《无人机艺术摄影》课件-项目7 全景影像航拍

项目7全景影像航拍无人机艺术摄影任务7.1全景影像常识目录CONTENES任务7.2全景影像的拍摄方式任务7.3全景影像的后期制作任务7.4无人机实景三维建模全景影像常识任务7.17.1.1全景影像的含义任务7.1全景影像常识全景“panorama”出自希腊语pân（意思是全部的东西）与hòrama（意思是可看见的，视野），因此这个词的意思就是全视角。全景图可以运用各种不同的方法制作。最早的360°全景拍摄展示是关于早期芝加哥风光的，现收藏于美国国会图书馆，它制作于1840年，是银版拍摄的一系列照片，然后并排拼贴在一起完成的。早期芝加哥风光7.1.2认识投影任务7.1全景影像常识常见投影类型：方位投影（平面投影）、圆锥投影、圆柱投影。任务7.1全景影像常识等距离圆柱投影是数学变换最简单的一种投影，也是全景投影常用的投影方式。经过投影处理后的全景图像是一副2∶1比列的图片。图像中穿越中间的水平线无扭曲变形，其他都有不同程度的扭曲变形，越接近两级，变形就越严重。如图所示，横向水平的建筑线条、马路等都是弯曲的；建筑物的垂直线条、电线杆、笔直的树木等不会变形。等距离圆柱投影示意图1.图像投影任务7.1全景影像常识如图所示，它相当于一个由六幅图像拼合组成的立方体盒子，如果假设观察者位于立方体的中心的话，那么每幅图像都会对应立方体的一个表面，并且在物理空间中相当于水平和垂直都是90°的视域范围。而观察者被这样的六幅画面包围在中心，最终的视域范围同样可以达到水平360°，垂直360°，并且画面是绝对不存在任何扭曲变形的。立方体投影示意图2.立方体投影任务7.1全景影像常识这是一种很理想的投影结果，并且对于懂得使用一些离线渲染软件或者插件来制作和输出全景内容的人来说，这是最合适的一种选择。然而，在实际拍摄当中，由于设备原因，几乎不可能用到这种立方图的记录方式。任务7.1全景影像常识圆柱投影类似等矩形投影，随着目标接近南北两极，纵向也会拉伸，两极会发生无限的纵向拉伸。需要注意的是，柱面投影不太适合具有非常大的垂直视角的图像。柱面投影是传统摆动镜头全景胶片相机所提供的标准投影方式。圆柱投影示意图3.圆柱投影全景影像的拍摄方式任务7.27.2.1专用设备拍摄任务7.2全景影像的拍摄方式鱼眼镜头：鱼眼全景相机最终生成的全景图像即使经过校正也依然存在一定程度的失真和不自然，拍摄效果如图所示。鱼眼镜头拍摄效果任务7.2全景影像的拍摄方式多镜头：可以避免鱼眼镜头图像失真的缺点，但是或多或少也会存在融合边缘效果不真实、角度有偏差或分割融合后有“附加”感的缺撼，拍摄效果如图所示。鱼眼镜头拍摄效果7.2.2相机拍摄任务7.2全景影像的拍摄方式相机拍摄需要数码相机（图7-2-3）/手机+云台。在拍摄时，尽量选择手动曝光，降低照片直接色差；照片与照片之间保证1/4重叠度；拍摄时保持相机水平，可使用带水平仪的三脚架。相机拍摄效果如图所示。数码相机7.2.3无人机拍摄任务7.2全景影像的拍摄方式云台相机可以适用于空中拍摄地面全貌，无人机云台可控转动范围：俯仰-90°至+30°机身可以360°水平旋转，如图所示。无人机拍摄任务7.2全景影像的拍摄方式无人机拍摄方式：1）云台俯仰15°，-5°，-35°，-65°四个角度环绕拍摄。2）保证相片之间约30%重叠度。3）垂直地面向下拍摄一张。无人机拍摄图像示意图如图所示。无人机拍摄图像示意图拍照区域：水平向0～360°，竖直向–90°到15°，因为当仰角到极限的30°时，顶部区域会大面积的拍到桨叶。简单的方案：15°，–5°，–35°，–65°各8张照片，云台垂直地面-90°拍一张照片。7.2.4几种拍摄方式的比较任务7.2全景影像的拍摄方式采用全景相机或者带有鱼眼镜头或者广角镜头的相机，操作简单，无需复杂建模，非常容易的能够形成全景图，其缺点是专用设备价格非常昂贵，不易普及和使用。采用普通相机拍摄+后期制作的方式，拍摄要求非常高，通常需要借助一些设备，如三角架等完成拍摄，其优点是费用低；缺点是拍摄过程复杂，需要借助外部设备，后期制作过程比较复杂。全景影像的后期制作任务7.37.3.1拼接任务7.3全景影像的后期制作拍摄完成的影像之间会存在一定的重叠度还有变形，直接输出会存在明显的叠加区域或者错误的接边，因此需要手动裁切和调整边缘区域。一般使用PTGUI软件进行拼接，通过提取特征点完成影像之间的匹配。拼接7.3.2Photoshop调整效果任务7.3全景影像的后期制作目前，常规的无人机云台都无法垂直90°拍摄天空，同时由于各种接缝、天空顶部容易出现缺失和扭曲，因此在全景拼接完成后需要补天。一般使用Photoshop进行补色、补天操作。补天操作7.3.3漫游效果任务7.3全景影像的后期制作全景图是一张静态的图像格式，需要利用全景转换软件转成Flash格式实现漫游效果。可以添加多个热点。Pano2VR是一个全景图像转换应用软件。全景图利用Pano2VR处理示意图如图所示。