超长时间延时视频自动拍摄系统的搭建与应用

延时视频的拍摄原理

延时视频拍摄，也称为缩时摄影（Time-lapse photography），是一种将时间压缩的摄影技术。其基本原理是在较长的时间内以较低的频率拍摄一系列照片或视频帧，然后在后期制作时以正常或较快的速度播放这些图像，从而将长时间的变化过程压缩到一个较短的视频片段中。

以下是延时视频拍摄的几个关键步骤和原理：

拍摄频率（间隔）：摄影师会设定一个时间间隔，例如每5秒、每分钟或每半小时拍摄一张照片。这个间隔取决于想要记录的过程的速度和最终视频的时长。

拍摄数量：根据拍摄对象的变化速度和所需的最终视频长度，摄影师会决定拍摄多少张照片。例如，如果一个花朵开放需要3天，每半小时拍摄一次，那么总共会拍摄288张照片。

后期制作：拍摄完成后，这些照片会被导入到视频编辑软件中，按照拍摄的顺序和设定的播放速度（通常是每秒24帧或更高）串联起来，形成视频。

技术要求：为了确保视频的平滑和连贯性，拍摄过程中相机的位置、角度和曝光设置需要保持一致。这通常需要使用三脚架、快门线或自动触发器等辅助设备。

延时视频的应用范围

延时视频的应用范围非常广泛，涵盖了多个领域和场景。以下是一些主要的应用范围：

自然景观和城市风光：延时摄影常用于捕捉自然景观的变化，如季节变换、日出日落、云彩变幻等。城市风光方面，可以记录城市的发展变化、交通流量、人群动态等。

天文现象：用于记录星空的变化、星轨、日食、月食等天文事件。

建筑制造：在建筑行业中，延时摄影可以记录建筑施工的整个过程，从奠基到完工，展示建筑的演变。

生物演变：在生物学研究中，延时摄影可以用来观察植物生长、花朵开放、细胞分裂、动物孵化、昆虫变态等生物过程。

艺术创作：艺术家和电影制作人使用延时摄影来创造视觉效果，制作音乐视频、电影片段等。

什么叫超长时间延时视频

超长时间延时视频是指使用延时摄影技术拍摄的视频，其特点是拍摄时间跨度非常长，可能是几天、几周、几个月，甚至数年。在这种延时摄影中，相机会在设定的时间间隔（如每小时、每天或每周拍摄一次）拍摄一张照片。这些单独的照片或视频帧随后在后期制作中被串联起来，以较快的速度播放，从而创造出时间压缩的效果。

超长时间延时视频通常用于捕捉和展示那些在正常速度下难以观察到的缓慢变化过程，例如：

建筑项目的建设过程，从地基挖掘到建筑物完工。

自然现象的变化，如冰川融化、山脉侵蚀、植被生长等。

天文事件，如星轨的形成、季节变换、月亮的盈亏变化等。

超长时间延时视频的难点及解决方法

由于超长时间延时视频的拍摄周期长，通常需要使用专门的延时摄影相机或设备，这些设备能够适应各种环境条件，如恶劣天气、极端温度等，并且具备长时间稳定运行的能力。

实际案例分析

项目背景、需求及环境。前段时间单位的小伙伴接到了一个纪录片的拍摄任务，就是记录当地的一名种粮全国劳模这一季的水稻种植，以此来反映国家重视粮食安全，确保粮食播种面积和产量稳定的决心。小伙伴找到我希望帮助他用间隔延时摄影的方式记录下禾苗从播种、育苗、插秧、生长到收获的全过程。

拍摄场地是在这位农民自家的稻田，稻田中央有一根电杆可以用来架设拍摄设备，但是电杆离农户的屋子距离较远，且农户家里也没有安装互联网宽带，所以需要解决供电和联网的问题。

拍摄设备和设备选型

拍摄延时视频的设备通常使用专业的单反或无反相机配合定时快门线（或者相机自带的间隔拍摄功能）来进行拍摄，这样能够保证更高的分辨率和拍摄质量。但是因为环境特殊，要考虑到设备的防水、防盗、供电以及高温高湿极端环境下的稳定性，使用相机拍摄不太适合。恰好，前段时间购置了一台ATLI View（深圳市阿力为科技有限公司）生产的ATLI EON延时摄影相机，这是一款主打延时摄影的多功能智能相机，拍摄视角72°，可拍摄1080p高清稳定流畅的视频及2688*1520高分辨率图像，并且支持设置单个或多个定时任务。该机器还内置一块3.7V 2050mAH的锂电池，同时具有休眠功能。经过实际测试，在间隔15分钟拍摄一张，每天拍摄白天的8小时的情况下，设备满电且打开省电模式能够支持不低于5天的拍摄。不过还是有两个不足，一是这款设备只能拍摄jpeg而非raw格式的图片，且分辨率只有2.5K，画质稍显不足。不过这次拍摄任务的成片要求仅仅是1080P，设备参数完全能够满足；二是设备不防水，但设备尺寸只有54*70*50mm，可以安装在监控摄像头外壳中使用就能完美地解决防水问题。

