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12月16日-18日的江南水乡乌镇,缭绕着些许雾气有些湿冷。往年此时正是旅游的淡季,回归宁静的小镇居民终于可以扯着闲话、咂么着当地的土茶、打着牌,享受生活的悠闲。但今年这种宁静被来自全球五大洲、120多个国家和地区的2,000多名来宾打破了,因为第二届世界互联网大会在此举行。这些互联网大佬们汇聚在一起,通过10场论坛、22个议题,就“互联互通、共享共治、共建网络空间命运共同体”展开头脑风暴,进一步凝聚共识。
这次为期三天的大会,还吸引了近800名媒体记者,除了奔赴现场采访,并首次采用了全景摄像机进行拍摄报道,使得未能在现场的人们首次可以通过网络观看到360°全景视频直播或点播,共享乌镇时间。全景方式给了人们极大的新奇体验,使得观众仿佛置身会议现场,只需拖动鼠标或者触摸屏幕,就可看到会场四周的全面场景,真正实现了“想看哪里点哪里,”再也不用受传统摄像机“你拍哪我看哪”的气了。
全景是什么?
要想清楚的说明全景是什么?举一个大家都熟悉的例子是最直观的。现在请打开手机百度地图,查看地图右上部分的几个图标,找到其中一个标有“全景”文字的放大镜图形按钮点击,此时地图坐标点上面会出现“查看全景”的图形,点击进入,所在地点街道全景图像就会显现出来,这个图像可以实现水平方向360°及垂直方向290°的查看,让使用者能清楚地检视所选地街道不同位置及其两旁的景物,此外你还可以按照箭头指示的方向前进或后退变换场景查看。
利用这个全景直观影像,使用者可更容易找到查询地点,大大节省了时间提高了效率。
全景地图这项服务百度不是首创,而是由谷歌于2007年5月30日首先推出的,谷歌把它命名为“街景”(Google Maps Street View),此是迄今为止谷歌推出的最好的产品之一。“街景”显示的图像是由一些经过特别改装的拍摄车来实景拍摄的。每辆拍摄车都装有9个360°全景定向相机,高度约2.5米,另外还配有全球定位仪和三台激光测距仪用来扫描车头前180°范围、50米内的物体。如今谷歌“街景”不仅覆盖了美国,还扩展至本土以外的很多国家。
2014年2月,谷歌把全景技术进一步延伸,将拍摄车开入了世界各大顶级美术馆和博物馆,将其完整、高清地拍摄下来并展示给互联网上的参观者们。用户只要登录googleartproject.com,就可以近乎身临其境地置身于世界各大美术馆和博物馆之中。谷歌将此服务命名为“谷歌艺术计划”。目前首批与谷歌达成合作协议的共有包括纽约现代艺术博物馆、纽约大都会美术馆、伦敦国家美术馆、法国凡尔赛宫等全球17家顶级艺术机构。
在谷歌的带动下,全景的应用越来越广泛,不仅百度地图、城市吧、腾讯soso地图,不少旅游业、新闻机构、娱乐业、建筑业、商品的广告与推销也都出现了全景的影子。本刊举办的“2015信息化视听行业高峰论坛暨2015年行业年度榜发布典礼”也首次采用了全景纪录的方式,有兴趣的朋友可以访问依马狮视听网的高峰论坛/年度榜单页面欣赏体验效果 。全景摄影给人一种前所未有的浏览体验,让你足不出户就能身临其境地感受到现场的环境。全景摄影其实是利用多个相机环拍所得的一组照片,再通过专业软件无缝处理拼接所得的一张全景图像,然后采用flash技术制作为swf格式的图像。它不需要单独下载插件,一个小小的Java程序,自动下载后就可以在网上观看全景照片。该图像可以用鼠标随意上下、左右、前后拖动观看,亦可以通过鼠标滚轮放大、缩小场景。图像内部可安放热点,点击可以实现场景的来回切换。除此之外还可以插入语音解说、图片及文字说明。经过发展全景摄影从最初简单的柱形全景,发展到球形全景、对象全景。
全景摄影与现有方式相比是一种性价比极高的虚拟现实解决方案。它用真实的照片来得到三维立体的感觉,这是一般图片和三维建模都无法达到的。虽然全景摄影和一般图片都可以起到展示和记录的作用,但是一般图片的视角范围有限,也毫无立体感,而全景摄影不但有360°的视角,更可以带来三维立体的感觉,让观察者能够沉浸其中。三维建模的立体感和沉浸感无疑比全景摄影更强,但是三维建模的制作是需要大量的人力物力,特别是希望达到非常真实的程度时,而全景的拍摄和制作相对来说都是非常简单方便的,尤其是数据量很小,系统要求低,适合各种方式,各种终端设备上观看。
