超長時間延時視頻自動拍攝系統的搭建與應用

延時視頻的拍攝原理

延時視頻拍攝，也稱為縮時攝影（Time-lapse photography），是一種將時間壓縮的攝影技術。其基本原理是在較長的時間內以較低的頻率拍攝一系列照片或視頻幀，然后在后期制作時以正常或較快的速度播放這些圖像，從而將長時間的變化過程壓縮到一個較短的視頻片段中。

以下是延時視頻拍攝的幾個關鍵步驟和原理：

拍攝頻率（間隔）：攝影師會設定一個時間間隔，例如每5秒、每分鐘或每半小時拍攝一張照片。這個間隔取決于想要記錄的過程的速度和最終視頻的時長。

拍攝數量：根據拍攝對象的變化速度和所需的最終視頻長度，攝影師會決定拍攝多少張照片。例如，如果一個花朵開放需要3天，每半小時拍攝一次，那么總共會拍攝288張照片。

后期制作：拍攝完成后，這些照片會被導入到視頻編輯軟件中，按照拍攝的順序和設定的播放速度（通常是每秒24幀或更高）串聯起來，形成視頻。

技術要求：為了確保視頻的平滑和連貫性，拍攝過程中相機的位置、角度和曝光設置需要保持一致。這通常需要使用三腳架、快門線或自動觸發器等輔助設備。

延時視頻的應用范圍

延時視頻的應用范圍非常廣泛，涵蓋了多個領域和場景。以下是一些主要的應用范圍：

自然景觀和城市風光：延時攝影常用于捕捉自然景觀的變化，如季節變換、日出日落、云彩變幻等。城市風光方面，可以記錄城市的發展變化、交通流量、人群動態等。

天文現象：用于記錄星空的變化、星軌、日食、月食等天文事件。

建筑制造：在建筑行業中，延時攝影可以記錄建筑施工的整個過程，從奠基到完工，展示建筑的演變。

生物演變：在生物學研究中，延時攝影可以用來觀察植物生長、花朵開放、細胞分裂、動物孵化、昆蟲變態等生物過程。

藝術創作：藝術家和電影制作人使用延時攝影來創造視覺效果，制作音樂視頻、電影片段等。

什么叫超長時間延時視頻

超長時間延時視頻是指使用延時攝影技術拍攝的視頻，其特點是拍攝時間跨度非常長，可能是幾天、幾周、幾個月，甚至數年。在這種延時攝影中，相機會在設定的時間間隔（如每小時、每天或每周拍攝一次）拍攝一張照片。這些單獨的照片或視頻幀隨后在后期制作中被串聯起來，以較快的速度播放，從而創造出時間壓縮的效果。

超長時間延時視頻通常用于捕捉和展示那些在正常速度下難以觀察到的緩慢變化過程，例如：

建筑項目的建設過程，從地基挖掘到建筑物完工。

自然現象的變化，如冰川融化、山脈侵蝕、植被生長等。

天文事件，如星軌的形成、季節變換、月亮的盈虧變化等。

超長時間延時視頻的難點及解決方法

由于超長時間延時視頻的拍攝周期長，通常需要使用專門的延時攝影相機或設備，這些設備能夠適應各種環境條件，如惡劣天氣、極端溫度等，并且具備長時間穩定運行的能力。

實際案例分析

項目背景、需求及環境。前段時間單位的小伙伴接到了一個紀錄片的拍攝任務，就是記錄當地的一名種糧全國勞模這一季的水稻種植，以此來反映國家重視糧食安全，確保糧食播種面積和產量穩定的決心。小伙伴找到我希望幫助他用間隔延時攝影的方式記錄下禾苗從播種、育苗、插秧、生長到收獲的全過程。

拍攝場地是在這位農民自家的稻田，稻田中央有一根電桿可以用來架設拍攝設備，但是電桿離農戶的屋子距離較遠，且農戶家里也沒有安裝互聯網寬帶，所以需要解決供電和聯網的問題。

拍攝設備和設備選型

拍攝延時視頻的設備通常使用專業的單反或無反相機配合定時快門線（或者相機自帶的間隔拍攝功能）來進行拍攝，這樣能夠保證更高的分辨率和拍攝質量。但是因為環境特殊，要考慮到設備的防水、防盜、供電以及高溫高濕極端環境下的穩定性，使用相機拍攝不太適合。恰好，前段時間購置了一臺ATLI View（深圳市阿力為科技有限公司）生產的ATLI EON延時攝影相機，這是一款主打延時攝影的多功能智能相機，拍攝視角72°，可拍攝1080p高清穩定流暢的視頻及2688*1520高分辨率圖像，并且支持設置單個或多個定時任務。該機器還內置一塊3.7V 2050mAH的鋰電池，同時具有休眠功能。經過實際測試，在間隔15分鐘拍攝一張，每天拍攝白天的8小時的情況下，設備滿電且打開省電模式能夠支持不低于5天的拍攝。不過還是有兩個不足，一是這款設備只能拍攝jpeg而非raw格式的圖片，且分辨率只有2.5K，畫質稍顯不足。不過這次拍攝任務的成片要求僅僅是1080P，設備參數完全能夠滿足；二是設備不防水，但設備尺寸只有54*70*50mm，可以安裝在監控攝像頭外殼中使用就能完美地解決防水問題。