正当我们准备进行采购时，该公司又新推出了一款新产品ATL3000户外工程延时摄影相机，与ATLI EON相比硬件参数没有太大变化，但是增加了原装的防水外壳，达到了IPX64级别，而且内置的锂电池也从2050mAH增加到了4120mAH，这解决了我们大部分的痛点。除此之外，ATL3000还可以选择75°或110°视角的镜头，这让我们的拍摄构图有了更多的变化。最后，根据我们的拍摄需求，我们采购了两台ATL3000（75°和110°各一台），分别安装在电杆顶部拍摄大片稻田的变化过程和电杆低处拍摄禾苗的生长过程。

数据回传系统

拍摄设备选好后，就需要考虑素材拷贝的问题了。通常情况下是人工每隔一段时间到拍摄现场拷贝，但是这是一个前后达半年的拍摄任务，就算每周拷贝一次也需要近30次。何况俗话说“设备有价，数据无价”，所以最好的办法是通过网络进行实时的数据回传，拍一张传一张，同时设备自身的存储空间还有备份，这样双保险就避免了因为设备被盗或者故障造成的素材丢失。

网络回传首先要解决网络问题，虽然拍摄地点没有有线互联网宽带，也没有多余的资金让电信等网络提供商架设专线，但是在4G（5G）手机信号普及的今天，完全可以使用4G（5G）信号提供互联网信号，而且拍摄任务本身传输的是图片，对实时性没有要求，网络带宽完全能够满足；其次拍摄设备的网络支持能力，恰好ATL3000都具有wifi功能，可以连接wifi热点。同时，设备还具有FTP功能，即可以使用其内置的FTP客户端功能向远端的FTP服务器自动传输图片；也可以在其内部建立一个FTP服务器，远端通过FTP客户端获取图片，而且这两种方式可以同时使用，互不冲突；最后，因为4G热点和互联网宽带通常都没有公网IP地址，这需要使用端口映射或者VPN虚拟专网的方式来保证设备在IP网络层的互联互通。

因此我们选择了上海贝锐生产的X4C 4G路由器和X1 旁路盒子作为组网设备，其中X4C安装在拍摄现场，通过插在上面的4G手机卡给设备提供wifi信号，并与安装在远端的X1通过互联网组成一个虚拟专网；同时，在远端的群晖NAS上安装FTP服务器，该服务器通过贝锐的虚拟专网与ATL3000连通。这样，ATL3000每拍摄一张照片就会自动的通过FTP协议传输到远端的群晖NAS上，而远端的群晖NAS也通过磁盘阵列RAID1保证数据的安全备份。同时，远端与群晖同一网络的电脑或者手机也可以通过虚拟专网利用浏览器或者APP对ATL3000进行设置和监控状态。

供电系统

此次拍摄预计从4月一直拍到9月，历时大概半年，仅靠ATL3000内置的锂电池无法支撑这么久的拍摄，而且X4C也需要供电，所以需要解决供电问题。因为拍摄地连接220V市电难度较大，且存在线路漏电带来的安全隐患，所以最终决定采用太阳能板加蓄电池的供电方式。

在供电方面，采购了一块60W的多晶光伏板和30AH的三元锂电池，同时选择了光合硅能生产的12v/24v15A wifi版太阳能控制器。通过该控制器的wifi功能，我们也能通过手机APP远程查看当时的光伏电流、电池电压以及负载电流等参数，更好地监控供电系统的运行状态。此外，在供电系统中我们还加装了直流稳压模块来避免蓄电池放电带来的压降以及定时开关来节约晚上不拍摄时的电量消耗。

拍摄过程中遇到的问题

在系统安装好后试运行阶段，因为当时遇到接近1个月的阴雨天气，光伏板无法对蓄电池进行有效的充电，而且也没有打开定时供电开关并且未对ATL3000进行省电设置，导致系统运行了20多天后因为蓄电池以及相机锂电池电量耗尽而终止拍摄。而且在天气放晴后在远端也无法登录系统查看情况。到现场通过调取日志发现，天气放晴后ATL3000已恢复执行拍摄计划，但估计是因为断电造成X4C 4G路由器配置丢失，因此无法从远端获取相关信息和素材，实际拍摄工作并未受影响。后来在正式运行前打开定时供电开关并对ATL3000进行了省电休眠的设置，加之再未遇到过长时间的阴雨天气，所以问题就再未出现。