全景摄像
与全景摄影相比,全景摄像发展慢了不少。虽然只是一字之差,但差别还是比较大的,前者是采用照相机,拍出的是照片,后者使用的是摄像机,拍出是视频。我们知道,视频承载的信息量更为丰富和全面,但与照片相比数据量大了成百上千倍,形成全景影像时的技术要求也是高出很多,同时传输存贮的费用不低,综合成本还是很高的。但由于全景摄像可以实现一个较大场景的全角度拍摄,获得更大的信息量,同时给人以不一样的视觉感受,因此人们对此还是充满兴趣的。这些年安防越来越强调实现全局监控和全程监视,以往覆盖一个区域需要多台普通摄像机,现在一台全景摄像机就够了。除了减少了摄像机数量,全景摄像机还解决了普通摄像机多方位监控时画面不连贯的问题,也令监控人员的作业更加方便。而且全景摄像机具有最高可达360°的拍摄角度,能全面捕捉场景,避免死角产生,并顺利达到耗电量低、布线简单、隐密性高与施工维护费用低廉等目的。目前不少厂商都推出了全景摄像机,产品形态主要分为单鱼眼镜头式、多镜头式两种。
单鱼眼镜头式:采用枪型摄像机或半球型摄像机加鱼眼镜头的形式,这也是实现全景监控的一种最简单且最经济的方式。使用鱼眼镜头的全景摄像机,其成像原理与普通摄像机不一样,图像边缘往往会形成一个凸出、变形的画面,所以要比普通摄像机更容易使图像扭曲或失真,影响成像质量。所以如何矫正、还原图像,看清图像中的监控物体,就是全景摄像机最重要的问题。理论上,有两种方式能矫正鱼眼镜头成像失真的问题,一种是由后端平台进行信息处理、还原成像;另一种则是在摄像机内置软件直接矫正,然后再传输到监测后端。一般而言,比较推荐使用后者解决鱼眼镜头失真的问题,这样一来,可以舒缓网络传输宽带和后端存储的压力,提高了监控运行的效率。 多镜头式:这类产品由多个传感器配合特制镜头组合实现全景功能,这类多镜头拼接全景摄像机因为各个传感器得到的都是常规矩形图像,故而不需要进行矫正操作,但相应的需要另一套可实现画面无缝拼接的算法软件,并且其对整套方案需求较高,亦即对镜头视场角与安装位置的设定都有严格要求。又因为硬件上采用多镜头多传感器,故此类产品难以进行成本控制,售价普遍高于鱼眼全景摄像机。但相较占主流的鱼眼全景摄像机,其优势也很明显,就是少了鱼眼全景摄像机带来的鱼眼畸变的困扰,不会存在中间与边缘清晰度差距巨大这一问题,在一定程度上摆脱了焦距和像素的限制,在相同条件下可以看清楚更远的距离。
一般来讲,判断一款全景摄像机性能是否优良主要有两点:一,有效覆盖的视场角有多大,能看清的场景有多全;二,看到场景中像素点的清晰度有多少。全景摄像机相对于普通摄像机而言一个很大的优势在于其超大的监控范围,然而从分辨率密度上来考虑,同样像素的摄像机在监控更大的区域时会导致像素的分散和退化。这是由于监控范围很大,在与传统监控镜头共用大小相同的成像芯片上,就需要接收数倍的图像信息,这就造成画面分辨率的下降,因此高分辨率成像器件的选取十分重要。高像素成像器件的选取不仅是Sensor的选取,ISP的处理、编码以及与网络相应的配合都很重要,并且在相应的结构、工艺等要求上,都要严格把控。此外镜头优劣也会大幅影响监控图像的质量,好的镜头可达到高清、甚至4K、千万像素以上,而帧速越高,也越能看清楚监控目标的移动过程与细节动作。
产品用途多样化
如今距离第一款全景摄像机正式推出市场已有大约8年多的时间。前些年因其高昂的价格、复杂的图像处理技术以及图像校正后的低分辨率等因素的限制,全景摄像机并没能像其他普通摄像机那样普及,但近两年随着技术功能日趋完善、成本逐渐下降,发展速度明显加快,厂商的产品也不断推陈出新。如在今年2015安博会上,海康威视推出了“ALL IN ONE”一体化概念设计的1,600万像素的360°全景“鹰眼”,外观设计非常独特,它是由8个固定在水平不同方向的高清摄像头+高速球组成特殊的监控结构,可同时兼顾全景和特写细节画面,可支持检测直径300米以上范围内运动目标,可同时检测60个目标。安装也十分简单,仅需一根网线和一个电源。
