全景技术

全景技术（精选12篇）

全景技术 篇1

一、考纲要求及复习策略

1.考纲要求

2.复习策略

“生物技术实践”模块在高考大纲中有三个知识点:微生物的利用、酶的应用、生物技术在食品加工中及其他方面的应用, 三个考查点的要求层次均要求参考“实验与探究能力”。本专题知识与生活密切相关, 主要侧重于从社会现象、科研发现等角度入手, 与生物技术在生产生活中的实践相结合, 对有关知识的考查注重与之相关的基础知识。要抓住最主干、最核心的知识来复习, 并突出重点, 在复习中不要“深挖洞”, 但要“广积粮”;要“抓大放小”, 也就是掌握大的方法和思路, 对于一些细节问题没有必要花费太大的精力。因为本专题主要是一些生物技术操作, 涉及的是操作中的技术手段和方法, 所以要牢固掌握相关的基础知识, 在此基础上注重培养获取信息的能力、综合运用知识的能力。

二、高频考点精析

(一) 与传统发酵有关的几类微生物的比较

特别提醒:

(1) 二分裂不是无丝分裂。无丝分裂、有丝分裂、减数分裂针对的是真核生物。

(2) 酵母菌酿酒时先通气, 后隔绝空气, 原理是: (1) 有氧条件下:, 生活状态:大量繁殖; (2) 无氧条件下:, 生活状态:进行发酵, 产生大量酒精。

(3) 由于醋酸菌和乳酸菌属于原核生物, 因此在利用这两类微生物时, 其环境中一定不要加入青霉素等抗生素。

(二) 果酒和果醋的制作原理和发酵条件的比较

1. 制作原理和发酵条件的比较

2. 实验流程

3. 装置图解读

(1) 各部位的作用

充气口:在醋酸发酵时连接充气泵进行充气。

排气口:在酒精发酵时排出产生的CO2。

与排气管相连的长而弯曲的胶管:防止空气中微生物的污染。

出料口:是用来取样的。

(2) 该装置的使用方法

使用该装置制酒时, 应关闭充气口;制醋时, 应将充气口连接气泵, 输入氧气。

特别提醒:

1.酵母菌有氧呼吸时, 产生能量多, 可大量繁殖;在无氧呼吸时, 产生能量少, 仅能满足自身代谢, 基本不繁殖, 所以利用酵母菌进行工业生产时先进行通气再密封。

2.材料的选择与处理:选择新鲜的葡萄, 榨汁前先将葡萄进行冲洗, 再除去枝梗, 以防葡萄汁流失及污染。

3.防止发酵液被污染:榨汁机要清洗干净并晾干;发酵瓶要清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒;装入葡萄汁后要封闭充气口。

4. 葡萄汁装入发酵瓶时, 要留有大约1/3的空间, 这样既为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气, 又能防止发酵旺盛时汁液溢出。

(三) 腐乳的制作

1. 腐乳发酵是利用了多种微生物的共同作用, 但以毛霉为主。

2. 腐乳发酵的实质是利用酶的专一性将不易被吸收的大分子物质转变成易于吸收的小分子物质的过程。

3. 细节问题:

(1) 腐乳制作时, 参与的微生物很多, 但主要是毛霉。

(2) 含水量70%为宜, 过高、过低都影响腐乳的品质——形状、口味等。

(3) 卤汤中盐、酒、香辛料都有杀菌、防腐与调味的功能。

(4) 毛霉属于真菌, 分为直立菌丝和匍匐菌丝, 呈白色。

(5) 制作原理:毛霉产生蛋白酶和脂肪酶, 将豆腐中的蛋白质、脂肪分解为多肽、甘油和脂肪酸等物质。

(四) 制作泡菜并检测亚硝酸盐含量

1. 实验原理:

(1) 利用乳酸菌制作泡菜的过程中会引起亚硝酸盐含量的变化; (2) 在酸性条件下, 亚硝酸盐通过显色反应, 与已知浓度的标准液对比, 可以估算泡菜中亚硝酸盐的含量。

2. 实验流程:

三、高考真题及经典题品析

例1 (2012·江苏高考) 下列关于制作果酒、果醋和腐乳的叙述, 合理的是 (多选) ( )

A.在果酒发酵后期拧开瓶盖的间隔时间可延长

B.条件适宜时醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成醋酸

C.果酒发酵过程中发酵液密度会逐渐减小

D.将长满毛霉的豆腐装瓶腌制时, 底层和近瓶口处需加大用盐量

知能定位本题考查发酵食品加工的基本方法这一知识点, 涉及果酒、果醋和腐乳制作过程的原理和方法, 属于了解层次。

试题分析在果酒发酵后期, 由于瓶中的营养物质减少, 单位时间内产生的CO2量减少, 所以拧开瓶盖的间隔时间可以延长, A项正确。在糖源、氧气充足的条件下, 醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成醋酸, B项正确。果酒发酵过程中, 营养物质消耗, 并且有水的生成, 密度会逐渐减小, C项正确。将长满毛霉的豆腐装瓶腌制时, 近瓶口表面的盐要铺厚一些, 但底层不需要大量用盐, D项错误。

答案ABC

例2 (2012·海南高考) 回答下列关于腐乳制作的问题:

(1) 腐乳是豆腐经微生物发酵后制成的食品。多种微生物参与了该发酵过程, 其中起主要作用的微生物是_______, 其产生的蛋白酶可将豆腐中的蛋白质水解为_______和_______;其产生的能将豆腐中的脂肪水解为_______和_______。