全景图利用Pano2VR处理示意图7.3.4发布任务7.3全景影像的后期制作全景影像可以发布到720云网站：https://720/，如图所示。720云网站无人机实景三维建模任务7.47.5.1初识实景三维任务7.5无人机实景三维建模实景三维（3DRealScene）是对人类生产、生活和生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字虚拟空间。它是新型基础测绘标准化产品，是国家新型基础设施建设的重要组成部分，为经济社会发展和各部门信息化提供统一的空间基底。实景三维通过在三维地理场景上承载结构化、语义化、支持人机兼容理解和物联实时感知的地理实体进行构建。1）实景三维地理信息：基于影像匹配或激光扫描技术获取的反映地物三维信息的数据。2）实景三维Mesh模型：利用点云、实景影像等数据源制作的可量测的、具备实景纹理信息的连续三角面片模型。3）实景三维单体模型：利用点云、实景影像等数据源制作的可量测的、具备实景纹理信息的地物单体化三维模型。更多的实景三维技术相关概念，可参考《实景三维中国建设技术大纲（2021年版）》。7.5.2无人机实景三维航测技术任务7.5无人机实景三维建模通俗地说，摄影测量就是通过摄影进行测量，其过程如图所示。1.摄影测量摄影测量的过程任务7.5无人机实景三维建模倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域新兴发展起来的一项高新技术，融合了传统的航空摄影、近景摄影测量、计算机视觉技术，颠覆了以往正射影像智能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器（目前常用的是五镜头相机），同时从垂直、前视、左视、右视共5个不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。垂直地面角度拍摄获取的影像称为正片，镜头朝向与地面成一定夹角（倾斜角度一般在15°~45°）拍摄获取的影像称为斜片。倾斜摄影测量过程与成果如图所示。2.倾斜摄影任务7.5无人机实景三维建模倾斜摄影测量过程与成果7.5.3无人机激光技术任务7.5无人机实景三维建模在无人驾驶飞机嵌入式雷达上，这些脉冲中的每个脉冲都由激光发射器发送到地面。当这些脉冲之一遇到物体时，其返回的回声将被雷达光接收器捕获并转换为数字信号。该光在发射器与被反射的障碍物之间传播所需的时间用于测量传感器与所到达物体之间的距离。任务7.5无人机实景三维建模实景三维模型高逼真、高真实、高精度的展示地物的几何结构、纹理色彩、空间位置等信息，在当前测绘应急保障、规划等领域具备极大的应用价值。但是，激光雷达和倾斜摄影建模技术均无法较好的满足快速建模应用需求，具体表现在：激光点云数据空间点离散、缺乏语义信息，直接应用困难；倾斜摄影测量作业周期长、生产效率低下。任务7.5无人机实景三维建模随着激光点云技术的快速发展，基于激光点云和影像的快速实景三维优势明显。传统激光点云可穿透植被，多次回波，用于地形测绘、林业调查；点云与影像融合快速建模结构完善，实景三维，可视化效果更强，应用更广。7.5.4无人机实景三维应用任务7.5无人机实景三维建模在构建城市三维场景基础上，集成城市业务管理数据，实现城市多维数据的共享，辅助管理者全面掌控城市运行态势，提升监管力度和行政效率，如图所示。1.智绘城市数字孪生数字底座智绘城市数字孪生数字底座应用任务7.5无人机实景三维建模无人机倾斜摄影系统可快速现场恢复目标区域的三维模型、准确地还原事发现场，便于相关人员设计进场处突或救援、疏散的路线，结合实时监控信息做到科学、快速地处理突发事件。安保人员可以根据重建的三维模型制定安保预案，这要比凭借经验或者二维地图要精准、高效的多。2.安保消防安保消防应用示意图任务7.5无人机实景三维建模1）基于地图和大数据的可视化：实现应急突发事件救援与处置的扁平化、快捷化、科学化和高效协同能力。3.应急救援基于地图和大数据的可视化任务7.5无人机实景三维建模2）在灾害事故现场，无人机可以进入到救援人员无法到达的危险地点，并从空中视角拍摄到人力所不能及的范围，如图所示。不需要到达现场，就能更准确、更直观的全方位了解灾害现场情况；能根据全景重建的三维模型，快速、高效的制订排险、疏通的治理方案。任务7.5无人机实景三维建模结合实景三维与GIS技术可视化，把“疫情防控隔离重点人口”的立体信息全面展现在地图上，提升重点人口管理水平，全面掌握隔离防控重点人口动态。4.疫情防控道路选线结合三维模型辅助道路工程选线，不但可以对现状情况清楚把握，在设计效果的表达方面，也可做到方案可视化，一目了然，如图所示。5.道路选线任务7.5无人机实景三维建模实景三维主要用于规划设计阶段，以及进行设计前后对比。6.土地整治土地整治任务7.5无人机实景三维建模三维辅助规划加载规划设计方案，评审整体效果，量化模拟对周边建筑日照时长的影响，对退红距离、楼间距的基本规划指标进行定量分析和计算。7.