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用多镜头合成法实现3D全景摄影初探重庆工贸职业技术学院：王庆摘要：全景摄影是VR技术在现实生活中影像采集的重要设备，是虚拟现实技术普及前的必须实现的基础工作之一，再好的虚拟现实头盔，在观看全景影像时，如果只能看到完全没有视差的平面的效果，都与人们在真实世界中看到的影像大相径庭，本文提出了用多镜头法实现真3D的全景影像采集，希望能起到一点抛砖引玉的效果。关键词：VR，3D，摄影正文：全景摄影是虚拟现实技术普及前的必须实现的基础工作之一，从目前世界范围内公开的技术来看，全景摄影都还仅仅只停留在2D拍摄上，因此，即使再好的虚拟现实头盔，在观看全景影像时，也只能看到完全没有视差的两个画面，也就是平面的效果，仅仅只是可以在头部旋转时能随时改变周围场景的平面效果影像，与人们在真实世界中看到的影像大相径庭，那么，真的就不能在影像采集时做到用两组有视差的影像，来实现更加真实的虚拟现实体验了吗，答案当然是否定的，本文就来探讨一下用多镜头拍摄方法实现真3D全景影像采集的相关问题，希望能起到一点抛砖引玉的效果。一、应用多镜头合成法的必要性3D摄影，必须要让两只眼睛分别看到有视差的两个不同影像，以传统的超广角全景摄影为例，虽然采集到了360度的全景影像，但无法让两只眼睛产生视差，观看者是没有3D感的，并且我们不可能像普通摄影一样，试图通过增加一个同样的超广角全景系统来实现真正的3D效果。而利用多镜头合成方式时，却可以通过相临镜头间的互相借用，让两只眼睛看到的影像始终是不同镜头采集的，因而有的视差的，可以实现真正的3D全景效果。二、多镜头合成法的具体方法由于人眼主要是在水平方向进行观看，在利用多镜头摄影时出于降低成本考虑，完全可以主要考虑水平方向的镜头分布，对于垂直方向可以忽略，例如水平方向排列一圈镜头，每个镜头的间距与人眼距离相近便可（上下则可分别用一个独立广角镜头拍摄），对于水平方向每个镜头拍摄的影像，在进行录制或者传输时，可以切分为左右两部分，所有镜头左边的影像连接在一起，可形成右眼影像，而所有镜头右边的影像连接在一起，可形成左眼影像，上下影像则直接连接在左右影像的上下，这样，观众在戴上虚拟现实头盔观看时，所看到的影像便是与现实世界里看到的一样，是有视差的真实3D全景影像，如图所示8水平8镜头加上下共10镜头的3D全景相机示意图。图一、8镜头影像合成原理三、多镜头合成法的技术细节思考无论是直播还是录制，都希望采集的影像能一步到位，不用太多技术处理，以便能进行高速采集，采用多镜头法时最大的技术问题就是多镜头影像的连接，不能出现明显的断点，否则会影响到观众的观感，因此有一些技术细节必须做好。首先，要求摄影镜头采集的影像角度要精确，变形要小，所有影像在进行连接处理时，只需进行画面裁剪和简单的透视变形就可直接准确地连接在一起。采用水平8镜头排列方式时，每个镜头的水平拍摄角度应当是刚好是90度，这样每个镜头的画面均有一半与旁边的镜头画面重叠。在进行多镜头影像连接时，科学的图像识别算法是必要的，只有通过不同镜头图像的差别计算，才能找到最佳的变形参数，进行准确的首尾连接。第二，对于对精度要求较高应用场合，可采用更多镜头合成的方式，其镜头的分布可以是均匀的奇偶排列，奇数镜头拍摄角度向右偏，偶数镜头拍摄角度向左偏，画面的组合时只需把奇数镜头画面和偶数镜头画面分别连接在一起，再与上下镜头画面一起，便可形成左右两眼图像的3D全景影像，其排列方式如图二所示。左眼13579111315右眼246810121416图二、16镜头高精度影像合成示意图在高精度方式中，镜头1-16水平交错排列在圆周上，1和2，3和4等拍摄画面的范围相同，只是镜头位置不同，再者相距约为人眼的距离，采用垂直方向的画面拍摄方式，可扩大3D影像上下的角度。第三、上下超广角镜头，可以考虑拍摄成圆形的画面，这样，在上下画面与主画面连接时，只有圆形画面周围附近的像素与主画面连接需要计算，画面连接相对比较简单。结语：用10镜头（8+2）或者18镜头（16+2）方式，来组成全景3D摄影机，由于对每个镜头的像素要求不高，只是对影像变形控制要求较高，因此，在成本控制上不会太难，其最大好处是能实现实时采集真3D的全景影像，在VR技术普及后必将有着十分巨大的实用价值。