(2) 发酵完成后需加盐腌制, 加盐还可以抑制_______生长。

(3) 腐乳制作的后期可加入由酒和多种香辛料配置而成的卤汤。卤汤具有一定的防腐作用外, 还能使腐乳具有独特的_______。

知能定位本题考查腐乳制作的原理和流程, 涉及具体操作过程的作用和意义, 属于识记水平。

试题分析本题从以下几个方面考虑: (1) 发酵过程中起作用的微生物有多种, 如青霉、酵母、曲霉、毛霉等, 其中起主要作用的是毛霉。毛霉产生的蛋白酶可将豆腐中的蛋白质水解成多肽和氨基酸, 产生的脂肪酶能够将豆腐中的脂肪水解为甘油和脂肪酸。 (2) 发酵过程中加盐腌制, 不仅可以调制风味, 而且能够抑制杂菌等其他微生物。 (3) 腐乳制作后期加入卤汤, 卤汤不仅可以防腐, 还可以使腐乳具有独特的风味 (或香味) 。

答案 (1) 毛霉肽氨基酸脂肪酶甘油脂肪酸 (2) 微生物 (3) 风味 (其他合理答案也可)

例3 (2010·江苏高考) 下图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化过程, 下列叙述正确的是 ( )

A.过程 (1) 和 (2) 都只能发生在缺氧条件下

B.过程 (1) 和 (3) 都只发生在酵母细胞的线粒体中

C.过程 (3) 和 (4) 都需要氧气的参与

D.过程 (1) ～ (4) 所需的最适温度基本相同

知能定位本题以流程图为载体主要考查了果酒和果醋的制作过程及有氧呼吸与无氧呼吸的异同点, 属于分析判断层次。

解题指导解答本题的关键是掌握果酒和果醋制作的不同条件及细胞呼吸的过程、场所。据图分析可知: (1) 是细胞呼吸的第一阶段; (2) 是无氧呼吸的第二阶段; (3) 包括了有氧呼吸的第二、第三两个阶段; (4) 是乙醇氧化为醋酸阶段。A项中 (1) 过程在有氧或无氧的条件下都可以进行, 故A项叙述错误。B项中 (1) 过程是在细胞质基质中进行而非线粒体, 故B项叙述错误。C项中 (3) 包括了有氧呼吸的第二、第三两个阶段; (4) 是乙醇氧化为醋酸阶段, 它们都必须在有氧的条件下才可以进行, 故C项叙述正确。D项中 (1) 、 (2) 、 (3) 是果酒制作阶段的化学反应, 其适宜的温度为18℃～25℃, (4) 是果醋制作阶段的化学反应, 其适宜的温度为30℃～35℃, 故D项叙述错误。

答案C

易错点击本题容易由于不能准确判断图中数字所代表的生理过程及果酒与果醋制作过程中所需的不同条件而出错。

例4 (2012·北京海淀期中练习) 人们利用某些微生物制作食品时, 需要分析微生物的特点, 控制微生物的发酵条件。下列与此有关的各项内容都正确的是 ( )

解题指导本题考查微生物的应用知识, 考查内容较广, 比较贴近生活。A项制果酒时是利用酵母菌的无氧呼吸来生产酒精, 所以不能通气。C项应该先接种毛霉, 让其生长, 再加盐。D项制泡菜用乳酸菌, 而不是醋酸菌。

答案B

四、模拟训练

1.下列关于果酒和果醋制作的叙述, 错误的是 ( )

A.制作果酒时瓶口需密闭, 但应定时拧松瓶盖以放出产生的二氧化碳

B.在变酸的果酒表面观察到的菌膜可能是醋酸菌在液面大量繁殖形成的

C.温度对酵母菌酒精发酵的影响很大, 而对醋酸菌的发酵影响不大

D.制作果酒和果醋时都用70%的酒精对发酵瓶消毒并注意无菌操作

2.用葡萄制作果酒和果醋是一个连续的过程。下列有关叙述中, 错误的是 ( )

A.制作果酒和果醋的连续过程中要保持温度恒定

B.制作葡萄酒的过程中, 要定时拧松瓶盖放出CO2

C.葡萄酒的自然发酵中, 起主要作用的是野生型酵母菌

D.变酸的酒表面常有一层由醋酸菌大量繁殖而形成的菌膜

3.在制作腐乳时, 加卤汤密封腌制过程中, 对腐乳风味和质量无影响的因素是 ( )

A.酒的种类和用量

B.周围环境中的湿度

C.香辛料的组成和用量

D.腌制的温度和时间

4.下列关于生物技术实践的叙述中, 错误的是 ( )

A.加酶洗衣粉中添加的酶包括纤维素酶、脂肪酶、淀粉酶和碱性蛋白酶等

B.与斐林试剂检测相比, 用尿糖试纸检测尿液中的葡萄糖, 特异性更强、灵敏度更高

C.利用PCR技术扩增目的基因时, 引物Ⅰ和引物Ⅱ的碱基序列应互补

D.腐乳制作过程中, 添加料酒、香辛料和盐均可以抑制杂菌的生长

5.下列关于造成相关实验失败的原因分析中, 正确的是 (多选) ( )

A.制作腐乳的卤汤时, 料酒加的量较多会造成豆腐腐败变质

B.制作泡菜时, 放盐的比例过大会造成泡菜腐烂发霉

C.制作果醋时, 通氧不足或温度过低会造成发酵失败

D.用加酶洗衣粉洗涤污渍时, 浸泡时间不足会造成洗涤效果差

6.下面是果酒和果醋制作的实验流程和某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。根据图示回答下列问题:

(1) 请将图1中的实验流程补充完整。

(2) 冲洗的主要目的是_______, 冲洗应特别注意不能_______, 以防止菌种的流失。

(3) 图2中的充气口在_______时关闭, 在_______时连接充气泵, 并不断向内_______。

(4) 排气口在果酒发酵时排出的气体是由_______产生的_______, 在果醋发酵时排出的是_______。

(5) 从细胞核的构造看, 酵母菌属于_______生物, 醋酸菌属于_______生物。用_______染料使染色体着色, 发现一个酵母菌细胞核中有17条染色体, 该酵母菌是_______倍体。

