全景拍摄产业链雏形已现 有望破解VR内容匮乏难题（上）

全景拍摄产业链雏形已现 有望破解VR内容匮乏难题（上）

　　1. 全景拍摄：人机交互新阶段

　　全景拍摄技术指的是利用科学技术、专业设备将整个真实的场景映射成全景图像，从而将二维的平面图模拟为三维立体空间，实现虚拟现实浏览，同时，浏览者可以在全景空间里进行切换，自由地观看“天地万物”。全景拍摄具有全方位、真实性、三维性三大特点。其中，三维性是全景拍摄最重要的特点。

　　全景相机，顾名思义就是能够进行全景拍摄的摄影器材。除拍照外，还可以应用于动态影像的拍摄，也被称为全景摄像机。由于单个相机镜头的视角范围小于360°，所以全景相机至少配备两个镜头。与传统相机/智能手机的水平旋转拍摄不同，全景相机能够在水平和垂直方向同一时刻拍摄，再通过全景拼接软件处理，生成360°×180°的全景画面。

　　拍摄全景图像大致可分为两步：首先，捕捉全方位实景图像;其次，将采集的平面图像拼接成三维图像。 目前，捕捉全方位实景图像的常用的方法主要有以下两种： 第一种：直接利用鱼眼光学镜头、凸面反射光学镜头等专用广角成像设备，一次摄取足够大的视场角的图像。其原理依据仿生学(鱼眼构造)采用物理光学的球面镜透射加折射原理一次性将水平360度，垂直180度的信息成像。第二种：将多台普通镜头相机拼装成一个相机阵列，同时对不同方向进行图像采集。

　　因为成像设备的视角限制，单个镜头不能直接拍摄到360度全视场图像的问题，所以都需要全景图像拼接技术对拍摄的局部场景进行实时拼接。全景图像拼接算法基本原理是：根据图像重叠区域的对应关系和图像空间变换模型来对图像进行配准，然后利用图像融合技术将每个时刻的多通道画面进行无缝拼接。其中，最关键的环节是图像配准，主要是利用计算机视觉和模式识别技术。

　　2.产业链已具雏形，性能不断提升

　　全景相机作为下一代影像设备，延续了数码相机/摄像机的产业链，主要由硬件和软件两部分构成。硬件方面主要是全景拍摄设备，包括轨道、云台、支架、无人机、摇臂、稳定器等辅助设备;软件方面主要全景图像拼接软件、播放器等。

　　如果说传统用相机的出现让历史从文字变成了更加生态的画面，那么，全景相机则将这种平面的画面变成身临其境的动态化记录。全景拍摄作为一种新的人机交互方式，从时间上和空间上解放了用户，极大地丰富了人机交互的显示内容，未来产业从终端到生态环境、商业模式，都将发生重大革新。全景相机作为下一代影像主机，未来应用场景也将不单单局限于娱乐，可能会颠覆各类行业的发展进程，市场空间将是千亿级以上。当然，目前全景相机存在诸多问题，例如畸变、分辨率不均匀、价格贵等，但是可随着技术进步逐渐解决，进而走进千家万户，成为下一代影像主机，引导VR/AR为代表的应用走向普及。

　　2.1 硬件架构：区别在于镜头、传感器和处理器

　　全景相机和传统相机的内部硬件构造类似，主要由镜片、图像传感器、图像处理芯片、滤光片等零部件构成，最核心的部件还是图像传感器等核心光学器件。全景相机和传统相机的区别主要在于镜头、传感器和处理器。

　　(1)镜头

　　按照镜头类别划分，可以分为鱼眼镜头和普通镜头相机。这两类镜头全景相机的工作原理不同，各有优缺点，适用的场景也不相同。

　　按照镜头聚焦方式不同，全景相机又可以划分成定焦镜头全景相机和变焦镜头全景相机两大类。微距镜头或超远摄镜头多为定焦镜头，在减少透镜枚数等方面具有很多优势。变焦镜头是指可用一款镜头覆盖多种焦距的镜头，使用非常方便，是目前相机镜头的主流聚焦方式。总的来说，两种聚焦方式各有优势和不足。

