本文刊發(fā)于《現(xiàn)代電影技術(shù)》2024年第2期

專家點(diǎn)評(píng)

伴隨影像拍攝、制作、顯示技術(shù)的快速進(jìn)步和不斷迭代更新，市場(chǎng)對(duì)高畫質(zhì)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）影像內(nèi)容和高畫質(zhì)球幕劇場(chǎng)內(nèi)容的需求與日俱增，特別是位于美國(guó)拉斯維加斯的MSG Sphere超級(jí)球幕劇場(chǎng)（LED屏）的出現(xiàn)，將會(huì)進(jìn)一步帶動(dòng)和引發(fā)新一輪高畫質(zhì)全景影像相關(guān)內(nèi)容的創(chuàng)作、制作爆發(fā)式增長(zhǎng)。但是眾多全景影像相關(guān)的內(nèi)容創(chuàng)作當(dāng)中，猶以自然界（如星空等）低照度環(huán)境下的高畫質(zhì)拍攝最為困難，同時(shí)其影像內(nèi)容也最為直觀震撼、大氣磅礴，引人入勝。過去，有過單相機(jī)旋轉(zhuǎn)拍攝和多相機(jī)組合拍攝等方案，但受到多種技術(shù)因素影響（包括便攜性等），拍攝的最終畫面難以滿足今天的高畫質(zhì)技術(shù)要求。《低光照環(huán)境下全景拍攝系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》一文針對(duì)低光照環(huán)境下全景拍攝的實(shí)際需求和最終影片所面向的終端市場(chǎng)，設(shè)計(jì)了一種既能滿足低光照環(huán)境下高畫質(zhì)拍攝需求，又能滿足便攜性和易操作性的全景拍攝系統(tǒng)。不僅如此，作者還采用此系統(tǒng)測(cè)試、拍攝制作了低光照環(huán)境下的全景影像內(nèi)容，并用于VR頭顯設(shè)備和球幕劇場(chǎng)展示，確保了該系統(tǒng)的實(shí)際可用。綜合以上，本文及其介紹的低光照環(huán)境下全景拍攝系統(tǒng)，對(duì)行業(yè)內(nèi)拍攝制作全景影像內(nèi)容具有重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

——宋強(qiáng)

正高級(jí)工程師

中國(guó)電影科學(xué)技術(shù)研究所（中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)所）

影像制作技術(shù)研究處副處長(zhǎng)

作 者 簡(jiǎn) 介

韓　敘

韓敘（1987-），男，碩士，北京天文館高級(jí)工程師，主要研究方向：沉浸式內(nèi)容制作。

宋宇瑩（1978-），男，碩士，北京天文館研究員，主要研究方向：沉浸式內(nèi)容創(chuàng)作。

宋宇瑩

摘要

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的發(fā)展，全景影像制作需求不斷提升。針對(duì)目前主流全景影像制作方案在低光照環(huán)境下存在的問題，本文設(shè)計(jì)了一套全景拍攝系統(tǒng)，通過全景云臺(tái)連接四個(gè)全畫幅相機(jī)，有效提升畫質(zhì)，改善圖像在拍攝、拼接中的視差現(xiàn)象，完成了從前期拍攝到后期處理的全流程解決方案。本系統(tǒng)易于拆裝、方便擴(kuò)展、便于攜帶，適用于多種低光照環(huán)境下的拍攝場(chǎng)景需求，所制作的全景影像已應(yīng)用于VR設(shè)備及球幕劇場(chǎng)中，使用效果良好。該系統(tǒng)為低光照環(huán)境下全景拍攝提供了一種設(shè)計(jì)思路，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞

低光照環(huán)境；全景拍攝系統(tǒng)；全景云臺(tái)；虛擬現(xiàn)實(shí)；全景影像

1引言

近年來，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality, VR）技術(shù)的提升和相關(guān)設(shè)備不斷普及，用戶在VR中能體驗(yàn)到超大的視野范圍，仿佛置身其中，極具真實(shí)感、沉浸感和可交互性[1][2]。當(dāng)前，在VR設(shè)備中播放全景影像是最簡(jiǎn)單、最直接的展示方式[3]。全景影像是定義在包含360°×180°視野范圍的球面上，能夠全覆蓋用戶觀看所有視角的圖像，我們將其投影到2D平面，多以等距柱狀投影方式展示[4]。全景影像應(yīng)用廣泛，除了在VR設(shè)備中，還可以通過變形在球幕劇場(chǎng)里、在主流視頻播放平臺(tái)上直接觀看，因此，制作全景影像的需求量不斷提升。