此外，在回传照片的过程中，偶尔会因为网络质量的变化造成数据丢包，造成收到的照片有几张花屏、黑带或无法打开的情况。不过我们会定期对收到的照片进行检查，遇到此类情况就通过远端的FTP客户端登录ATL3000的FTP服务器下载对应编号的照片进行替换即可。据统计，在整个拍摄传输的10000多张照片中，错误率仅为0.2%。

拍摄素材的后期处理

在后期处理的过程中，最大的工作量是在于废片的处理。所谓废片就是在下雨、起雾以及雨水滞留在镜头上或者镜头上有小虫子爬过时拍摄的照片，需要通过人工进行删除。废片处理后，就可以通过PR、FCP或者达·芬奇將照片合成视频，同时在使用去闪插件去除画面的闪烁感。当然，也可以通过LR將jpeg的照片转换为DNG并自动白平衡，再通过LRT的去闪功能进行去闪烁，效果会更好。最后，我们还可以通过AE等合成软件將视频闪烁较大的天空以遮罩的形式换成丝滑的云彩流动，尽量降低画面闪烁带来的不适感。

项目总结及改进

总的来说，此次超长时间延时视频自动拍摄系统的搭建和拍摄在技术范畴是成功并可行的，但是在艺术效果范畴却差强人意，总结了一下，原因有以下几点：

不适当的题材。本次拍摄的题材是禾苗，但是因为禾苗属于草本植物，纤细容易被风吹动，所以每张照片中的禾苗对比上一张不仅仅有着向上生长的位移，还有因为风吹而产生的左右摆动的位移，所以我们用于拍摄禾苗生长过程的那台设备最后生成的视频表现出来就是每一株禾苗都在疯狂地摆动；而对于展示大片稻田变化的视频，我们本意是展现禾苗生长从绿色（禾苗阶段）到金黄色（挂穗阶段）以及从稀疏到茂密的变化过程，因为每天天气的变化造成的白平衡不准确，所以整个视频的色彩还是有一定的跳动，而且禾苗的摆动也给画面造成了一定的模糊感。

资金环境限制了设备的选型。此次我们选择ATL3000虽然在硬件功能上满足我们的要求，但是在影像画质的具体参数上也只是仅仅能用，无法达到专业的单反/无反相机拍出来的画质，比如CCD太小、没有RAW格式、分辨率没有达到4K等都确定了我们最终视频的画质上限。

综上所述，我们在这里提出以下几点改进建议：

选择正确的拍摄题材。对于这类超长时间延时视频我们建议选择那种主体较大，不容易产生形变并能够明显看出变化过程的题材，如大楼拔地而起、桥梁跨江架设等。若实在需要拍摄诸如本文中的植物生长的延时视频，要么选择室内在一个固定不变的灯光环境下拍摄，要么就每隔一段时间拍摄一段短的延时视频，在后期通过多段延时视频的交叉叠化来表现色彩以及茂密程度的变化，保证画面的丝滑。

关于白平衡的处理。这里有一个想法，但是还没有经过实践的验证。我们平时在用摄像机相机拍摄时会用到白平衡色板来校正因环境光色温变化带来的色彩偏差。我们可以尝试在拍摄画面的边缘或者角落放置一块类似色板的纯色物体，在后期我们可以让每张照片通过这块色板来校正白平衡，达到统一画面白平衡的目的。

选择更好的设备和环境。如果在资金、环境、安全等条件允许的情况下，我们尽量选择专业的单反或无反相机进行拍摄，因为该类设备CCD都比较大，镜头的光学成像质量好，支持RAW格式在后期的调整空间大，照片像素高因此生成的视频分辨率也高，这才能最大限度在拍摄阶段保证我们的素材质量。当然，稳定的供电和网络环境、安全的架设位置也能提高整个系统的稳定性和可用性。

最后，超长时间延时视频拍摄是一种特殊的延时视频的拍摄方式。因为其拍摄时间的长度，所以整个拍摄过程的稳定性显得尤为重要。我们可以通过远程控制、设备冗余、网络文件传输以及其他技术手段来减少人工干预的过程，让其能够自动无误地拍摄出我们想要的视频。

（作者单位：重庆市长寿区融媒体中心）