°全景拼接完成后，可選用720yun平臺展示成果。720yun全景展示技術較為健全，交互功能強，瀏覽效果佳。其操作流程：打開720yun軟件，導入全景圖像，輸入作品信息，可添加熱點、背景音樂、特效等，最后保存作品分享至云端，以便更多的人瀏覽觀賞。

如圖7，黃龍景區720°全景展示效果圖，瀏覽者足不出戶便實現與景區的漫游和交互，圖像高清真實，猶如身臨其境，其強大的沉浸感更激發出人們實地游覽的欲望，該技術可成為旅游景區推廣的一種創新手法和宣傳工具。

圖7 黃龍景區720yun全景展示

4 結語

隨著現代計算機和虛擬現實技術的應用與發展，以及人們對旅游需求的迅速增加，傳統的平面展示及360°全景漫游已難以滿足人們需求。本文結合景區特點制成720°三維全景漫游，不僅擴大了瀏覽者的視野范圍，還提高了圖像的配準精度和拼接質量，有效避免了全景圖像拼接常出現的扭曲現象。該技術是旅游業與現代科學技術相結合的一種手段，具有一定的先進性、實用性和推廣性，有利于提高旅游業的服務質量和發展水平，景區的規劃管理及空間資源優化配置，促進景區的經濟效益、環境效益和社會效益統一。