(6) 葡萄酒呈现红色的原因是_______, 重铬酸钾在酸性条件下与酒精的颜色反应为_______色。

7.人类利用微生物发酵制作果酒、果醋的历史源远流长。请回答以下发酵有关的问题:

(1) 喝剩的葡萄酒放置一段时间后变酸的原因是_______。

(2) 某研究性学习小组用固定化的酵母细胞发酵无菌麦芽汁制酒, 发酵条件符合操作要求, 10天后检查发酵瓶发现麦芽汁几乎无酒味, 请分析发酵失败可能的原因:

(1) _______; (2) _______。

(3) 该小组同学用琼脂作载体, 用包埋法固定!—淀粉酶来探究固定化酶催化效果。实验结果如下:

(注:假设加入试管中的固定化淀粉酶量与普通!—淀粉酶量相同)

1号试管变蓝的原因是_______。

8.蔬菜腌制是我国传统的蔬菜加工方法, 腌制的泡菜、酸菜等是人们喜爱的菜肴。但近来科学研究发现, 蔬菜在腌制过程中, 会产生亚硝酸盐, 引发了“腌制食品与人体健康”的讨论。某兴趣小组就“泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化”展开了研究, 操作如下:某年1月4日下午选取l、2、3号三只相同的泡菜坛, 在每个坛中加入洗净的新鲜莲花菜0.6kg, 再分别倒入相同量的煮沸过的10%盐水, 将坛密封, 置于同一环境中。封坛前进行第一次取样测定亚硝酸盐含量, 作为对照, 后来定时测定, 结果见下图。请问:

(1) 在腌制过程中, 会出现坛中溶液量增加, 这是由于_______。

(2) 根据图中数据, 可知在腌制过程中的第几天, 泡菜中的亚硝酸盐含量达到最高值?_______。若要食用, 至少要在腌制的第几天比较好?_______。

(3) 为了降低亚硝酸盐含量, 泡菜加工过程中可以采取什么措施?请简要谈一点你的想法。_______。

参考答案:

1.C

2.A

3.B

4.C

5.CD

6. (1) 醋酸发酵

(2) 洗去浮尘反复冲洗

(3) 果酒发酵果醋发酵泵入空气 (氧)

(4) 酵母菌二氧化碳 (CO2) 剩余含氧量少的空气及二氧化碳

(5) 真核原核龙胆紫或醋酸洋红单

(6) 红色葡萄皮中的色素溶解在发酵液中灰绿

7. (1) 醋酸菌发酵产生醋酸

(2) (1) 海藻酸钠浓度太低, 固定的酵母菌数量太少 (2) 海藻酸钠融化时未等冷却就将活化的酵母菌液倒入

(3) 因为淀粉分子太大, 难以通过琼脂扩散与淀粉酶接触而导致反应无法进行

8. (1) 外界溶液浓度过高使细胞渗透失水, 另外细菌进行有氧呼吸产生了水

(2) 第3天第10天

(3) 防止杂菌的污染;在腌制过程中注意腌制的时间, 控制好温度和食盐的用量。温度过高, 食盐用量不足10%, 腌制时间过短, 易使细菌大量繁殖导致亚硝酸盐含量增加

全景技术 篇2

区块链、人工智能等被誉为继互联网之后下一代颠覆性的核心技术，是工业经济时代转型为数字经济时代的新动力。2018年区块链发展趋势如何？ CIFC智库 区块链 百人会认为，2018年将是“区块链 ”元年，区块链技术将与产业应用结合，将以“区块链 ”为核心，构建区块链 金融、能源、物流、文化、媒体、娱乐、工业、农业、知识产权、旅游、房地产等行业与领域的应用模式。

区块链技术应用全景图基于鲸准对区块链项目梳理分类:

一、底层技术及基础设施层基础协议：

基础协议通常是一个完整的区块链产品，类似于我们电脑的操作系统，它维护着网络节点，仅提供Api供调用。这个层次是一切的基础，使用网络编程、分布式算法、加密签名、数据存储等技术来构建网络环境、搭建交易通道以及制定节点的奖励规则，典型的例子国外的以太坊，国内的NEO（小蚁）。

硬件：区块链相关硬件则主要由比特币矿机的制造售卖厂商以及区块链路由器提供商构成。嘉楠耘智是国内最大的ASIC芯片设计研发企业，已获得趵朴投资、锦江集团、暾澜资本等近3亿融资，此轮融资后该公司估值近33亿人民币。旗下的阿瓦隆矿机，以先进的架构和优秀的性能，受到各大矿工的追捧，经常一机难求。

二、通用应用及技术扩展层通用应用及技术扩展层主要是为了让区块链产品更加实用以及面向开发者提供服务以便构建基于区块链技术的应用，这一层使用的技术基本没有限制，之前提到的分布式存储、机器学习、大数据等技术均可被使用。

快速计算：快速计算主要是在底层区块链基础上进行优化，借以解决底层区块链固有的一些问题，提高区块链的计算速度。例如闪电网络（lightning network）是创建一个能够以高容量和高速度进行交易的参与者的安全网络，具有即时付款、扩展性强、低成本、可跨区块链交易的特点。智能合约：

智能合约就是“可编程合约”，或者叫做“合约智能化”，其中的“智能”是执行上的智能，也就是说达到某个条件，合约自动执行，比如自动转移证券、自动付款等，这将是区块链技术重要的发展方向。

信息安全：信息安全部分的项目主要是保障开发的安全性以及区块链网络中信息内容的安全性，可以使得开发者进行更加安全的开发和管理应用程序，个人和企业的交易数据得到保障。

数据服务：数据服务主要包括数据共享、数据库、数据保护三项服务，数据共享项目是建立一个基于区块链的市场和管理平台，在此基础上提供数据保全和安全存储的服务则构成数据保护，数据库则是为开发者或企业提供数据库基础设施。区块链BAAS：区块链BAAS是基于已有的区块链技术开发的去中心化平台，提供基于公链的实例服务。企业解决方案：