目前市場(chǎng)上有多種全景拍攝方案可以得到全景影像，按拍攝相機(jī)數(shù)量的多少，可以分為兩類：一種是單相機(jī)旋轉(zhuǎn)拍攝方案，另一種是多相機(jī)組合拍攝方案。單相機(jī)方案由一臺(tái)相機(jī)配合全景旋轉(zhuǎn)云臺(tái)使用，每次旋轉(zhuǎn)一周拍攝若干張圖像拼接獲得一張全景圖像，既可以使用諸如大疆靈眸Osmo[5]等云臺(tái)產(chǎn)品配合手機(jī)拍攝，也可以使用如曼富圖MHPANOVR[6]等全景云臺(tái)配合全畫幅相機(jī)使用。該方案可有效避免圖片之間視差現(xiàn)象的存在，雖然操作步驟相對(duì)復(fù)雜，但是更換相機(jī)鏡頭便捷，靈活性高，并可以獲得較高質(zhì)量的全景圖像。多相機(jī)方案通過多個(gè)朝向不同方位的攝像頭同時(shí)拍攝，拼接獲得全景圖像。該方案在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)已有許多成熟產(chǎn)品，如一體式全景拍攝產(chǎn)品影石Insta360 Pro[7]、Kandao Obsidian Pro[8]等，也有Freedom 360全景云臺(tái)配合5個(gè)GoPro HERO運(yùn)動(dòng)相機(jī)[9]的可拆卸方案，他們將多個(gè)小尺寸畫幅運(yùn)動(dòng)相機(jī)組合，方便用戶攜帶。這種全景相機(jī)的方案簡(jiǎn)單易用，可以輸出全景圖像和全景視頻[10]，滿足制作全景影像主要應(yīng)用場(chǎng)景。

低光照（Low?Light）環(huán)境指所拍攝環(huán)境的光照度較低的場(chǎng)景[11]。如表1所示了不同環(huán)境下的光照度參考范圍值，相較于晴天、陰天等正常光照環(huán)境，傍晚、夜間等低光照環(huán)境的光照度大幅下降，尤其在以夜間星空為內(nèi)容主體的拍攝環(huán)境中，避開光污染等干擾下，星光的光照度極低，幾乎趨近于0。光線在攝影成像過程中有著非常基礎(chǔ)性的作用，當(dāng)光照度降低時(shí)，所拍攝的影像會(huì)產(chǎn)生噪點(diǎn)高、顏色失真、對(duì)比度低等圖像退化問題[12]。因此，在低光照環(huán)境下，為了獲得良好的影像質(zhì)量，就需要收集更多的光線，通常在拍攝時(shí)采用增加光通量、延長(zhǎng)曝光時(shí)間、提高設(shè)備感光度等方法[13]。

表1　不同環(huán)境下參考光照度范圍

近年來，隨著天文科普沉浸式電影的發(fā)展，低光照環(huán)境下的全景拍攝需求不斷增多，但相比于街景旅游、文化藝術(shù)[14][15]等正常光照環(huán)境的拍攝，全景拍攝仍屬小眾需求。要想在低光照環(huán)境下獲得高質(zhì)量影像，對(duì)相機(jī)鏡頭的要求很高，目前消費(fèi)級(jí)全景相機(jī)很難兼顧這一領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外鮮有系統(tǒng)的研究論述和應(yīng)用實(shí)踐。因此，本文結(jié)合上述兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，擬設(shè)計(jì)一種使用多個(gè)全畫幅相機(jī)組合拍攝的方案，以滿足低光照環(huán)境下拍攝高質(zhì)量全景影像的需求。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

低光照環(huán)境下，需要使用全畫幅相機(jī)來保障在高感光度下的成像質(zhì)量，但采用單個(gè)相機(jī)環(huán)繞拍攝會(huì)遇到使用場(chǎng)景受限等問題。本文采用通過多個(gè)全畫幅相機(jī)同時(shí)向不同角度拍攝圖像，再通過后期拼接的方法來制作全景圖像。圖像拼接技術(shù)是將一組拍攝于同一場(chǎng)景、不同位置的圖像，通過對(duì)其中重疊區(qū)域進(jìn)行特征匹配、對(duì)齊、投影、融合等操作處理，獲得一張視角范圍更大、分辨率更高的全景圖像的過程[16]。從理論上講，使用多個(gè)相機(jī)組成的全景拍攝系統(tǒng)方案中相機(jī)數(shù)量越多，得到的全景影像分辨率越高，畫質(zhì)越佳，整體效果更好。但隨著相機(jī)數(shù)量增多，也同時(shí)存在諸如多相機(jī)間視差、系統(tǒng)整體靈活性不足、便攜性差等制約性問題。

