720°全景拍攝技術的探索與實踐

張成文，邢玉娟，馬少斌

(蘭州文理學院 數字媒體學院，甘肅 蘭州 730010)

0 引言

隨著我國環境質量的不斷提升，人們的居住條件越來越好，旅游資源更加豐富，更多的人希望將自己看到的美景分享給親朋好友.720°全景以其全方位、沉浸式的體驗，被許多人喜歡.

720°全景是指視角在水平方向達到360°，垂直方向達到180°的一種無視角盲點的球面全景[1].概念上強調720°是為了區別于垂直視角小于180°的360°全景.720°全景技術早期在谷歌地圖、百度地圖等街景[2]中應用，隨著互聯網的發展，逐漸被推廣到旅游[3]、實景展示等領域.

隨著VR技術的發展，將720°全景與VR頭盔相結合，能給人們一種身臨其境的沉浸感和真實感，同時，也出現了基于三維建模技術720°全景[4-5]，通過三維建模技術可以對一些不存在的場景進行虛擬仿真，因此，該技術更多被應用于古跡復原、裝修效果呈現等領域.和720°全景拍攝相比，三維建模成本高、開發周期長，不利于對實景的原樣呈現.

720°全景與普通照片相比，普通照片突出固定視角的畫面主體，強調攝影效果，而全景照片由于采用全方位無視覺盲點拍攝，在全面呈現拍攝點景象的同時，也可以兼顧細節呈現.目前，720°全景技術已經被廣泛應用于景區、村落、城市、學校、酒店、建筑、房產、汽車、展覽展館及商業案例等領域.

但是，由于720°全景拍攝技術的專業性，該技術的推廣和普及受到限制.因此，本文將從設備選擇、拍攝方法及后期合成等方面詳細介紹720°全景拍攝技術，希望能起到拋磚引玉的效果，吸引更多的人加入到全景拍攝的隊伍中來.

1 設備選擇

要進行全景照片拍攝，必須根據需要選擇拍攝設備.目前，全景照片拍攝方式主要有兩種：一是利用相機+全景云臺的方式；二是利用專業全景相機進行拍攝.

1.1 相機+全景云臺

這種方式是目前比較普遍的全景拍攝方式，主要是利用相機借助720°全景云臺進行拍攝.根據作品像素要求可以分為大像素拍攝和普通拍攝：①大像素拍攝多采用長焦鏡頭對指定場景進行拍攝，多搭配自動化全景云臺，可以拍攝百億甚至千億像素全景照片，成本較高；②普通拍攝多采用廣角鏡頭甚至魚眼鏡頭，這也是目前比較流行的方式.根據相機種類將拍攝可分為單反及微單相機拍攝和手機拍攝兩種：①單反及微單相機拍攝比較專業，相片質量高，層次感強，適合虛擬旅游、商業推廣等場景；②手機拍攝比較輕巧便捷，適合個人旅行分享.根據云臺種類分為自動云臺拍攝和手動云臺拍攝：①自動云臺拍攝是利用自動化電子云臺控制相機進行拍攝，拍攝便捷；②手動云臺則需要人工分角度完成拍攝.

相機+全景云臺方式的優勢是成像畫質優秀，借助全景云臺(如曼富圖MHPANOVR)，光心控制精準，能夠輸出很理想的全景照片.它的劣勢是拍攝程序復雜，單張全景照片拍攝時間較長，拍攝點記錄復雜，后續縫合過程周期較長，對拍攝人員技術要求較高.

1.2 專業全景相機

隨著全景拍攝需求的不斷增長，出現了很多專業全景相機，可實現一鍵拍攝全景.國內主要有Insta360影石、沈陽泰科易等公司生產的系列專業全景相機可實現全景照片、全景視頻的拍攝，甚至可以實現全景直播.

專業全景相機的優勢是：瞬間拍攝全景，高端全景相機成像質量優秀，自動拼接，自動縫合，高效批量處理全景照片，無需專業拍攝人員，獲取全景照片成本低廉.它的劣勢是高端全景相機價格較高.專業的全景相機解決了單反相機每次只能拍攝一個角度照片的難題.只要選好點，一鍵完成全景拍攝.但是，相對來說，普通專業全景相機拍攝的照片從色彩和層次感上都比不上單反相機.

2 拍攝方法

2.1 相機+全景云臺的拍攝方法

由于專業全景相機可以實現一鍵拍攝，因此，這里重點介紹基于相機+全景云臺的拍攝方法.