区块链解决方案为区块链的企业级应用，为特定的商业场景提供一整套的解决方案。

挖矿服务：挖矿服务主要为需求方提供算力，此类项目要么与矿厂进行合作，要么集合全网用户的算力进行再分配。防伪溯源：平台级别的防伪溯源项目一般基于区块链、物联网等相关技术辨别商品、产品的真假，解决中间链条不透明的问题。

三、区块链 行业应用层【金融】

区块链项目在金融领域的探索主要集中在支付、房地产金融、企业金融、保险、资产管理、票据金融等领域。在国内，不仅是新兴区块链创业企业，如中国银联、招商、民生等银行和蚂蚁区块链、众安科技在内的科技巨头已经开始布局并落地了相应的平台与项目。利用区块链的去中心化、不可篡改的特性对于金融各个环节的风险有了更好的把控，从而降低了金融流程中的成本。【娱乐】

区块链应用较为早期的2C类业务主要衍生在娱乐社交领域。在音乐创作中区块链可以帮助创作者规避抄袭的争议。基于区块链做的虚拟偶像、游戏、直播等项目让虚拟财产交易和保护更加透明。游戏行业是非常火热的一个应用概念，因为游戏账号和游戏装备是最常见的一种虚拟资产，最容易与区块链和虚拟货币相结合。ugChain团队(UGC币)近期将有新的应用产品发布，希望可以推进区块链在游戏行业和虚拟资产中的发展。

【物联网】曾有机构预言供应链和物联网将是区块链迅猛发展的下一片沃土。这得益于区块链带来的交易共享性和不可篡改性，这提高了供应链在物流、资金流、信息流等实体协作沟通效率，改善了多方协作时的争议。【医疗】

针对医疗的数据安全和患者隐私保护，区块链的匿名和去中心化的特性得到了很好的应用。这让医联体之间进行远程数据共享、分布式保障与存储管理更加安全。【能源】

在能源领域最为广泛应用的是智能电网。针对每一度电用区块链可以从来源到使用建立完备的数字档案，为电站提供数据支持和资产评估依据。区块链还可以释放分布式资源的多余电力，如回购民用屋顶太阳能产生的冗余资源。

【公益】在公益事业中，应用最多的还是区块链的溯源能力，追溯善款的去向，让捐赠者安心； 【农业】也是利用区块链的溯源能力，追溯农产品的来源，让食用者放心。

空间实验全景播放 篇3

多模态微波遥感器 太空演好戏

多模态微波遥感器是我国第一台实验性的微波遥感系统，也是神舟四号飞船有效载荷应用任务中的重头戏。

与可见光和红外遥感相比，微波遥感器有其独特的优越性，它不受云、雷、雨的限制，可以全天时、全天候工作，而且对土壤和植被具有一定的穿透能力。

三种微波遥感器即微波辐射计、雷达高度计和雷达散射计在这项研究中担任“主角”，在太空上演一出出好戏。

微波辐射计主要用于探测土壤温度、降水、大气水汽含量、积雪、土壤成分、海面温度；还可以得到植被生长情况，对农作物进行估产。

雷达高度计可获得海浪的有效波高、海洋环流等海洋动力学参数，对全球军事、自然灾害研究有十分重大的意义。

雷达散射计可以测量海面风速与风向，从而测到海面风场，可应用于海洋动力研究、海况预测及灾害监测等许多方面。

这项应用任务将为我国海洋卫星、气象卫星上的微波遥感有效载荷的研制，为全天候信息的获取打下坚实的基础。

看液滴在太空起舞

神舟四号飞船有效载荷实验中，首次在长时间稳定的微重力环境下进行空间微重力流体物理科学实验。这一实验如同在太空开一场别开生面的“舞会”。

在太空中，不同大小的液滴摆脱了地球引力、浮力的羁绊，像一个个自由的“舞者”；“舞场”经过精心的设计，是一个有连续温差的硅油液；“舞者”将经历从冷到热的变化，依靠因温差产生的界面张力，在“舞场”中翩翩起舞，跳出专业上称作热毛细迁移的独有太空“舞步”。研究人员将利用自行设计的仪器将每一个“舞者”的每一个“舞步”精确记录下来，并传输回地面进行研究。

中科院国家微重力实验室的研究人员介绍说，在未来的空间材料加工、晶体掺杂、空间焊接、电泳过程中以及航天员生保系统等都会遇到液滴或气泡的迁移问题。空间微重力流体物理实验将为寻找空间气体、液体排出或是定向移动的方法，提供相关的理论依据，建立基本的理论模型，解决太空生活的实际问题。

小白鼠娇生惯养

此次动物细胞的融合实验，采用的是小白鼠淋巴细胞和骨髓瘤细胞。据介绍，实验用的淋巴细胞是从纯种小白鼠的脾脏得到，这些纯种小白鼠，在饲养8周后，开始注入抗原进行免疫，三周为一周期，共注射四次抗体。这样，在小白鼠生长到17周到18周左右，在第三次注射抗原后5～7天内，从小白鼠尾静脉中取血，制备血清，血清中抗原达到一定量，就可以被用于细胞融合的解剖对象了。虽然这次实验只需要8只小白鼠，但为了完成这次实验，发射场的实验室内共有40只小白鼠等待献身，另外还有32只在上海备用。

在发射中心的新家，为保证它们的安全，发射场的战士们24小时为它们“站岗放哨”。

走进小白鼠生活的无菌实验室，马上会闻到一股怪怪的鱼腥味，令人不太习惯，但小白鼠的饲养条件格外讲究，它们生活在无菌环境中，所有笼子、笼具都经过消毒；它们的食物里富含各种维生素、矿物质等多种营养成分；它们在上海喝的是无菌水，在发射场喝的是农夫矿泉水。小白鼠自己也非常爱干净，它们会集中在笼子的一边排泄，让自己休息的另一边保持清洁，垫在笼子里的木屑也被它们拉到干净的一侧。令人惊讶的是，一只小白鼠的饲养费每个月只有5元。