2.1 多相機(jī)間視差問題

雖然目前圖像拼接技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，可以快速地完成多張圖像的全景拼接工作，但要想完成高質(zhì)量的圖像拼接效果，需要在拍攝多張待拼接圖像時(shí)，使相機(jī)的光學(xué)中心（光心）在同一點(diǎn)上或者無(wú)限接近，因?yàn)檫@樣得到的圖像在重疊區(qū)域沒有深度上的變換，在拼接時(shí)所有圖像幾乎在一個(gè)平面上，拼接效果最好。如果拍攝時(shí)相機(jī)無(wú)法保證圍繞光心點(diǎn)，則不同圖像中的相同物體會(huì)存在位置上的差異，這被稱作視差現(xiàn)象[17]。該現(xiàn)象會(huì)降低圖像特征點(diǎn)識(shí)別匹配、圖像融合等算法的準(zhǔn)確度，導(dǎo)致最終生成的全景圖像在拼接位置出現(xiàn)模糊偽影或扭曲截?cái)嗟惹闆r，進(jìn)而影響全景拼接的效果[18]。

圖1 　兩相機(jī)拍攝產(chǎn)生視差示意圖

如果使用多個(gè)相機(jī)在不同光心位置拍攝同一物體，則會(huì)產(chǎn)生視差現(xiàn)象。圖1所示為兩個(gè)平行的相機(jī)拍攝同一物體的俯視示意圖，其中下方為兩臺(tái)相機(jī)，O1、O2分別對(duì)應(yīng)相機(jī)鏡頭的光心點(diǎn)，兩點(diǎn)之間距離為e。CMOS圖像傳感器是相機(jī)的感光成像處理器，光心到CMOS圖像傳感器的距離為f。P點(diǎn)為被拍攝物體，距離光心連線的垂直距離為z，可見被拍攝物體P點(diǎn)在兩個(gè)相機(jī)CMOS圖像傳感器成像的位置并不相同。若以相機(jī)左側(cè)為成像像素坐標(biāo)原點(diǎn)，則P點(diǎn)在左側(cè)相機(jī)的像素位置為d1，右側(cè)相機(jī)的像素位置為d2，d1與d2的差值為視差△d，各要素間關(guān)系如式（1）所示。

為了能使多個(gè)相機(jī)拍攝同一物體的視差盡可能減小，全景拍攝系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于以下三個(gè)方面考慮：其一，減少多個(gè)相機(jī)鏡頭光心間的距離e，以彼此不被拍攝到為前提，實(shí)際設(shè)計(jì)中的每個(gè)相機(jī)之間距離越近，視差越小；其二，減少光心到CMOS圖像傳感器之間的距離f，即盡量使用焦距較短的魚眼鏡頭或廣角鏡頭進(jìn)行拍攝；其三，被拍攝物體與相機(jī)間距離z的數(shù)值越大越好，即以遠(yuǎn)端物體為拍攝主體，盡可能減少近景物體的拍攝需求。即便如此，多相機(jī)拍攝產(chǎn)生的視差問題仍難以消除，只是減小視差范圍以便通過后期處理等手段彌補(bǔ)。

2.2 系統(tǒng)的靈活性與便攜性

拍攝全景圖像時(shí)，由于可視角度大，一般需找到一個(gè)視野開闊的戶外場(chǎng)景作為拍攝點(diǎn)，通常選擇山頂或一些人跡罕至的區(qū)域完成。在進(jìn)行低光照全景拍攝時(shí)，光線不充足會(huì)使工作環(huán)境更加艱難，需要拍攝系統(tǒng)能在有限的時(shí)間內(nèi)迅速完成搭建并拍攝，因此系統(tǒng)的靈活性和便攜性尤為重要。

雖然更多的相機(jī)數(shù)量可以獲得更好的全景拍攝效果，但是這樣構(gòu)成的拍攝系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量多，復(fù)雜度高。因此，在保證拍攝可以覆蓋全景畫面的前提下，系統(tǒng)需要控制相機(jī)的總數(shù)量。這樣才能使系統(tǒng)使用靈活，安裝與拆卸方便快捷，重量適宜，易于攜帶，大大降低使用者的操作復(fù)雜度，以便更專注于內(nèi)容創(chuàng)作。