同样在安博会上,华为也展示了最新研制的立体全景摄像机,这是一个白色球形设备,上面分布着41个摄像头,每个摄像头是200万的像素,所拍摄的画面进行拼接获得一个全景的图像。工作人员表示,这种技术方案可以让拍摄画面更为立体逼真,主要适用于广场、球场等大型户外场所。昔日的手机霸主——诺基亚2015夏天也耐不住寂寞发布了一款名为OZO的设备。OZO装备了多达8个同步摄像头以及8个麦克风,可拍摄立体三维视频、音频,主要面向好莱坞、娱乐、广告等产业拍摄虚拟现实影片所用。EyeSee 360公司的360°全景摄像机360fly,体积小巧,可以很方便地固定在头盔上,并且可以应用安装于手机上的客户端,很方便的用滑动的方式随意调整视角。不仅如此,360fly还支持50米防水,非常适合极限运动爱好者们。
从以上可以看出,除了产品更加多样化,在用途方面,全景摄像也开始多方面延伸。如为了解决倒车影像系统不能全面照顾周围视角的问题,有些厂家开发出了全景摄像头。全景摄像头在车头、车尾、左右后视镜下加装了四个摄像头。这些图像数据会先被回传给图像处理单元。在图像处理单元中,电脑将对它们进行变形、拼接处理,从而形成一张从车顶鸟瞰的俯视图。这样独特的视角可以很好地帮助缺乏“车感”的驾驶员去理解自己的走向和位置。如果怕鸟瞰图会影响对细节的观察,还可以通过切换画面在显示器中选择其他方向独立的视图。这就保障了在倒车时可以兼顾多个方向的情况,再辅以雷达测距,倒车入位的难度大大降低。在电影方面,全景也开始探出触角,美国一部名为《Help》微电影,在制作过程中,导演Justin Lin首次采用了谷歌ATAP团队DIY的360°电影摄影机——4台Red EPIC摄像机搭配佳能广角镜头组合而成的全景摄像机,外加一个远程控制的机器人手臂,对电影《Help》进行全程拍摄。不同于传统电影的拍摄视角,《Help》呈现出的拍摄视角是360°的,观众可以随意调转画面,观看其他方向的电影场景。
研究表明,人类获取的信息80%来自于视觉,因此在关于视觉方面的技术创新和突破也是格外的多,如从标清、高清到2K,从灯泡、LED到激光,无不围绕视觉来展开,随着全景应用的深入,必将让我们的信息获取更加便利,视角扩展宽广。
这次为期三天的大会,还吸引了近800名媒体记者,除了奔赴现场采访,并首次采用了全景摄像机进行拍摄报道,使得未能在现场的人们首次可以通过网络观看到360°全景视频直播或点播,共享乌镇时间。全景方式给了人们极大的新奇体验,使得观众仿佛置身会议现场,只需拖动鼠标或者触摸屏幕,就可看到会场四周的全面场景,真正实现了“想看哪里点哪里,”再也不用受传统摄像机“你拍哪我看哪”的气了。
全景是什么?
要想清楚的说明全景是什么?举一个大家都熟悉的例子是最直观的。现在请打开手机百度地图,查看地图右上部分的几个图标,找到其中一个标有“全景”文字的放大镜图形按钮点击,此时地图坐标点上面会出现“查看全景”的图形,点击进入,所在地点街道全景图像就会显现出来,这个图像可以实现水平方向360°及垂直方向290°的查看,让使用者能清楚地检视所选地街道不同位置及其两旁的景物,此外你还可以按照箭头指示的方向前进或后退变换场景查看。
利用这个全景直观影像,使用者可更容易找到查询地点,大大节省了时间提高了效率。
全景地图这项服务百度不是首创,而是由谷歌于2007年5月30日首先推出的,谷歌把它命名为“街景”(Google Maps Street View),此是迄今为止谷歌推出的最好的产品之一。“街景”显示的图像是由一些经过特别改装的拍摄车来实景拍摄的。每辆拍摄车都装有9个360°全景定向相机,高度约2.5米,另外还配有全球定位仪和三台激光测距仪用来扫描车头前180°范围、50米内的物体。如今谷歌“街景”不仅覆盖了美国,还扩展至本土以外的很多国家。