正當我們準備進行采購時，該公司又新推出了一款新產品ATL3000戶外工程延時攝影相機，與ATLI EON相比硬件參數沒有太大變化，但是增加了原裝的防水外殼，達到了IPX64級別，而且內置的鋰電池也從2050mAH增加到了4120mAH，這解決了我們大部分的痛點。除此之外，ATL3000還可以選擇75°或110°視角的鏡頭，這讓我們的拍攝構圖有了更多的變化。最后，根據我們的拍攝需求，我們采購了兩臺ATL3000（75°和110°各一臺），分別安裝在電桿頂部拍攝大片稻田的變化過程和電桿低處拍攝禾苗的生長過程。

數據回傳系統

拍攝設備選好后，就需要考慮素材拷貝的問題了。通常情況下是人工每隔一段時間到拍攝現場拷貝，但是這是一個前后達半年的拍攝任務，就算每周拷貝一次也需要近30次。何況俗話說“設備有價，數據無價”，所以最好的辦法是通過網絡進行實時的數據回傳，拍一張傳一張，同時設備自身的存儲空間還有備份，這樣雙保險就避免了因為設備被盜或者故障造成的素材丟失。

網絡回傳首先要解決網絡問題，雖然拍攝地點沒有有線互聯網寬帶，也沒有多余的資金讓電信等網絡提供商架設專線，但是在4G（5G）手機信號普及的今天，完全可以使用4G（5G）信號提供互聯網信號，而且拍攝任務本身傳輸的是圖片，對實時性沒有要求，網絡帶寬完全能夠滿足；其次拍攝設備的網絡支持能力，恰好ATL3000都具有wifi功能，可以連接wifi熱點。同時，設備還具有FTP功能，即可以使用其內置的FTP客戶端功能向遠端的FTP服務器自動傳輸圖片；也可以在其內部建立一個FTP服務器，遠端通過FTP客戶端獲取圖片，而且這兩種方式可以同時使用，互不沖突；最后，因為4G熱點和互聯網寬帶通常都沒有公網IP地址，這需要使用端口映射或者VPN虛擬專網的方式來保證設備在IP網絡層的互聯互通。

因此我們選擇了上海貝銳生產的X4C 4G路由器和X1 旁路盒子作為組網設備，其中X4C安裝在拍攝現場，通過插在上面的4G手機卡給設備提供wifi信號，并與安裝在遠端的X1通過互聯網組成一個虛擬專網；同時，在遠端的群暉NAS上安裝FTP服務器，該服務器通過貝銳的虛擬專網與ATL3000連通。這樣，ATL3000每拍攝一張照片就會自動的通過FTP協議傳輸到遠端的群暉NAS上，而遠端的群暉NAS也通過磁盤陣列RAID1保證數據的安全備份。同時，遠端與群暉同一網絡的電腦或者手機也可以通過虛擬專網利用瀏覽器或者APP對ATL3000進行設置和監控狀態。

供電系統

此次拍攝預計從4月一直拍到9月，歷時大概半年，僅靠ATL3000內置的鋰電池無法支撐這么久的拍攝，而且X4C也需要供電，所以需要解決供電問題。因為拍攝地連接220V市電難度較大，且存在線路漏電帶來的安全隱患，所以最終決定采用太陽能板加蓄電池的供電方式。

在供電方面，采購了一塊60W的多晶光伏板和30AH的三元鋰電池，同時選擇了光合硅能生產的12v/24v15A wifi版太陽能控制器。通過該控制器的wifi功能，我們也能通過手機APP遠程查看當時的光伏電流、電池電壓以及負載電流等參數，更好地監控供電系統的運行狀態。此外，在供電系統中我們還加裝了直流穩壓模塊來避免蓄電池放電帶來的壓降以及定時開關來節約晚上不拍攝時的電量消耗。

拍攝過程中遇到的問題

在系統安裝好后試運行階段，因為當時遇到接近1個月的陰雨天氣，光伏板無法對蓄電池進行有效的充電，而且也沒有打開定時供電開關并且未對ATL3000進行省電設置，導致系統運行了20多天后因為蓄電池以及相機鋰電池電量耗盡而終止拍攝。而且在天氣放晴后在遠端也無法登錄系統查看情況。到現場通過調取日志發現，天氣放晴后ATL3000已恢復執行拍攝計劃，但估計是因為斷電造成X4C 4G路由器配置丟失，因此無法從遠端獲取相關信息和素材，實際拍攝工作并未受影響。后來在正式運行前打開定時供電開關并對ATL3000進行了省電休眠的設置，加之再未遇到過長時間的陰雨天氣，所以問題就再未出現。