　　(2)传感器

　　传感器方面，全景相机除了包括图像传感器(CCD和CMOS)，还包括加速计、陀螺仪等传感器。这些传感器主要是用于不断调整摄像头的动作，保证设备在360度角上提供完美的内容。

　　(3)处理器

　　目前最广泛的全景视觉系统是在一块CCD或CMOS感光器件上形成360度的全景图像，然后通过软件算法还原真实图像。但是这带来一个问题，就是同样的感光器件上所容纳的市场越大，单个物体所占有的像素就会越小，势必导致分辨率大大降低。这就必须要增加感光器件自身的分辨率，但是分辨率增加的同时，通讯数据量也增加普通视频是被还多，这就给通用CPU的处理功能和PCI总线的通讯能力提出了严峻的挑战。而且，拍摄的实景图像在实时拼接过程中的高计算量对处理器性能提出了非常高的要求。

　　2.2 软件服务：核心是全景图像拼接算法

　　全景相机软件部分的核心是全景图像拼接算法。因为成像设备的视角限制，不能直接拍摄到360度全视场图像的问题，所以需要全景图像拼接技术对拍摄的局部场景进行实时拼接。全景图像拼接算法的优劣不仅影响最终全景图像的效果，还将影响系统资源占有率、码流、带宽和存储。可以说，目前全景拍摄的最大的瓶颈就在于实时拼接的接缝效果算法。

　　全景图拼接的复杂度要远高于普通的图像拼接。图像拼接(Image Mosaic)是将一组具有重叠区域的低分辨率或小视角图像，经过一定的处理技术，组合成一幅高分辨率、大视角的新图像，组合后的图像包含拼接前全部图像的所有信息。全景图像拼接是图像拼接的一个特例，具体地讲，由于全景图像的视角范围很宽，小视角图像处理的很多假设己经不再成立，比如普通的图像拼接后水平视角小于110度时，直接输出线性平面图，则失真很小，图像的效果也很好，但是全景图像的水平视角都接近360度，如果直接输出线性平面图像，则会出现很严重的失真现象，根本无法显示全部全景图像。所以，相较于普通的图像拼接，全景图拼接的复杂度要更高。目前，很多开源和商业软件实现了全景图像的拼接功能。常用的拼接软件有：PanoramaStudio、Pano2vr、PTGui、VideoStitch、Kolor等。

　　2.3 开源建生态，全景相机加速突破

　　全景相机技术开发难度大、成本高、周期长等，单个企业的研发力量有限，为了加速VR视频时代的到来，这就需要全球开发者互相开源自己全景系统，让更多的开发者们能够根据这些数据，做出调整，研发出更好的系统和硬件，并与全球开发者进行分享。事实上，Facebook已经做出了很好的榜样，2016年7月26日，Facebook正式将全景摄像机Surround 360的硬件组装图和后期拼接软件放到了Github上，向全球开发者开放其成果。未来会有越来越多的全景相机开发者开源自己的全景系统，全景相机的难题将会快速突破。

　　2.4 传感器、处理器与镜头是核心组件

　　产业摄像模组占据重要位置。相机/摄像机的核心组件是相机模组，占据80%以上的成本，组成结构主要包括：镜头(LENS)、图像传感器(SENSOR)和数字信号处理芯片(DSP)。光线首先通过镜头，到达感光元件(传感器)，将光线转换为数字信号，然后数字信号被传送到一个专门的图像处理器(DSP)，进行图像信号增强以及压缩优化。

　　参照数码相机与摄像机的部件成本结构，我们近似估计全景相机中图像处理器的成本占比约为35%，图像传感器成本占比约为30%，镜头成本占比约为15%。三者占比占据整体的80%。

　　目前主流的全景相机均采用运动相机中流行的鱼眼镜头，图像传感器则大多来源于OV、东芝等手机图像传感器的主流供应厂商，图像处理器方案相对较多，包括专业的图像处理器供应商安霸、手机芯片常用的高通以及FPGA等。（责编：振鹏）

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