2014年2月,谷歌把全景技术进一步延伸,将拍摄车开入了世界各大顶级美术馆和博物馆,将其完整、高清地拍摄下来并展示给互联网上的参观者们。用户只要登录googleartproject.com,就可以近乎身临其境地置身于世界各大美术馆和博物馆之中。谷歌将此服务命名为“谷歌艺术计划”。目前首批与谷歌达成合作协议的共有包括纽约现代艺术博物馆、纽约大都会美术馆、伦敦国家美术馆、法国凡尔赛宫等全球17家顶级艺术机构。
在谷歌的带动下,全景的应用越来越广泛,不仅百度地图、城市吧、腾讯soso地图,不少旅游业、新闻机构、娱乐业、建筑业、商品的广告与推销也都出现了全景的影子。本刊举办的“2015信息化视听行业高峰论坛暨2015年行业年度榜发布典礼”也首次采用了全景纪录的方式,有兴趣的朋友可以访问依马狮视听网的高峰论坛/年度榜单页面欣赏体验效果 。全景摄影给人一种前所未有的浏览体验,让你足不出户就能身临其境地感受到现场的环境。全景摄影其实是利用多个相机环拍所得的一组照片,再通过专业软件无缝处理拼接所得的一张全景图像,然后采用flash技术制作为swf格式的图像。它不需要单独下载插件,一个小小的Java程序,自动下载后就可以在网上观看全景照片。该图像可以用鼠标随意上下、左右、前后拖动观看,亦可以通过鼠标滚轮放大、缩小场景。图像内部可安放热点,点击可以实现场景的来回切换。除此之外还可以插入语音解说、图片及文字说明。经过发展全景摄影从最初简单的柱形全景,发展到球形全景、对象全景。
全景摄影与现有方式相比是一种性价比极高的虚拟现实解决方案。它用真实的照片来得到三维立体的感觉,这是一般图片和三维建模都无法达到的。虽然全景摄影和一般图片都可以起到展示和记录的作用,但是一般图片的视角范围有限,也毫无立体感,而全景摄影不但有360°的视角,更可以带来三维立体的感觉,让观察者能够沉浸其中。三维建模的立体感和沉浸感无疑比全景摄影更强,但是三维建模的制作是需要大量的人力物力,特别是希望达到非常真实的程度时,而全景的拍摄和制作相对来说都是非常简单方便的,尤其是数据量很小,系统要求低,适合各种方式,各种终端设备上观看。
全景摄像
与全景摄影相比,全景摄像发展慢了不少。虽然只是一字之差,但差别还是比较大的,前者是采用照相机,拍出的是照片,后者使用的是摄像机,拍出是视频。我们知道,视频承载的信息量更为丰富和全面,但与照片相比数据量大了成百上千倍,形成全景影像时的技术要求也是高出很多,同时传输存贮的费用不低,综合成本还是很高的。但由于全景摄像可以实现一个较大场景的全角度拍摄,获得更大的信息量,同时给人以不一样的视觉感受,因此人们对此还是充满兴趣的。这些年安防越来越强调实现全局监控和全程监视,以往覆盖一个区域需要多台普通摄像机,现在一台全景摄像机就够了。除了减少了摄像机数量,全景摄像机还解决了普通摄像机多方位监控时画面不连贯的问题,也令监控人员的作业更加方便。而且全景摄像机具有最高可达360°的拍摄角度,能全面捕捉场景,避免死角产生,并顺利达到耗电量低、布线简单、隐密性高与施工维护费用低廉等目的。目前不少厂商都推出了全景摄像机,产品形态主要分为单鱼眼镜头式、多镜头式两种。
单鱼眼镜头式:采用枪型摄像机或半球型摄像机加鱼眼镜头的形式,这也是实现全景监控的一种最简单且最经济的方式。使用鱼眼镜头的全景摄像机,其成像原理与普通摄像机不一样,图像边缘往往会形成一个凸出、变形的画面,所以要比普通摄像机更容易使图像扭曲或失真,影响成像质量。所以如何矫正、还原图像,看清图像中的监控物体,就是全景摄像机最重要的问题。理论上,有两种方式能矫正鱼眼镜头成像失真的问题,一种是由后端平台进行信息处理、还原成像;另一种则是在摄像机内置软件直接矫正,然后再传输到监测后端。一般而言,比较推荐使用后者解决鱼眼镜头失真的问题,这样一来,可以舒缓网络传输宽带和后端存储的压力,提高了监控运行的效率。 多镜头式:这类产品由多个传感器配合特制镜头组合实现全景功能,这类多镜头拼接全景摄像机因为各个传感器得到的都是常规矩形图像,故而不需要进行矫正操作,但相应的需要另一套可实现画面无缝拼接的算法软件,并且其对整套方案需求较高,亦即对镜头视场角与安装位置的设定都有严格要求。又因为硬件上采用多镜头多传感器,故此类产品难以进行成本控制,售价普遍高于鱼眼全景摄像机。但相较占主流的鱼眼全景摄像机,其优势也很明显,就是少了鱼眼全景摄像机带来的鱼眼畸变的困扰,不会存在中间与边缘清晰度差距巨大这一问题,在一定程度上摆脱了焦距和像素的限制,在相同条件下可以看清楚更远的距离。