此外，在回傳照片的過程中，偶爾會因為網絡質量的變化造成數據丟包，造成收到的照片有幾張花屏、黑帶或無法打開的情況。不過我們會定期對收到的照片進行檢查，遇到此類情況就通過遠端的FTP客戶端登錄ATL3000的FTP服務器下載對應編號的照片進行替換即可。據統計，在整個拍攝傳輸的10000多張照片中，錯誤率僅為0.2%。

拍攝素材的后期處理

在后期處理的過程中，最大的工作量是在于廢片的處理。所謂廢片就是在下雨、起霧以及雨水滯留在鏡頭上或者鏡頭上有小蟲子爬過時拍攝的照片，需要通過人工進行刪除。廢片處理后，就可以通過PR、FCP或者達·芬奇將照片合成視頻，同時在使用去閃插件去除畫面的閃爍感。當然，也可以通過LR將jpeg的照片轉換為DNG并自動白平衡，再通過LRT的去閃功能進行去閃爍，效果會更好。最后，我們還可以通過AE等合成軟件將視頻閃爍較大的天空以遮罩的形式換成絲滑的云彩流動，盡量降低畫面閃爍帶來的不適感。

項目總結及改進

總的來說，此次超長時間延時視頻自動拍攝系統的搭建和拍攝在技術范疇是成功并可行的，但是在藝術效果范疇卻差強人意，總結了一下，原因有以下幾點：

不適當的題材。本次拍攝的題材是禾苗，但是因為禾苗屬于草本植物，纖細容易被風吹動，所以每張照片中的禾苗對比上一張不僅僅有著向上生長的位移，還有因為風吹而產生的左右擺動的位移，所以我們用于拍攝禾苗生長過程的那臺設備最后生成的視頻表現出來就是每一株禾苗都在瘋狂地擺動；而對于展示大片稻田變化的視頻，我們本意是展現禾苗生長從綠色（禾苗階段）到金黃色（掛穗階段）以及從稀疏到茂密的變化過程，因為每天天氣的變化造成的白平衡不準確，所以整個視頻的色彩還是有一定的跳動，而且禾苗的擺動也給畫面造成了一定的模糊感。

資金環境限制了設備的選型。此次我們選擇ATL3000雖然在硬件功能上滿足我們的要求，但是在影像畫質的具體參數上也只是僅僅能用，無法達到專業的單反/無反相機拍出來的畫質，比如CCD太小、沒有RAW格式、分辨率沒有達到4K等都確定了我們最終視頻的畫質上限。

綜上所述，我們在這里提出以下幾點改進建議：

選擇正確的拍攝題材。對于這類超長時間延時視頻我們建議選擇那種主體較大，不容易產生形變并能夠明顯看出變化過程的題材，如大樓拔地而起、橋梁跨江架設等。若實在需要拍攝諸如本文中的植物生長的延時視頻，要么選擇室內在一個固定不變的燈光環境下拍攝，要么就每隔一段時間拍攝一段短的延時視頻，在后期通過多段延時視頻的交叉疊化來表現色彩以及茂密程度的變化，保證畫面的絲滑。

關于白平衡的處理。這里有一個想法，但是還沒有經過實踐的驗證。我們平時在用攝像機相機拍攝時會用到白平衡色板來校正因環境光色溫變化帶來的色彩偏差。我們可以嘗試在拍攝畫面的邊緣或者角落放置一塊類似色板的純色物體，在后期我們可以讓每張照片通過這塊色板來校正白平衡，達到統一畫面白平衡的目的。

選擇更好的設備和環境。如果在資金、環境、安全等條件允許的情況下，我們盡量選擇專業的單反或無反相機進行拍攝，因為該類設備CCD都比較大，鏡頭的光學成像質量好，支持RAW格式在后期的調整空間大，照片像素高因此生成的視頻分辨率也高，這才能最大限度在拍攝階段保證我們的素材質量。當然，穩定的供電和網絡環境、安全的架設位置也能提高整個系統的穩定性和可用性。

最后，超長時間延時視頻拍攝是一種特殊的延時視頻的拍攝方式。因為其拍攝時間的長度，所以整個拍攝過程的穩定性顯得尤為重要。我們可以通過遠程控制、設備冗余、網絡文件傳輸以及其他技術手段來減少人工干預的過程，讓其能夠自動無誤地拍攝出我們想要的視頻。

（作者單位：重慶市長壽區融媒體中心）