《無人機(jī)藝術(shù)攝影》課件-項(xiàng)目7 全景影像航拍

項(xiàng)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(shí)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(shí)景三維建模全景影像常識(shí)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(shí)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(gè)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(guó)國(guó)會(huì)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(shí)投影任務(wù)7.1全景影像常識(shí)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(shí)等距離圓柱投影是數(shù)學(xué)變換最簡(jiǎn)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(jí)，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(huì)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(shí)如圖所示，它相當(dāng)于一個(gè)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(huì)對(duì)應(yīng)立方體的一個(gè)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(duì)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(shí)這是一種很理想的投影結(jié)果，并且對(duì)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(shí)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(shí)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(huì)拉伸，兩極會(huì)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(dòng)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(diǎn)，但是或多或少也會(huì)存在融合邊緣效果不真實(shí)、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(tái)。在拍攝時(shí)，盡量選擇手動(dòng)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(shí)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(tái)相機(jī)可以適用于空中拍攝地面全貌，無人機(jī)云臺(tái)可控轉(zhuǎn)動(dòng)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(tái)俯仰15°，-5°，-35°，-65°四個(gè)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?yàn)楫?dāng)仰角到極限的30°時(shí)，頂部區(qū)域會(huì)大面積的拍到槳葉。簡(jiǎn)單的方案：15°，–5°，–35°，–65°各8張照片，云臺(tái)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(jiǎn)單，無需復(fù)雜建模，非常容易的能夠形成全景圖，其缺點(diǎn)是專用設(shè)備價(jià)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(diǎn)是費(fèi)用低；缺點(diǎn)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(huì)存在一定的重疊度還有變形，直接輸出會(huì)存在明顯的疊加區(qū)域或者錯(cuò)誤的接邊，因此需要手動(dòng)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(diǎn)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(tái)都無法垂直90°拍攝天空，同時(shí)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(shí)現(xiàn)漫游效果?？梢蕴砑佣鄠€(gè)熱點(diǎn)。Pano2VR是一個(gè)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(shí)景三維建模任務(wù)7.47.5.1初識(shí)實(shí)景三維任務(wù)7.5無人機(jī)實(shí)景三維建模實(shí)景三維（3DRealScene）是對(duì)人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間進(jìn)行真實(shí)、立體、時(shí)序化反映和表達(dá)的數(shù)字虛擬空間。它是新型基礎(chǔ)測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，是國(guó)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(huì)發(fā)展和各部門信息化提供統(tǒng)一的空間基底。實(shí)景三維通過在三維地理場(chǎng)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(shí)時(shí)感知的地理實(shí)體進(jìn)行構(gòu)建。1）實(shí)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(shí)景三維Mesh模型：利用點(diǎn)云、實(shí)景影像等數(shù)據(jù)源制作的可量測(cè)的、具備實(shí)景紋理信息的連續(xù)三角面片模型。3）實(shí)景三維單體模型：利用點(diǎn)云、實(shí)景影像等數(shù)據(jù)源制作的可量測(cè)的、具備實(shí)景紋理信息的地物單體化三維模型。更多的實(shí)景三維技術(shù)相關(guān)概念，可參考《實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)技術(shù)大綱（2021年版）》。7.5.2無人機(jī)實(shí)景三維航測(cè)技術(shù)任務(wù)7.5無人機(jī)實(shí)景三維建模通俗地說，攝影測(cè)量就是通過攝影進(jìn)行測(cè)量，其過程如圖所示。1.攝影測(cè)量攝影測(cè)量的過程任務(wù)7.5無人機(jī)實(shí)景三維建模傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪遙感領(lǐng)域新興發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，融合了傳統(tǒng)的航空攝影、近景攝影測(cè)量、計(jì)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(tái)上搭載多臺(tái)傳感器（目前常用的是五鏡頭相機(jī)），同時(shí)從垂直、前視、左視、右視共5個(gè)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(cè)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(shí)景三維建模傾斜攝影測(cè)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(shí)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(gè)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(shí)，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(hào)。該光在發(fā)射器與被反射的障礙物之間傳播所需的時(shí)間用于測(cè)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(shí)景三維建模實(shí)景三維模型高逼真、高真實(shí)、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(cè)繪應(yīng)急保障、規(guī)劃等領(lǐng)域具備極大的應(yīng)用價(jià)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(diǎn)云數(shù)據(jù)空間點(diǎn)離散、缺乏語義信息，直接應(yīng)用困難；傾斜攝影測(cè)量作業(yè)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低下。任務(wù)7.5無人機(jī)實(shí)景三維建模隨著激光點(diǎn)云技術(shù)的快速發(fā)展，基于激光點(diǎn)云和影像的快速實(shí)景三維優(yōu)勢(shì)明顯。傳統(tǒng)激光點(diǎn)云可穿透植被，多次回波，用于地形測(cè)繪、林業(yè)調(diào)查；點(diǎn)云與影像融合快速建模結(jié)構(gòu)完善，實(shí)景三維，可視化效果更強(qiáng)，應(yīng)用更廣。7.5.4無人機(jī)實(shí)景三維應(yīng)用任務(wù)7.5無人機(jī)實(shí)景三維建模在構(gòu)建城市三維場(chǎng)景基礎(chǔ)上，集成城市業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)，實(shí)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(shì)，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(shí)景三維建模無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)可快速現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)，便于相關(guān)人員設(shè)計(jì)進(jìn)場(chǎng)處突或救援、疏散的路線，結(jié)合實(shí)時(shí)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(yàn)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(shí)景三維建模1）基于地圖和大數(shù)據(jù)的可視化：實(shí)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(shí)景三維建模2）在災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)，無人機(jī)可以進(jìn)入到救援人員無法到達(dá)的危險(xiǎn)地點(diǎn)，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(chǎng)，就能更準(zhǔn)確、更直觀的全方位了解災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)情況；能根據(jù)全景重建的三維模型，快速、高效的制訂排險(xiǎn)、疏通的治理方案。任務(wù)7.5無人機(jī)實(shí)景三維建模結(jié)合實(shí)景三維與GIS技術(shù)可視化，把“疫情防控隔離重點(diǎn)人口”的立體信息全面展現(xiàn)在地圖上，提升重點(diǎn)人口管理水平，全面掌握隔離防控重點(diǎn)人口動(dòng)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(duì)現(xiàn)狀情況清楚把握，在設(shè)計(jì)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(shí)景三維建模實(shí)景三維主要用于規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，以及進(jìn)行設(shè)計(jì)前后對(duì)比。6.土地整治土地整治任務(wù)7.5無人機(jī)實(shí)景三維建模三維輔助規(guī)劃加載規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，評(píng)審整體效果，量化模擬對(duì)周邊建筑日照時(shí)長(zhǎng)的影響，對(duì)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(jì)算。7.