一般来讲,判断一款全景摄像机性能是否优良主要有两点:一,有效覆盖的视场角有多大,能看清的场景有多全;二,看到场景中像素点的清晰度有多少。全景摄像机相对于普通摄像机而言一个很大的优势在于其超大的监控范围,然而从分辨率密度上来考虑,同样像素的摄像机在监控更大的区域时会导致像素的分散和退化。这是由于监控范围很大,在与传统监控镜头共用大小相同的成像芯片上,就需要接收数倍的图像信息,这就造成画面分辨率的下降,因此高分辨率成像器件的选取十分重要。高像素成像器件的选取不仅是Sensor的选取,ISP的处理、编码以及与网络相应的配合都很重要,并且在相应的结构、工艺等要求上,都要严格把控。此外镜头优劣也会大幅影响监控图像的质量,好的镜头可达到高清、甚至4K、千万像素以上,而帧速越高,也越能看清楚监控目标的移动过程与细节动作。
产品用途多样化
如今距离第一款全景摄像机正式推出市场已有大约8年多的时间。前些年因其高昂的价格、复杂的图像处理技术以及图像校正后的低分辨率等因素的限制,全景摄像机并没能像其他普通摄像机那样普及,但近两年随着技术功能日趋完善、成本逐渐下降,发展速度明显加快,厂商的产品也不断推陈出新。如在今年2015安博会上,海康威视推出了“ALL IN ONE”一体化概念设计的1,600万像素的360°全景“鹰眼”,外观设计非常独特,它是由8个固定在水平不同方向的高清摄像头+高速球组成特殊的监控结构,可同时兼顾全景和特写细节画面,可支持检测直径300米以上范围内运动目标,可同时检测60个目标。安装也十分简单,仅需一根网线和一个电源。
同样在安博会上,华为也展示了最新研制的立体全景摄像机,这是一个白色球形设备,上面分布着41个摄像头,每个摄像头是200万的像素,所拍摄的画面进行拼接获得一个全景的图像。工作人员表示,这种技术方案可以让拍摄画面更为立体逼真,主要适用于广场、球场等大型户外场所。昔日的手机霸主——诺基亚2015夏天也耐不住寂寞发布了一款名为OZO的设备。OZO装备了多达8个同步摄像头以及8个麦克风,可拍摄立体三维视频、音频,主要面向好莱坞、娱乐、广告等产业拍摄虚拟现实影片所用。EyeSee 360公司的360°全景摄像机360fly,体积小巧,可以很方便地固定在头盔上,并且可以应用安装于手机上的客户端,很方便的用滑动的方式随意调整视角。不仅如此,360fly还支持50米防水,非常适合极限运动爱好者们。
从以上可以看出,除了产品更加多样化,在用途方面,全景摄像也开始多方面延伸。如为了解决倒车影像系统不能全面照顾周围视角的问题,有些厂家开发出了全景摄像头。全景摄像头在车头、车尾、左右后视镜下加装了四个摄像头。这些图像数据会先被回传给图像处理单元。在图像处理单元中,电脑将对它们进行变形、拼接处理,从而形成一张从车顶鸟瞰的俯视图。这样独特的视角可以很好地帮助缺乏“车感”的驾驶员去理解自己的走向和位置。如果怕鸟瞰图会影响对细节的观察,还可以通过切换画面在显示器中选择其他方向独立的视图。这就保障了在倒车时可以兼顾多个方向的情况,再辅以雷达测距,倒车入位的难度大大降低。在电影方面,全景也开始探出触角,美国一部名为《Help》微电影,在制作过程中,导演Justin Lin首次采用了谷歌ATAP团队DIY的360°电影摄影机——4台Red EPIC摄像机搭配佳能广角镜头组合而成的全景摄像机,外加一个远程控制的机器人手臂,对电影《Help》进行全程拍摄。不同于传统电影的拍摄视角,《Help》呈现出的拍摄视角是360°的,观众可以随意调转画面,观看其他方向的电影场景。
研究表明,人类获取的信息80%来自于视觉,因此在关于视觉方面的技术创新和突破也是格外的多,如从标清、高清到2K,从灯泡、LED到激光,无不围绕视觉来展开,随着全景应用的深入,必将让我们的信息获取更加便利,视角扩展宽广。