720°全景拍摄技术的探索与实践

张成文，邢玉娟，马少斌

(兰州文理学院 数字媒体学院，甘肃 兰州 730010)

0 引言

随着我国环境质量的不断提升，人们的居住条件越来越好，旅游资源更加丰富，更多的人希望将自己看到的美景分享给亲朋好友.720°全景以其全方位、沉浸式的体验，被许多人喜欢.

720°全景是指视角在水平方向达到360°，垂直方向达到180°的一种无视角盲点的球面全景[1].概念上强调720°是为了区别于垂直视角小于180°的360°全景.720°全景技术早期在谷歌地图、百度地图等街景[2]中应用，随着互联网的发展，逐渐被推广到旅游[3]、实景展示等领域.

随着VR技术的发展，将720°全景与VR头盔相结合，能给人们一种身临其境的沉浸感和真实感，同时，也出现了基于三维建模技术720°全景[4-5]，通过三维建模技术可以对一些不存在的场景进行虚拟仿真，因此，该技术更多被应用于古迹复原、装修效果呈现等领域.和720°全景拍摄相比，三维建模成本高、开发周期长，不利于对实景的原样呈现.

720°全景与普通照片相比，普通照片突出固定视角的画面主体，强调摄影效果，而全景照片由于采用全方位无视觉盲点拍摄，在全面呈现拍摄点景象的同时，也可以兼顾细节呈现.目前，720°全景技术已经被广泛应用于景区、村落、城市、学校、酒店、建筑、房产、汽车、展览展馆及商业案例等领域.

但是，由于720°全景拍摄技术的专业性，该技术的推广和普及受到限制.因此，本文将从设备选择、拍摄方法及后期合成等方面详细介绍720°全景拍摄技术，希望能起到抛砖引玉的效果，吸引更多的人加入到全景拍摄的队伍中来.

1 设备选择

要进行全景照片拍摄，必须根据需要选择拍摄设备.目前，全景照片拍摄方式主要有两种：一是利用相机+全景云台的方式；二是利用专业全景相机进行拍摄.

1.1 相机+全景云台

这种方式是目前比较普遍的全景拍摄方式，主要是利用相机借助720°全景云台进行拍摄.根据作品像素要求可以分为大像素拍摄和普通拍摄：①大像素拍摄多采用长焦镜头对指定场景进行拍摄，多搭配自动化全景云台，可以拍摄百亿甚至千亿像素全景照片，成本较高；②普通拍摄多采用广角镜头甚至鱼眼镜头，这也是目前比较流行的方式.根据相机种类将拍摄可分为单反及微单相机拍摄和手机拍摄两种：①单反及微单相机拍摄比较专业，相片质量高，层次感强，适合虚拟旅游、商业推广等场景；②手机拍摄比较轻巧便捷，适合个人旅行分享.根据云台种类分为自动云台拍摄和手动云台拍摄：①自动云台拍摄是利用自动化电子云台控制相机进行拍摄，拍摄便捷；②手动云台则需要人工分角度完成拍摄.

相机+全景云台方式的优势是成像画质优秀，借助全景云台(如曼富图MHPANOVR)，光心控制精准，能够输出很理想的全景照片.它的劣势是拍摄程序复杂，单张全景照片拍摄时间较长，拍摄点记录复杂，后续缝合过程周期较长，对拍摄人员技术要求较高.

1.2 专业全景相机

随着全景拍摄需求的不断增长，出现了很多专业全景相机，可实现一键拍摄全景.国内主要有Insta360影石、沈阳泰科易等公司生产的系列专业全景相机可实现全景照片、全景视频的拍摄，甚至可以实现全景直播.

专业全景相机的优势是：瞬间拍摄全景，高端全景相机成像质量优秀，自动拼接，自动缝合，高效批量处理全景照片，无需专业拍摄人员，获取全景照片成本低廉.它的劣势是高端全景相机价格较高.专业的全景相机解决了单反相机每次只能拍摄一个角度照片的难题.只要选好点，一键完成全景拍摄.但是，相对来说，普通专业全景相机拍摄的照片从色彩和层次感上都比不上单反相机.

2 拍摄方法

2.1 相机+全景云台的拍摄方法

由于专业全景相机可以实现一键拍摄，因此，这里重点介绍基于相机+全景云台的拍摄方法.