据参试人员介绍，淋巴细胞可以产生抗体但不能繁殖，而骨髓瘤在体外可以无限繁殖，利用它们的各自优势进行细胞融合，将可以得到能够在体外产生单克隆抗体的杂交体，用以产生单克隆抗体。在地面，这两种细胞的地面融合率大约在10-4到10-5左右。神舟飞船在轨飞行时处于微重力的环境，进行细胞的融合，可以验证几年来进行的地基研究的结果，并力争在实验方法和技术上有所突破。

飞船高度精定位

天上飞行的飞船到底离我们有多远?为了配合多模态微波遥感器对地观测系统的实验，中国科学院首次进行了综合精密定轨实验，将在预定的定轨区域内的径向测量精度提高到2～3米，力争1米；这还将对国内低轨卫星轨道的精确测量工作起到促进作用。

这次的精密定轨实验主要采用三种方法进行，再结合动力学和几何学的方法，对观测资料进行处理，以精确确定飞船的运行轨道。

第一种方法是利用全球定位系统，测量仪器装在飞船内。这种方法可以实时获得飞船全球定位的观测数据，再经过进一步的计算，得出最终数据。

第二种方法是统一S波段测速测距系统，这是国际常规测轨手段之一，也是飞船上已有的手段。这种方法不受天气条件的影响，测速精度较高。

第三种方法是激光测距系统。科研人员在飞船的腹部装上激光反射镜，在飞船到达测控区内时，从地面发射出激光束，打到飞船的反射镜后反射回地面的接收设备，来测量飞船的在轨高度。这种方法在观测条件好的时候，可以获得厘米量级的测量精度，作为精密定轨的校验手段，来判断定轨结果的准确程度。

为载人派出“太空哨兵”

正如飞机的飞行安全会受到雷电、暴风、骤雨等大气天气条件的影响一样，飞船和航天员的运行安全也会受到太空中的“空间天气”的影响。

神舟四号飞船将国内现有的各种用于空间环境探测的仪器都纳入到空间环境监测系统中，装上了飞船，发挥其“太空哨兵”的作用，在飞船发射、运行、返回及留轨运行期间，进行实时空间环境监测，及时将“空间天气”情况通报给飞船控制管理人员，为未来载人打下基础。

空间环境的探测仪器包括安装在附加段的高能质子重离子探测器、高能电子探测器、低能粒子探测器；安装在返回舱的固体径迹探测器，以及在神舟二号和神舟三号上发挥过重要作用的大气密度探测器和大气成分探测器等。

植物苗倍受呵护

发射前夕，上海生命科学研究院植物生理生态研究所的科技人员，在发射基地的实验室里，按不同的时间段精心培育了8批次植物苗，这些植物苗分为两个品种。神舟四号飞船上用于植物融合的细胞就从它们之中提取。

为了养好这些植物苗，实验室中安装了电脑定时开关器，根据它们最适宜生长的湿度和温度，进行实时调控。

这些植物苗被栽培在专门的营养 土壤中，喝的是蒸馏水，经过六周的生长，就可以从中提取细胞了。植物苗分成两个品种，提取的一号细胞被去掉细胞壁，与二号细胞在空间融合。为使空间实验用细胞有更强的活力，直到发射前两天，才从其中的一批生长时间为6周的植物苗中提取细胞。

据参加该项目研究的科技人员介绍，之所以挑选这两种植物苗，是由于它们本身的细胞特征明显，并已经进行了大量深入的研究。从陆地的实验结果看，一号植物开的是粉花，二号植物开的是黄花，将两种植物细胞融合后，再生植株开出的是黄花，但形状却和一号植物相同。

由于细胞的密度是不同的，因此在地面上受重力影响细胞的融合是一个难题。在微重力条件下，重力的沉降现象消失了，从理论上讲细胞更容易组合。

融合后的细胞为细胞遗传物质的修饰提供了各种各样的可能性，尤其在生物制药上有更深远的意义。

电泳实验空间做

与细胞融合实验正好相反，在神舟四号上第一次进行的生物大分子和细胞的空间分离纯化实验，是将生物样品利用电泳的方法分离提纯。

神舟四号飞船发射前一周，“生物大分子和细胞的空间分离提纯化实验”进行了最后一次地面电泳实验研究。实验用生物样品与太空飞行使用的是同一批样品，经过电泳实验分离提纯后，在电场的作用下，细胞色素C分子与牛血红蛋白分子分离开，在透明的玻璃试管中分别呈现出淡黄色和淡粉色。

中国科学院上海生命科学研究院研究人员介绍，这次太空实验样品在太空连续分离时间设计为1小时。实验中，样品被分级收集并在太空中进行光电检测，检测仪器与陆地完全一致。

据介绍，电泳的基本原理就是离子在外加电场下的迁移现象。由于各种离子在同一电场中的迁移率不同，从而达到分离的目的。在陆地上进行的电泳实验，分子因重力影响而产生热扩散，使样品的分离效果大幅度降低。而在太空环境中的电泳实验，消除了重力的影响，样品的分离率大幅度提高。

上世纪80年代，美国、德国都做过不少空间电泳实验。NASA和麦道公司曾联合在航天飞机上进行过七八次空间电泳实验，结果表明，提纯纯度比地面高出5倍。用这种方法对一些高纯度的生物材料如氨基酸、多肽、蛋白质、核酸以及各种细胞的分离纯化，是生物医学和生物技术领域基础的应用技术。

我国首次在太空进行的电泳实验重在掌握空间电泳的基本技术和方法，主要目的是研究在微重力环境下有关电泳迁移率及各种影响因素而导致的动态过程稳定控制，分辨率控制以及空间制药分离纯化设备的设计技术等问题。