3低光照環(huán)境下全景拍攝系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 全景拍攝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

拍攝系統(tǒng)中需要多個(gè)相機(jī)拍攝全景圖像，因此需要優(yōu)先設(shè)計(jì)一個(gè)全景云臺(tái)，連接并固定這些相機(jī)的位置。這樣可以讓拍攝系統(tǒng)中每個(gè)相機(jī)所拍攝的畫面之間既不會(huì)受相互入鏡影響，又能有足夠的重疊區(qū)域用于拼接，并盡可能讓各個(gè)相機(jī)拍攝圖像中視差越小越好。

設(shè)計(jì)全景云臺(tái)的過程中，應(yīng)當(dāng)考慮全景顯示設(shè)備對(duì)影像分辨率、畫質(zhì)的需求，以及感光度高的全畫幅相機(jī)輸出的影像分辨率與鏡頭可視角度等性能參數(shù)，并保留一定的畫面冗余作為每張拍攝影像之間的拼接融合帶，綜合計(jì)算出拍攝全景影像所需的相機(jī)數(shù)量。本文在參考主流VR頭顯設(shè)備和北京天文館球幕劇場(chǎng)現(xiàn)階段對(duì)影像分辨率大小的要求，綜合調(diào)研索尼（Sony）系列全畫幅相機(jī)和佳能（Canon）魚眼鏡頭的性能參數(shù)，計(jì)算得出需至少使用四臺(tái)相機(jī)組合形成拍攝系統(tǒng)，才能獲得高質(zhì)量的全景影像。

因此，本文首先制定了一套可以支持四臺(tái)相機(jī)同時(shí)拍攝的全景云臺(tái)設(shè)計(jì)方案。云臺(tái)分為頂板和立柱兩部分：頂板部分通過螺絲與兔籠、相機(jī)連接并固定拍攝位置；立柱部分用于支撐、理線和與三腳架連接[19]，全景云臺(tái)支架設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2　全景云臺(tái)支架設(shè)計(jì)圖

全景云臺(tái)頂板的底部軸向方向均勻地分布四個(gè)相機(jī)安裝面，每臺(tái)相機(jī)拍攝的軸線相互垂直，保證安裝四臺(tái)相機(jī)后，每臺(tái)相機(jī)拍攝至少四分之一的全景畫面。四臺(tái)相機(jī)交錯(cuò)排列一周，在相互不被拍攝到的前提下，可以減少相機(jī)鏡頭之間的光心距離e，進(jìn)而減少拍攝畫面中的視差△d。相機(jī)通過使用與之配套的快裝板，與每個(gè)相機(jī)安裝面連接固定。每臺(tái)相機(jī)垂直使用，并向上傾斜一定的角度，該傾斜角度與相機(jī)安裝面和水平面的夾角相同。在使用過程中，鏡頭在軸線上也向上傾斜相同的角度，一般傾斜夾角為10°～20°為宜。相機(jī)向上傾斜的設(shè)計(jì)，一方面使每個(gè)相機(jī)所拍攝的畫面在全景畫面頂部重合，為后期拼接融合提供便利；另一方面使全景圖像頂部的畫面避開鏡頭邊緣，減少圖像像差、畸變導(dǎo)致的邊緣畫質(zhì)下降，從而更好地展示星空、銀河等天頂區(qū)域的影像。相機(jī)向上傾斜后，所拍畫面在底部會(huì)有一定缺失，但由于大部分場(chǎng)景下，云臺(tái)底部場(chǎng)景需要三腳架或其他設(shè)備支撐，即使拍攝到底部區(qū)域畫面也無(wú)大礙，因?yàn)榈撞繀^(qū)域無(wú)論是否被拍攝都需要進(jìn)行后期處理。除通過后期軟件對(duì)附近地面進(jìn)行修補(bǔ)、填充外，還可在畫面缺失處添加圖標(biāo)或其他圖案直接覆蓋。綜上所述，相機(jī)向上傾斜既有利于提升頂部畫質(zhì)效果，又可以運(yùn)用較為簡(jiǎn)單的方法解決畫面缺失，從而不影響全景畫面的整體效果。

作為支撐架體，全景云臺(tái)立柱部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便拆卸：向上可通過螺絲與頂板連接配合，支撐多個(gè)相機(jī)；向下可與三腳架等設(shè)備實(shí)現(xiàn)可拆卸連接，控制拍攝高度。立柱內(nèi)徑采用空心設(shè)計(jì)，既能減輕架體重量，也能通過上下留有的開口便捷整理相機(jī)及其他設(shè)備的線纜，此外，立柱配有的不同螺絲口，可以方便安裝擴(kuò)展燈源、收音、監(jiān)看等輔助設(shè)備。

