《無人機(jī)藝術(shù)攝影》課件-項目7 全景影像航拍

項目7全景影像航拍無人機(jī)藝術(shù)攝影任務(wù)7.1全景影像常識目錄CONTENES任務(wù)7.2全景影像的拍攝方式任務(wù)7.3全景影像的后期制作任務(wù)7.4無人機(jī)實景三維建模全景影像常識任務(wù)7.17.1.1全景影像的含義任務(wù)7.1全景影像常識全景“panorama”出自希臘語pan（意思是全部的東西）與hòrama（意思是可看見的，視野），因此這個詞的意思就是全視角。全景圖可以運(yùn)用各種不同的方法制作。最早的360°全景拍攝展示是關(guān)于早期芝加哥風(fēng)光的，現(xiàn)收藏于美國國會圖書館，它制作于1840年，是銀版拍攝的一系列照片，然后并排拼貼在一起完成的。早期芝加哥風(fēng)光7.1.2認(rèn)識投影任務(wù)7.1全景影像常識常見投影類型：方位投影（平面投影）、圓錐投影、圓柱投影。任務(wù)7.1全景影像常識等距離圓柱投影是數(shù)學(xué)變換最簡單的一種投影，也是全景投影常用的投影方式。經(jīng)過投影處理后的全景圖像是一副2∶1比列的圖片。圖像中穿越中間的水平線無扭曲變形，其他都有不同程度的扭曲變形，越接近兩級，變形就越嚴(yán)重。如圖所示，橫向水平的建筑線條、馬路等都是彎曲的；建筑物的垂直線條、電線桿、筆直的樹木等不會變形。等距離圓柱投影示意圖1.圖像投影任務(wù)7.1全景影像常識如圖所示，它相當(dāng)于一個由六幅圖像拼合組成的立方體盒子，如果假設(shè)觀察者位于立方體的中心的話，那么每幅圖像都會對應(yīng)立方體的一個表面，并且在物理空間中相當(dāng)于水平和垂直都是90°的視域范圍。而觀察者被這樣的六幅畫面包圍在中心，最終的視域范圍同樣可以達(dá)到水平360°，垂直360°，并且畫面是絕對不存在任何扭曲變形的。立方體投影示意圖2.立方體投影任務(wù)7.1全景影像常識這是一種很理想的投影結(jié)果，并且對于懂得使用一些離線渲染軟件或者插件來制作和輸出全景內(nèi)容的人來說，這是最合適的一種選擇。然而，在實際拍攝當(dāng)中，由于設(shè)備原因，幾乎不可能用到這種立方圖的記錄方式。任務(wù)7.1全景影像常識圓柱投影類似等矩形投影，隨著目標(biāo)接近南北兩極，縱向也會拉伸，兩極會發(fā)生無限的縱向拉伸。需要注意的是，柱面投影不太適合具有非常大的垂直視角的圖像。柱面投影是傳統(tǒng)擺動鏡頭全景膠片相機(jī)所提供的標(biāo)準(zhǔn)投影方式。圓柱投影示意圖3.圓柱投影全景影像的拍攝方式任務(wù)7.27.2.1專用設(shè)備拍攝任務(wù)7.2全景影像的拍攝方式魚眼鏡頭：魚眼全景相機(jī)最終生成的全景圖像即使經(jīng)過校正也依然存在一定程度的失真和不自然，拍攝效果如圖所示。魚眼鏡頭拍攝效果任務(wù)7.2全景影像的拍攝方式多鏡頭：可以避免魚眼鏡頭圖像失真的缺點，但是或多或少也會存在融合邊緣效果不真實、角度有偏差或分割融合后有“附加”感的缺撼，拍攝效果如圖所示。魚眼鏡頭拍攝效果7.2.2相機(jī)拍攝任務(wù)7.2全景影像的拍攝方式相機(jī)拍攝需要數(shù)碼相機(jī)（圖7-2-3）/手機(jī)+云臺。在拍攝時，盡量選擇手動曝光，降低照片直接色差；照片與照片之間保證1/4重疊度；拍攝時保持相機(jī)水平，可使用帶水平儀的三腳架。相機(jī)拍攝效果如圖所示。數(shù)碼相機(jī)7.2.3無人機(jī)拍攝任務(wù)7.2全景影像的拍攝方式云臺相機(jī)可以適用于空中拍攝地面全貌，無人機(jī)云臺可控轉(zhuǎn)動范圍：俯仰-90°至+30°機(jī)身可以360°水平旋轉(zhuǎn)，如圖所示。無人機(jī)拍攝任務(wù)7.2全景影像的拍攝方式無人機(jī)拍攝方式：1）云臺俯仰15°，-5°，-35°，-65°四個角度環(huán)繞拍攝。2）保證相片之間約30%重疊度。3）垂直地面向下拍攝一張。無人機(jī)拍攝圖像示意圖如圖所示。無人機(jī)拍攝圖像示意圖拍照區(qū)域：水平向0～360°，豎直向–90°到15°，因為當(dāng)仰角到極限的30°時，頂部區(qū)域會大面積的拍到槳葉。簡單的方案：15°，–5°，–35°，–65°各8張照片，云臺垂直地面-90°拍一張照片。7.2.4幾種拍攝方式的比較任務(wù)7.2全景影像的拍攝方式采用全景相機(jī)或者帶有魚眼鏡頭或者廣角鏡頭的相機(jī)，操作簡單，無需復(fù)雜建模，非常容易的能夠形成全景圖，其缺點是專用設(shè)備價格非常昂貴，不易普及和使用。