公用设备担重任

神舟四号有效载荷中的公用设备与神舟二号、神舟三号相比几乎完全一致，只是根据神舟四号飞船上不同有效载荷和不同需求作了局部的适应性修改。据介绍，由于有效载荷公用设备分系统是有效载荷的支持系统，承担了有效载荷供配电、数据管理和传输等极其重要的任务，因此公用设备是否正常工作将直接关系到有效载荷任务的成败。

在公用设备的系统设计中，对于主要数据通路和主要设备都采取双冗余备份，主设备万一出现故障，将进行系统重构，切换为备份设备工作，避免了单点失效，确保飞船上各项科学实验顺利进行。但从神舟二号和神舟三号在轨运行情况来看，公用设备具有很高的可靠性，主设备工作正常，到目前为止还从未使用备份设备工作。

公用设备分系统由有效载荷电源、数据管理、数据传输和微重力测量子系统组成，为有效载荷提供了多项服务。公用设备将飞船上分散的有效载荷连接起来，构成相对独立的有效载荷系统，为有效载荷供配电和提供二次电源，进行有效载荷数据采集、处理、存储和传输，指令分发，信息共享及运行管理，同时通过S波段高速数传信道将有效载荷的科学数据及工程参数由飞船传输到地面接收站。据参试人员介绍，早在设计神舟二号有效载荷的公用设备时，就充分考虑了公用设备既要尽可能地减少飞船系统技术状态的变化，又要适应各艘飞船有效载荷的变化。因此在公用设备的系统设计中采用了多项先进的国际标准。并首次在国内航天器上采用了先进的CCSDS高级在轨系统数据标准，并研制成功实现CCSDS标准的关键——高速多路复接器。高速多路复接器运用虚拟信道和分包遥测的概念，将各种不同速率、不同应用过程、不同性质的数据异步复接为符合CCSDS标准的串行位流数据通过S波段发射机传输下行。

公用设备中的固态大容量存储器用于存储和回放多模态微波遥感和GPS的数据。该设备实现了RS纠错编码、存储失效检测和旁路功能，具有很高的可靠性。公用设备采用QPSK调制方式的S波段发射机传输有效载荷的高速数据。

全景技术 篇4

“世界这么大,我想去看看”还记得这句史上最具情怀的辞职宣言吗?随着人们生活水平的提高和观念的改变,越来越多的人希望走出家门,来一场说走就走的旅行。旅游已经成为我们生活的一部分,绝大多数人在旅行前都会先上网对旅游目的地景致及交通住宿等作相关了解及规划,旅游网站蓬勃兴起,虚拟旅游概念和技术也应运而生。

虚拟旅游是通过互联网或其他载体,将旅游景观动态地呈现在人们面前,让旅游爱好者根据自己的意愿,来选择游览路线、速度及视点,足不出户就可以遍览遥在万里之外的风光美景。[1]纵观国内外著名的旅游网站,绝大部分网站都是提供订房、购票或团游等商务信息,景观信息往往只是以文字配静态图片的攻略形式呈现。当然街景地图的出现方便了人们的出行,但是很多旅游景点是街拍车覆盖不到的。现阶段虚拟旅游平台主要以三维为主,三维版本的虚拟旅游平台制作难度大,耗时长,成本费用高,本文介绍一种基于静态照片的3600全景漫游动画效果的实现,为众多景点快速打造虚拟旅游平台助力,其用途还可延伸到室内外漫游展示如房地产、酒店等其他行业。

2 实现方法

目前的虚拟旅游系统基本上围绕着如何构建虚拟旅游场景来进行。当前国内外采用的设计与实现方法有四种:基于编程、基于模型导入、基于图像绘制(image-based rendering,IBR)和基于Web Gl S的方法。[2]基于静态全景图像的360°漫游动画采用实景照片,能很好地展示场景的真实环境,实现方法相对简单,制作基于静态图像的漫游动画的过程主要有两大步骤,第一步是拍摄照片素材合成全景图像;第二步是制作拥有交互功能的360°漫游动画。漫游动画效果与全景图像的品质有关,动画制作的难点主要是交互控制“皮肤”的设计与制作。国内有许多优秀的国产软件可以很好地实现全景漫游效果,如上海八倍公司出品的全景漫游者,北京中视典公司的VRP软件等,这里我们采用Garden Gnome Software公司的Pano2VR软件。百度搜索软件名称可轻松获取到多个版本的软件,你也可以到官网(http://ggnome.com/pano2vr)去下载最新的免费试用版进行测试,目前最新版本是5.0.2。软件的安装也非常简单。该款软件只需要导入全景图片,就可以完成Flash、HTML5和Quicktime VR格式的拥有交互功能的全景漫游动画,并且支持网站、移动设备上进行播放。下面我们开始行动吧!

2.1 拍摄素材照片

首先,我们需要拍摄好合成全景图所需的照片素材。一般每个场景拍摄8至12张较为合适,如果你有专业摄影器材当然更能保证全景图质量。拍摄全景照片一般要用到三脚架、云台和相机,云台按照设定的角度间隔水平旋转一周拍摄一组照片。如果没有云台等设备,那么在环形拍摄时要尽量注意相机要平稳及间隔角度要均匀,相邻相片间要有重叠部分。另外现在手机拍摄功能也越来越强劲,多款手机都有全景拍摄功能,能为后期图片合成省不少力。图1所示的是拍摄的照片素材及合成的全景图。

2.2 Photo Shop合成全景图及后期处理

其次是合成全景图,我们使用经典的Photo Shop来实现全景拼接。启动PS软件,执行菜单命令:文件→自动→Pho⁃tomerge命令,在弹出的对话框中单击右侧“浏览”按钮,选择素材路径并全选照片素材,“确定”后PS就会自动将多张部分重叠区域的照片拼接起来。自动拼接效果与前期拍摄的素材照片关系很大,图1所示照片是手持相机拍摄的,自动拼接后还要进行二次处理。在PS中先执行:图层→合并图层,然后再使用仿制图章、修补等工具,另外还要注意最终全景照片的左右两端要求无缝对齐,最后输出时还要执行:图像→图像大小,将图像宽度控制在3000px之内。PS照片处理过程我们简略以图2标识说明:

2.3 利用Pano2VR制作全景漫游动画

接着就可以开始制作3600全景漫游动画。启动Pano2VR4.1.0(其他版本操作方法基本一致),可以直接将准备好的全景图像直接从目录窗口中拖到Pano2VR工作界面左侧“输入”区十字格框中,当然单击“选择输入”按钮功能一样。如图3所示:

单击图3“显示参数”区中的“修改”按钮,在单击的对话框右侧是预览区,用鼠标拖曳就可以看到全景图在随鼠标上下左右移动,我们将预览区中的图案调整到希望初始出现的画面,单击左侧“显示参数/限制”中的“设定”按钮,其余参数应用默认值,如图4所示:

其实至此我们这个景点的全景漫游效果就基本完成了,观察Pano2VR工作界面中部的“输出”区,我们应用默认的Flash格式,单击“增加”按钮激活“Flash输出”对话框。此对话框有5个选项卡,在“设定”选项卡中左侧参数一般选择默认,右侧选中“开启自动旋转”,将平移速度改小到0.1左右,单击“皮肤”列表可以选择一款系统内置的模板,单击下方的“输出”区中的“打开”按钮可以设置输出文件的路径及文件名。“视觉效果”选项卡的“开启穿越过场效果”主要是针对于多个景点跳转切换时的过渡效果,单个景点不需要开启。“高级设置”选项卡中的“控制”区中的“灵敏度”参数值一般设置为1~4,鼠标操控全景动画时更好控制,“运动”可选择“惯性”,增强操控动画体验,“右键菜单”区可选中“全屏”和隐藏程序信息,并输入个人信息及链接,热点文本框默认开启。“多重分辨率渐进浏览”和“HT⁃ML”主要针对网络浏览效果,此处略过,所有参数设定好后单击“确定”生成第一个全景漫游动画。主要输出参数设置及动画效果如图5所示:

2.4 全景漫游动画交互功能的实现

“交互热点”和“皮肤”负责全景漫游动画的交互功能的实现。图5全景动画效果的最下方就是系统提供的“皮肤”按钮,“皮肤”和图3中的“交互热点”二者担负着全景漫游动画的交互工作。假设有多个景点,需要从一个景点的漫游动画跳转到另一个景点的漫游动画,执行菜单命令:漫游→添加全景,可新增另一个景点,在Pano2VR工作界面最右侧的漫游浏览器中可以很直观地看到新增的各个景点,如果最右侧的漫游浏览器不可见,只要执行菜单命令:漫游→显示漫游浏览器即可。另外,“Flash输出”的“视觉效果”选项卡中要选中“开启穿越过场效果”复选框,不勾选“开始时放大画面”和“收尾时缩小画面”其过渡效果与街景地图的切换效果更接近。然后单击Pano2VR工作区中“交互热点”栏中的“修改”按钮,激活“交互热点”对话框,选中“交互热点”按钮然后在预览区中的适当位置双击新增一个热点并在对话框上方的文本框中填写相关参数,另一个景点的漫游动画和交互热点的制作方法基本相同。新增交互热点的操作要点如图6所示:

添加交互热点后输出全景动画就可以在两个景点中自由切换,不过添加的热点显示一个红色的圆圈不太美观,通常我们会将这两个红圈用相关箭头图案替代,这就需要用到“皮肤”。单击图3所示“输出”区中的蓝色扳手“参数”按钮激活“Flash输出”对话框,单击图5所示的“设定”选项卡右侧“皮肤”栏中的“编辑”按钮,打开“皮肤编辑器”,单击“编辑器”中的“热点”工具,在编辑区中单击新增一个热点,同时可以观察到右侧“树”目录中新增一个交互热点名称,然后将事先准备好的箭头图片从目录中拖进编辑区,在弹出的对话框中选择“按钮”将箭头作为按钮导入,将箭头尖指向热点中心,然后在右侧“树”中将箭头按钮拖曳到交互热点上附着到该热点上,然后双击“树”目录中的交互热点激活“交互热点模板属性”对话框,设定交互热点的ID值与图6所示的皮肤ID值相对应,并且勾选3D变形,然后在“动作/修改器”设置交互动作,具本操作要点如图7所示:

“皮肤”和“交互热点”的配合完成漫游操控操控有一定的复杂度,另外Pano2VR还有添加音视频并加以控制的功能,以及输出HTML5格式文档的功能,如果你在制作过程中遇到困难,那么你可以百度到马良中国(http://www.mlabc.com)网站去看小志老师的Pano2VR详细的视频教程。

4 总结

目前虚拟漫游动画主要有两种类型,一种是二维的基于静态全景图像的360°漫游动画,另一种是三维的基于3D模型的虚拟漫游动画。[3]基于3D模型的虚拟漫游动画是模拟真实的三维环境,建模复杂难度系数高,工作量大并且耗时长,制作成本和技术门槛高。而基于静态景观照片的3600全景漫游技术具有快速便捷的优势,技术相对简单,而且因为采用真实的照片来模拟景观现场环境,因而现实感更强,也能使客户获取较好的沉浸感和用户体验,完全可以胜任快速开发景区虚拟旅游平台的工作,适合大面积推广应用,使得众多的地方景观名胜地点也能快速创建虚拟旅游平台,改变目前虚拟旅游平台建设中,仅仅是那几个屈指可数的如故宫等著名景点才能拥有虚拟旅游平台的现状,同时对振兴地方经济,宣传推广地方景观和城市特色有较大的帮助。

摘要：虚拟旅游是建立在现实旅游的景观基础上,利用网络技术和虚拟现实技术,构建一个虚拟环境,使人们可以通过网络在虚拟环境中浏览千里之外的美景风光。虚拟旅游技术实现主要有三维和二维两种,其中三维虚拟旅游平台开发难度大耗时费力,不适合全面普及,而二维模拟实现技术简单,快捷,效果也较好,适合推广到众多地方景点的虚拟旅游开发。本文介绍基于静态图像的3600全景漫游动画的制作技术。

关键词：全景漫游,虚拟旅游,PhotoShop,全景图,Pona2VR

参考文献

[1]徐素宁,韦中亚,杨景春.虚拟现实技术在虚拟旅游中的应用[J].地理学与国土研究,2001(3).