為了保障低光照環(huán)境拍攝的畫質(zhì)效果，所安裝的相機(jī)一般為全畫幅相機(jī)，以確保較高的畫面分辨率、感光度和較強(qiáng)的噪點(diǎn)控制力。目前，噪點(diǎn)控制較好的相機(jī)分辨率相對(duì)較低，但一般也能達(dá)到1200萬(wàn)像素，即圖像短邊大于2500像素。這樣四個(gè)相機(jī)所拍攝圖像在拼接后可以實(shí)現(xiàn)至少8000×4000分辨率的全景圖像或者4000×4000分辨率的魚眼圖像。如使用更高分辨率的相機(jī)將會(huì)得到更高像素的圖像，高質(zhì)量地滿足現(xiàn)有VR設(shè)備或球幕劇場(chǎng)的放映需求。相機(jī)在底部安裝快裝板后，與云臺(tái)頂板通過2-3顆螺絲固定連接，可以實(shí)現(xiàn)快速拆裝，便攜且易用。

由于每個(gè)相機(jī)要拍攝至少四分之一的全景畫面，因此每個(gè)相機(jī)的鏡頭水平視角應(yīng)大于100°。為使相鄰兩張圖像有重疊區(qū)域，保證后期拼接效果，垂直視角需盡可能大于等于180°，從而更多地覆蓋從天頂?shù)降孛娴漠嬅妫@些需求可以通過魚眼鏡頭實(shí)現(xiàn)。我們?cè)跍y(cè)試時(shí)選用焦距段在10mm~12mm的魚眼鏡頭，垂直視角約為180°，畫面效果介于圓形魚眼鏡頭和對(duì)角線魚眼鏡頭之間。一方面較短的焦距可以縮短光心到CMOS圖像傳感器之間的距離，減少多相機(jī)視差范圍；另一方面相比于圓形魚眼鏡頭，該焦距的魚眼鏡頭可以有效利用CMOS畫面，拍攝記錄更多圖像細(xì)節(jié)。

3.2 全景拍攝系統(tǒng)應(yīng)用效果

通過上文所述的全景云臺(tái)，配合全畫幅相機(jī)鏡頭構(gòu)成系統(tǒng)，可以完成低光照環(huán)境下全景拍攝工作。

在實(shí)際應(yīng)用中，使用Canon 8mm~15mm魚眼鏡頭12mm端，能夠覆蓋可視角度約180°×120°的圖像；使用Sony Alpha 7S Ⅱ相機(jī)拍攝，單張圖像分辨率可達(dá)4200×2800。四個(gè)相機(jī)圖像拼接后可以實(shí)現(xiàn)至少8000×4000分辨率的全景圖像，或者4000×4000分辨率的魚眼圖像，滿足高分辨率全景影像需求。相機(jī)向上傾角15°，可以讓天頂部分重疊區(qū)域超過10%，有利于最終拼接效果，也讓天頂區(qū)域的星空離開相機(jī)邊緣，提升該部分的畫面質(zhì)量。直接輸出的全景可視范圍至少可達(dá)360°×165°，經(jīng)過圖像處理后可視范圍可達(dá)360°×180°，能夠更好地滿足VR頭顯設(shè)備或球幕劇場(chǎng)播放內(nèi)容的需求。

使用上述相機(jī)、云臺(tái)為主體組合成的全景拍攝系統(tǒng)（圖3），基本能夠覆蓋低光照環(huán)境下全景拍攝的使用場(chǎng)景：可以拍攝單幀全景圖像展示夜空細(xì)節(jié)；能夠拍攝延時(shí)攝影圖像展現(xiàn)斗轉(zhuǎn)星移；可以拍攝視頻圖像展示轉(zhuǎn)瞬即逝的夜間影像，如流星、空間站等。

圖3　全景系統(tǒng)使用效果圖

全景拍攝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中云臺(tái)支架的頂板與立柱之間、頂板與相應(yīng)的相機(jī)快裝板之間均為可拆卸連接，可以實(shí)現(xiàn)快速拆裝，更便于攜帶，且易于安裝和擴(kuò)展。通過一個(gè)行李箱即可攜帶，即便在低光照戶外環(huán)境下也可快速拆裝使用。