采用普通相機(jī)拍攝+后期制作的方式，拍攝要求非常高，通常需要借助一些設(shè)備，如三角架等完成拍攝，其優(yōu)點是費用低；缺點是拍攝過程復(fù)雜，需要借助外部設(shè)備，后期制作過程比較復(fù)雜。全景影像的后期制作任務(wù)7.37.3.1拼接任務(wù)7.3全景影像的后期制作拍攝完成的影像之間會存在一定的重疊度還有變形，直接輸出會存在明顯的疊加區(qū)域或者錯誤的接邊，因此需要手動裁切和調(diào)整邊緣區(qū)域。一般使用PTGUI軟件進(jìn)行拼接，通過提取特征點完成影像之間的匹配。拼接7.3.2Photoshop調(diào)整效果任務(wù)7.3全景影像的后期制作目前，常規(guī)的無人機(jī)云臺都無法垂直90°拍攝天空，同時由于各種接縫、天空頂部容易出現(xiàn)缺失和扭曲，因此在全景拼接完成后需要補(bǔ)天。一般使用Photoshop進(jìn)行補(bǔ)色、補(bǔ)天操作。補(bǔ)天操作7.3.3漫游效果任務(wù)7.3全景影像的后期制作全景圖是一張靜態(tài)的圖像格式，需要利用全景轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)成Flash格式實現(xiàn)漫游效果?？梢蕴砑佣鄠€熱點。Pano2VR是一個全景圖像轉(zhuǎn)換應(yīng)用軟件。全景圖利用Pano2VR處理示意圖如圖所示。全景圖利用Pano2VR處理示意圖7.3.4發(fā)布任務(wù)7.3全景影像的后期制作全景影像可以發(fā)布到720云網(wǎng)站：https://720/，如圖所示。720云網(wǎng)站無人機(jī)實景三維建模任務(wù)7.47.5.1初識實景三維任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模實景三維（3DRealScene）是對人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間進(jìn)行真實、立體、時序化反映和表達(dá)的數(shù)字虛擬空間。它是新型基礎(chǔ)測繪標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，是國家新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和各部門信息化提供統(tǒng)一的空間基底。實景三維通過在三維地理場景上承載結(jié)構(gòu)化、語義化、支持人機(jī)兼容理解和物聯(lián)實時感知的地理實體進(jìn)行構(gòu)建。1）實景三維地理信息：基于影像匹配或激光掃描技術(shù)獲取的反映地物三維信息的數(shù)據(jù)。2）實景三維Mesh模型：利用點云、實景影像等數(shù)據(jù)源制作的可量測的、具備實景紋理信息的連續(xù)三角面片模型。3）實景三維單體模型：利用點云、實景影像等數(shù)據(jù)源制作的可量測的、具備實景紋理信息的地物單體化三維模型。更多的實景三維技術(shù)相關(guān)概念，可參考《實景三維中國建設(shè)技術(shù)大綱（2021年版）》。7.5.2無人機(jī)實景三維航測技術(shù)任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模通俗地說，攝影測量就是通過攝影進(jìn)行測量，其過程如圖所示。1.攝影測量攝影測量的過程任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域新興發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，融合了傳統(tǒng)的航空攝影、近景攝影測量、計算機(jī)視覺技術(shù)，顛覆了以往正射影像智能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器（目前常用的是五鏡頭相機(jī)），同時從垂直、前視、左視、右視共5個不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正片，鏡頭朝向與地面成一定夾角（傾斜角度一般在15°~45°）拍攝獲取的影像稱為斜片。傾斜攝影測量過程與成果如圖所示。2.傾斜攝影任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模傾斜攝影測量過程與成果7.5.3無人機(jī)激光技術(shù)任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模在無人駕駛飛機(jī)嵌入式雷達(dá)上，這些脈沖中的每個脈沖都由激光發(fā)射器發(fā)送到地面。