采用相机+全景云台拍摄，首先需要将相机通过全景云台固定在三脚架上.其次，要进行相机和云台的校准，这一步很关键，它关系到拍摄的照片后期能否完美拼接.对于相机云台节点的校准主要包括两部分：一是相机镜头的中心点和云台的垂直中心点对齐校准，将相机垂直向下，使云台的旋转中心刚好处于相机的拍摄中心；二是相机在云台的水平位置的校准，选取远近两个垂直参照点，水平旋转相机，使两个参照点在照片中的相对位置保持不变(始终重合).校准完成以后，一般将相机的对焦模式调整到MF即手动对焦，将光圈调至最大，即可拍摄.

拍摄过程中，只需要利用全景平台在垂直方向由上而下不同的水平面上旋转拍摄即可，拍摄角度的选择如图1所示.选取多少个水平面以及在同一水平面上拍摄多少张取决于镜头的视角大小，一般保证相邻两张照片有超过30%的重合区域即可.因此，单场景点采用长焦镜头拍摄照片数量最多，合成全景照片分辨率也最高，但拼接难度较大，后期需要大量的细节处理.采用鱼眼镜头拍摄照片数量少(图2)，合成全景照片的分辨率也较低，拼接难度小，后期处理简单.

图1 拍摄角度示意图

2.2 拍摄注意事项

采用相机+全景云台拍摄模式拍摄全景照片需要注意以下几点.

(1)注意清场，防止人物干扰.由于是按照不同角度顺次拍摄，场景中人员活动会对拍摄造成干扰，尤其是行人.干扰主要表现在后期拼接的照片中同一个人物可能会在照片的不同方位多次出现，拼接图片中出现残缺人影等.

(2)曝光问题.由于全方位采集素材，要注意某些角度照片的曝光调整，防止曝光过度或者曝光不足对后期拼接造成干扰.

(3)保持三脚架、云台稳定.三脚架、云台的不稳定会造成拍摄照片角度偏差，影响后期拼接.

3 后期合成

3.1 全景照片拼接

对于上述按照不同方位采集的照片，通过专业的图像拼接软件将它合成一张全景图.目前用于图像拼接的软件比较多，常用的有PTGui、Photoshop等.

PTGui[6]是一款功能强大的全景图片拼接软件，通过软件提供的可视化界面(如图3所示)可以实现对图像的拼接，从而创造出高质量的全景图像.首先，在PTGui软件导入上面拍摄的分角度图片，通过软件提供的对准图像、蒙版、控制点和创建全景图等功能即可完成全景图的拼接，如图4所示.

图2 采用鱼眼镜头拍摄的素材

图3 PTGui软件界面

图4 PTGui合成的全景图预览

3.2 后期处理

全景图在拍摄及拼接的过程中，会有各种原因导致最终画面具有瑕疵，可以通过Photoshop软件进行后期处理.PTGui软件提供了“转换QTVR/立方体”功能，可以实现将一张全景图切分成立方体6个表面6张图片的形式，也可以实现将立方体6个表面图片合成一张全景图.因此，在Photoshop软件处理的过程中，可以根据不同操作，采用对全景图进行整体调整和转换为立方体表面图片分别调整相结合的方式，能更方便有效地对全景图中存在的不同问题进行处理，比如全景图的色阶、自然饱和度调整就必须进行整体处理，对全景图中的补天、补地、画面细节美化等操作就要转换为立方体表面图片分别处理.

3.3 全景发布及漫游制作

通过拍摄、拼接、后期处理等步骤得到的全景图需要通过专业的平台发布才能让观众浏览.目前全景发布有两种方式：一种是通过专业的全景发布网站进行发布，如720云；另外一种是通过krpano和Pano2VR等工具制作网站对外发布.前者网站会提供专业便捷的全景及漫游制作界面，比较适合全景爱好者通过网络分享作品；后者需要有一定的软件设计基础，适合专业人士进行定制开发.

4 结束语

本文通过设备选择、拍摄方法和后期合成3个模块对全景图的拍摄、拼接及发布进行了全面介绍，希望能对全景爱好者有所帮助.相关技术已经在经色南梁、宕昌官鹅沟、康县美丽乡村等虚拟旅游项目中进行实践，得到了广泛好评.随着5G技术的发展，网络传输速度会进一步提升，相信会有更多的人参与到全景漫游作品的拍摄和分享中来，这也将促进虚拟旅游领域的进一步发展.