通過全景云臺(tái)拍攝得到的單通道相機(jī)圖像，可以保障畫面水平方向和頂部有較大的重疊區(qū)域，可以使用主流拼接軟件自動(dòng)化完成全景拼接工作，例如全景拼接軟件PTGui、AutoPano或Photoshop軟件中自帶的全景拼接腳本等[19][20]。由于全景云臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)盡可能減少相機(jī)、鏡頭所導(dǎo)致的視差，最終全景圖像的視差才得以可控或通過后期處理消除。比如在全景圖像中，一般分為天頂區(qū)域和地面部分，天頂區(qū)域由于對(duì)焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處，多張圖像之間基本沒有視差，可以使用軟件以此部分為主體尋找控制點(diǎn)進(jìn)行拼接；而地面部分以全景拍攝系統(tǒng)為圓心，越靠近拍攝系統(tǒng)的物體，在畫面中的視差會(huì)越大，對(duì)拼接后的效果有一定影響。但由于系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的視差控制較好，在畫面中影響范圍不大，可以通過后期軟件進(jìn)一步優(yōu)化，因此，多數(shù)情況下可以有效減少或消除地面部分圖像的視差現(xiàn)象。

圖4展示了全景系統(tǒng)所拍攝的單通道圖像及處理后圖像的效果。使用該系統(tǒng)四個(gè)相機(jī)分別拍攝四個(gè)方向的魚眼圖像，每張圖像在水平方向與天頂區(qū)域均有重疊，便于拼接并進(jìn)行后期處理〔圖4（a）〕。使用PTGui軟件拼接并通過Photoshop軟件進(jìn)行底部處理后，得到適用于VR頭顯設(shè)備使用的等距柱狀全景圖像〔圖4（b）〕，也可以根據(jù)需要對(duì)全景圖進(jìn)行圖像投影變換，從而獲得等距圓形魚眼圖像〔圖4（c）〕，滿足數(shù)字球幕劇場(chǎng)的使用需求。

圖4　單相機(jī)拍攝圖像與處理后圖像

4結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)低光照環(huán)境下獲取高質(zhì)量全景影像的難題，設(shè)計(jì)了一套全景拍攝系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用全景云臺(tái)連接四臺(tái)全畫幅相機(jī)，有效減少視差問題，獲得高質(zhì)量全景影像，改善現(xiàn)有全景拍攝方案效果不佳的問題。該系統(tǒng)經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，使用方便，易于拆裝，方便擴(kuò)展，長(zhǎng)期使用具有一定的經(jīng)濟(jì)性。由該系統(tǒng)拍攝制作的全景影像可以較好還原低光照環(huán)境下場(chǎng)景細(xì)節(jié)，圖像顏色豐富，噪點(diǎn)控制力好，目前已應(yīng)用于VR頭顯設(shè)備以及球幕劇場(chǎng)展示。該系統(tǒng)除用于星空、銀河、流星雨等天文攝影領(lǐng)域，還可用于拍攝夜間的山脈、湖泊、河流和其他自然景觀，也可用于拍攝夜間城市遠(yuǎn)景，如城市天際線、建筑群、遠(yuǎn)處標(biāo)志性建筑等，有助于促進(jìn)旅游、文化保護(hù)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展宣傳工作，以獲得可持續(xù)的投資和支持。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案為低光照環(huán)境下遠(yuǎn)景全景影像拍攝提供了一種解決思路。依照目前VR頭顯設(shè)備和球幕劇場(chǎng)對(duì)影像分辨率及畫質(zhì)的需求，以及現(xiàn)有市場(chǎng)上主流全畫幅相機(jī)、鏡頭的性能參數(shù)，綜合考慮系統(tǒng)靈活性、便攜性，有效解決相機(jī)視差等難點(diǎn)，采用四臺(tái)相機(jī)的拍攝方案是相對(duì)較優(yōu)解。隨著對(duì)全景影像畫質(zhì)、分辨率的需求不斷提升，相機(jī)鏡頭的參數(shù)性能不斷增強(qiáng)，未來全景云臺(tái)的樣式和相機(jī)數(shù)量也可隨之調(diào)整，但本方案的整體設(shè)計(jì)思路具有普適性，可以適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)景，為用戶提供高質(zhì)量和可持續(xù)的全景拍攝解決方案。

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【本文項(xiàng)目信息】2023北京市財(cái)政項(xiàng)目“天文館天文觀測(cè)沉浸式體驗(yàn)類課程研發(fā)”（11000023T000002127743）。

主管單位：國(guó)家電影局

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