當(dāng)這些脈沖之一遇到物體時，其返回的回聲將被雷達(dá)光接收器捕獲并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該光在發(fā)射器與被反射的障礙物之間傳播所需的時間用于測量傳感器與所到達(dá)物體之間的距離。任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模實景三維模型高逼真、高真實、高精度的展示地物的幾何結(jié)構(gòu)、紋理色彩、空間位置等信息，在當(dāng)前測繪應(yīng)急保障、規(guī)劃等領(lǐng)域具備極大的應(yīng)用價值。但是，激光雷達(dá)和傾斜攝影建模技術(shù)均無法較好的滿足快速建模應(yīng)用需求，具體表現(xiàn)在：激光點云數(shù)據(jù)空間點離散、缺乏語義信息，直接應(yīng)用困難；傾斜攝影測量作業(yè)周期長、生產(chǎn)效率低下。任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模隨著激光點云技術(shù)的快速發(fā)展，基于激光點云和影像的快速實景三維優(yōu)勢明顯。傳統(tǒng)激光點云可穿透植被，多次回波，用于地形測繪、林業(yè)調(diào)查；點云與影像融合快速建模結(jié)構(gòu)完善，實景三維，可視化效果更強(qiáng)，應(yīng)用更廣。7.5.4無人機(jī)實景三維應(yīng)用任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模在構(gòu)建城市三維場景基礎(chǔ)上，集成城市業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)城市多維數(shù)據(jù)的共享，輔助管理者全面掌控城市運(yùn)行態(tài)勢，提升監(jiān)管力度和行政效率，如圖所示。1.智繪城市數(shù)字孿生數(shù)字底座智繪城市數(shù)字孿生數(shù)字底座應(yīng)用任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)可快速現(xiàn)場恢復(fù)目標(biāo)區(qū)域的三維模型、準(zhǔn)確地還原事發(fā)現(xiàn)場，便于相關(guān)人員設(shè)計進(jìn)場處突或救援、疏散的路線，結(jié)合實時監(jiān)控信息做到科學(xué)、快速地處理突發(fā)事件。安保人員可以根據(jù)重建的三維模型制定安保預(yù)案，這要比憑借經(jīng)驗或者二維地圖要精準(zhǔn)、高效的多。2.安保消防安保消防應(yīng)用示意圖任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模1）基于地圖和大數(shù)據(jù)的可視化：實現(xiàn)應(yīng)急突發(fā)事件救援與處置的扁平化、快捷化、科學(xué)化和高效協(xié)同能力。3.應(yīng)急救援基于地圖和大數(shù)據(jù)的可視化任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模2）在災(zāi)害事故現(xiàn)場，無人機(jī)可以進(jìn)入到救援人員無法到達(dá)的危險地點，并從空中視角拍攝到人力所不能及的范圍，如圖所示。不需要到達(dá)現(xiàn)場，就能更準(zhǔn)確、更直觀的全方位了解災(zāi)害現(xiàn)場情況；能根據(jù)全景重建的三維模型，快速、高效的制訂排險、疏通的治理方案。任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模結(jié)合實景三維與GIS技術(shù)可視化，把“疫情防控隔離重點人口”的立體信息全面展現(xiàn)在地圖上，提升重點人口管理水平，全面掌握隔離防控重點人口動態(tài)。4.疫情防控道路選線結(jié)合三維模型輔助道路工程選線，不但可以對現(xiàn)狀情況清楚把握，在設(shè)計效果的表達(dá)方面，也可做到方案可視化，一目了然，如圖所示。5.道路選線任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模實景三維主要用于規(guī)劃設(shè)計階段，以及進(jìn)行設(shè)計前后對比。6.土地整治土地整治任務(wù)7.5無人機(jī)實景三維建模三維輔助規(guī)劃加載規(guī)劃設(shè)計方案，評審整體效果，量化模擬對周邊建筑日照時長的影響，對退紅距離、樓間距的基本規(guī)劃指標(biāo)進(jìn)行定量分析和計算。7.