采用相機+全景云臺拍攝，首先需要將相機通過全景云臺固定在三腳架上.其次，要進行相機和云臺的校準，這一步很關鍵，它關系到拍攝的照片后期能否完美拼接.對于相機云臺節點的校準主要包括兩部分：一是相機鏡頭的中心點和云臺的垂直中心點對齊校準，將相機垂直向下，使云臺的旋轉中心剛好處于相機的拍攝中心；二是相機在云臺的水平位置的校準，選取遠近兩個垂直參照點，水平旋轉相機，使兩個參照點在照片中的相對位置保持不變(始終重合).校準完成以后，一般將相機的對焦模式調整到MF即手動對焦，將光圈調至最大，即可拍攝.

拍攝過程中，只需要利用全景平臺在垂直方向由上而下不同的水平面上旋轉拍攝即可，拍攝角度的選擇如圖1所示.選取多少個水平面以及在同一水平面上拍攝多少張取決于鏡頭的視角大小，一般保證相鄰兩張照片有超過30%的重合區域即可.因此，單場景點采用長焦鏡頭拍攝照片數量最多，合成全景照片分辨率也最高，但拼接難度較大，后期需要大量的細節處理.采用魚眼鏡頭拍攝照片數量少(圖2)，合成全景照片的分辨率也較低，拼接難度小，后期處理簡單.

圖1 拍攝角度示意圖

2.2 拍攝注意事項

采用相機+全景云臺拍攝模式拍攝全景照片需要注意以下幾點.

(1)注意清場，防止人物干擾.由于是按照不同角度順次拍攝，場景中人員活動會對拍攝造成干擾，尤其是行人.干擾主要表現在后期拼接的照片中同一個人物可能會在照片的不同方位多次出現，拼接圖片中出現殘缺人影等.

(2)曝光問題.由于全方位采集素材，要注意某些角度照片的曝光調整，防止曝光過度或者曝光不足對后期拼接造成干擾.

(3)保持三腳架、云臺穩定.三腳架、云臺的不穩定會造成拍攝照片角度偏差，影響后期拼接.

3 后期合成

3.1 全景照片拼接

對于上述按照不同方位采集的照片，通過專業的圖像拼接軟件將它合成一張全景圖.目前用于圖像拼接的軟件比較多，常用的有PTGui、Photoshop等.

PTGui[6]是一款功能強大的全景圖片拼接軟件，通過軟件提供的可視化界面(如圖3所示)可以實現對圖像的拼接，從而創造出高質量的全景圖像.首先，在PTGui軟件導入上面拍攝的分角度圖片，通過軟件提供的對準圖像、蒙版、控制點和創建全景圖等功能即可完成全景圖的拼接，如圖4所示.

圖2 采用魚眼鏡頭拍攝的素材

圖3 PTGui軟件界面

圖4 PTGui合成的全景圖預覽

3.2 后期處理

全景圖在拍攝及拼接的過程中，會有各種原因導致最終畫面具有瑕疵，可以通過Photoshop軟件進行后期處理.PTGui軟件提供了“轉換QTVR/立方體”功能，可以實現將一張全景圖切分成立方體6個表面6張圖片的形式，也可以實現將立方體6個表面圖片合成一張全景圖.因此，在Photoshop軟件處理的過程中，可以根據不同操作，采用對全景圖進行整體調整和轉換為立方體表面圖片分別調整相結合的方式，能更方便有效地對全景圖中存在的不同問題進行處理，比如全景圖的色階、自然飽和度調整就必須進行整體處理，對全景圖中的補天、補地、畫面細節美化等操作就要轉換為立方體表面圖片分別處理.

3.3 全景發布及漫游制作

通過拍攝、拼接、后期處理等步驟得到的全景圖需要通過專業的平臺發布才能讓觀眾瀏覽.目前全景發布有兩種方式：一種是通過專業的全景發布網站進行發布，如720云；另外一種是通過krpano和Pano2VR等工具制作網站對外發布.前者網站會提供專業便捷的全景及漫游制作界面，比較適合全景愛好者通過網絡分享作品；后者需要有一定的軟件設計基礎，適合專業人士進行定制開發.

4 結束語

本文通過設備選擇、拍攝方法和后期合成3個模塊對全景圖的拍攝、拼接及發布進行了全面介紹，希望能對全景愛好者有所幫助.相關技術已經在經色南梁、宕昌官鵝溝、康縣美麗鄉村等虛擬旅游項目中進行實踐，得到了廣泛好評.隨著5G技術的發展，網絡傳輸速度會進一步提升，相信會有更多的人參與到全景漫游作品的拍攝和分享中來，這也將促進虛擬旅游領域的進一步發展.