基于无人机摄影的720°全景图像制作技术

张巧云，张文君

（西南科技大学环境与资源学院，绵阳 621010）

0 引言

近年来，随着无人机的快速发展和人们对大视域全景图像的需求迅速增加，全景图像制作技术得到了快速提高，其成果也深受人们尤其是广大摄影爱好者和旅行者的喜爱。目前，全景图像拼接技术虽在诸多领域如航空航天、医学、地质勘探等都得到了广泛应用[1]，但全景制作技术还存在有一定的缺陷，如全景图像扭曲、局部模糊、有接缝、图像视角受限以及时空限制，等等，所以全景制作技术还需深入研究。

全景图像拼接技术是将同一场景的具有重叠部分的多幅图像，经过配准、拼接等一系列处理，融合成一幅包含全部图像序列信息的高分辨率和大视域的全景图像的技术[2]。本文描述的720°全景图像是以黄龙景区为例，选取了具有视觉效果的拍摄点，且使用无人机搭载高清相机，以空中悬停的方式获取图像，经后期全景拼接技术，制作出具有360°水平视角和360°垂直视角的720°全方位图像。结果证明，该技术方便快捷可节省大量时力，在降低成本的同时还增加了场景的清晰度，为浏览者提供更全面、真实的三维全景漫游。

1 无人机图像采集

随着无人机技术的革新与发展，其在民用领域的使用越来越普及，以无人机摄影获取图像，具有高效率、低成本、操作简单、获取图像分辨率高等优点[3]。如图1，采集图像是使用大疆Phantom 3 Advanced无人机与DronePan飞行控制软件协同进行，其软件参数设置为偏航角45°，俯仰角22.5°，水平拍摄4行，每行8张，垂直拍摄1张，共33张，拍摄前延迟1秒，飞行高度为20-120m。获取的图像分辨率为 4000×3000，焦距20mm，为保证图像后期拼接的精度，图像重叠率须高于20%。无人机在一地点拍摄完成后需及时导出图片并分组保存，以防最后因图片混乱而无法拼接。

图1 无人机图像采集

2 720°全景制作技术路线

本技术制作路线流程如图2：

图2 720°全景制作技术路线图

3 720°全景制作关键技术

3.1 Lightroom图像预处理

Lightroom是一款适合处理、编辑、优化及管理大量数字图像的高效率软件，具有较强的数字图像处理功能如污点修复、降噪功能、镜头校正等，利于快速整理和完善大量数字图像[4]。由于获取图像时外界光照强度不同或曝光度不同，要将多个画面融合在一起，势必会造成同一场景下图像之间出现局部或整体的亮度差异，拼接后会存在明显的拼接缝，严重影响到全景图像的融合质量。使用Lightroom软件对图像预处理，不仅可以校正图像的亮度差异使全部图像达到趋于一致的效果，还可优化润色图像，提高图像的清晰度和自然美观度，有效解决全景图像过渡带亮度不同及视差问题，提高图像间融合质量。具体步骤如下：

（1）打开Lightroom软件，导入同组图像。

（2）修改图像，点击“镜头校正”，勾选“启用配置文件校正”和“删除色差”，然后按照图像的排列顺序分别调整其色温、色调、曝光度、对比度、高光、阴影、清晰度等，以致同组图像色调一致且更清晰美观。如图3，在修改图像时可查看其修改前后的对比效果。

（3）修改完成，导出并保存全部图像。

3.2 PTGui图像拼接

PTGui是多功能全景制作工具的一个用户界面，通过为全景制作工具（Panorama Tools）提供可视化界面实现图像拼接，从而创造出质量较高的全景图像[5]。使用PTGui制作全景图像，操作快捷简便还可增加图像的清晰度。如图4，导入图像后点击“对准图像”，可自动配准图像参数进行图像拼接和融合输出为全景图像。若图像质量过低或图像间参照物过少，全景图像合成效果不佳，可修改或手动添加图像控制点来提高其对准和拼接的精度。

图3 Lightroom图像预处理

图4 PTGui图像拼接

3.3 Photoshop图像修补

Photoshop作为一款图像处理软件，在去除图像斑点瑕疵和修补图像残损方面有着较强的优势，多用于图像精修和创意合成方面[4]。由于无人机无法拍摄顶部天空，则需使用Photoshop软件来补充天空部分图层以达到720°全景图像拼接，如图5，操作方法如下：

图5 Photoshop图像修补

（1）用Photoshop软件打开PTGui输出的全景图像，然后添加一张适合的全景天空素材并调整其大小及位置，应用该变换。

（2）在天空素材的图层上添加“蒙版”，选择“渐变工具”，设置为黑白线性渐变，且从下向上垂直渐变，可避免图像边缘相接时出现明显的狭长缝隙现象。使用“橡皮擦工具”抹除蒙版所遮盖的非天空部分。

（3）极坐标滤镜旋转图像，检查修补后的图像融合效果。如图6，极坐标旋转后图像完全融合无接缝，720°全景图像拼接完成。

图6 极坐标全景图

3.4 720yun全景展示

720°全景拼接完成后，可选用720yun平台展示成果。720yun全景展示技术较为健全，交互功能强，浏览效果佳。其操作流程：打开720yun软件，导入全景图像，输入作品信息，可添加热点、背景音乐、特效等，最后保存作品分享至云端，以便更多的人浏览观赏。

如图7，黄龙景区720°全景展示效果图，浏览者足不出户便实现与景区的漫游和交互，图像高清真实，犹如身临其境，其强大的沉浸感更激发出人们实地游览的欲望，该技术可成为旅游景区推广的一种创新手法和宣传工具。

图7 黄龙景区720yun全景展示

4 结语

随着现代计算机和虚拟现实技术的应用与发展，以及人们对旅游需求的迅速增加，传统的平面展示及360°全景漫游已难以满足人们需求。本文结合景区特点制成720°三维全景漫游，不仅扩大了浏览者的视野范围，还提高了图像的配准精度和拼接质量，有效避免了全景图像拼接常出现的扭曲现象。该技术是旅游业与现代科学技术相结合的一种手段，具有一定的先进性、实用性和推广性，有利于提高旅游业的服务质量和发展水平，景区的规划管理及空间资源优化配置，促进景区的经济效益、环境效益和社会效益统一。