[2]刘思凤,贾金原.基于Web的虚拟旅游环境的开发及其关键技术[J].计算机应用研究,2008(9).

全景照片拍摄技巧 篇5

图片作者：酒干倘卖无

拍摄要点

用来拼接全景的照片有一定要求，如曝光值相近、色调相近、依次排列、相互稍微重叠等等，拍摄时有些注意事项。

一、焦距的选择

图片作者：brice Canon EOS 7D EF17-40mm

有人认为拍摄全景照片时要使视角尽可能的大，因此应该用最短的焦距(广角镜头或变焦镜头的广角端)，这样需要拼接的照片幅数少。其实这是一种误解，拍摄时省了事拼接时就麻烦了。因为广角镜头透视效果强烈，尤其是画面的边缘，容易发生扭曲，拼接时很难做到天衣无缝。但是广角有广角的好处，可以形成更强的透视感。比如上图为Canon EF17-40mm 拍摄的作品，成片除了全景视角外，透视关系很强。

图片作者：mike

所以拍摄时可以使用变形较小的中焦或长焦端拍摄，并且拍摄中途不宜改变焦距，较常用的镜头有EF35mm、EF50mm、EF85mm 等，上图为mike2009的中长焦全景接片。

二、曝光参数

在数多数码相机都有专门的全景模式，在此模式下，相机会自动按拍摄全景照片的要求设置曝光参数，对于没有全景功能的相机要注意以下几点：

不要改变光圈、速度、ISO、分辨率及其他设置

a、测光时使用平均测光，曝光时使用手动曝光或AE锁锁定曝光参数，同一组全景照片的拍摄过程中不能改变光圈、速度、ISO、分辨率及其他设置;

b、使用固定白平衡，使用自动白平衡可能造成不同照片的色调不一致，

三、拍摄方法

拍摄时依照一定顺序(由左至右或由上到下等)拍摄，最好使用三角架平稳旋转，旋转拍摄时要注意转轴垂直，围绕拍摄或逐点平移拍摄时要注意相机高度、角度一 致，一般不要使用闪光灯，闪光灯会造成近亮远暗。拍摄时相邻两幅照片之间要有一定重叠，佳能、卡西欧等品牌的一些数码相机在全景模式下LCD显 示有辅助提示。避免在光照条件剧烈变化的时候(如行云遮日)拍摄，以免各幅画面之间曝光相差太大。拍摄时还要注意避免在衔接处出现移动物体(如车辆及行 人)。虽然选择有明显标志的位置作为衔接点有利于一些自动软件识别、拼接，我们还是建议选择无明显标记、容易混合的部位作为结合部，如水面和远山，这样拼接起来不容易看到接缝。

做到无缝拼接

1.准备一个三脚架。

2.把相机的白平衡调整为多云，如果你设置为自动，那么白平衡在每张照片上也许就可能改变，这样照片的效果就不一样。

3.最好是垂直拍摄，因为这样比水平拍摄来说，更避免了边缘变形。

4.每张照片重叠到百分之二十，确保每张照片有1/4出现在第二张照片上，这样有利于photoshop重叠好照片。

全景拍摄的健将 篇6

通用电气E840s主要规格

此款相机打开后，前伸的三级镜头外部呈现为金属白和金属灰，并有不同的质感和亮度对比，整体观感亮丽时尚。相机前部面板简洁明快，只有对焦辅助灯和闪光灯，中间镶嵌着具有艺术感的GE花体和美术体标志，相机左下角有800万像素以及相机的型号标识，观感简约宜人。

相机背部面板设计简洁明快，左侧为2.7英寸的液晶屏幕，右侧为相机拍摄模式调整和相机拍摄参数调整的转盘，加上分布其间的三个小按钮，可以完成相机大部分功能的控制。这款相机背部的两个转盘和液晶屏幕布局均衡，当相机竖起来的时候，两个转盘看上去像卡通形象的两个大眼睛。

试用

此前使用数码相机进行全景拍摄，要么是单纯在相机内部裁剪画面，获得一张全景画幅比例的照片，这种方法是以降低画面的有效像素数为前提的；另一种全景拍摄的方法就是先用数码相机拍摄同一场景的多张照片，然后后期在电脑上使用影像处理软件进行拼接。这两种方法要么影响了所拍摄画面的质量，要么具有一定的技术难度。而通用E840s的推出无疑为普通用户拍摄全景画面提供了一个轻松自如的解决方案。

在使用通用E840s进行全景拍摄的时候，首先需要通过模式转盘将相机调到全景拍摄模式。这时候画面的中心对焦框下面就会出现1、2、3三个数字，1为黄色背景，表示当前拍摄的是全景照片的第一张素材。在按动快门拍摄之后，液晶屏幕会在画面右边1/5的面积内显示刚才拍摄的画面左边的半透明画面，2变为黄色背景，表示当前拍摄的是全景照片的第二张素材。这时候向左移动相机，使取景的画面的右面1/5与刚才拍摄的画面左边1/5正好重叠，找到全景画面的拼接点。以此类推，拍摄完成3张照片之后，相机内部软件会根据你拍摄时选择的拼接点，自动将拍摄的三张照片拼接在一起。

利用此款相机的全景拍摄功能，我们能够很容易地拍摄到全景照片，而且照片的数据量有很大的保障。但是在具体的拍摄中，要留意三张全景素材照片拼接点的吻合度，同时要注意画面的透视。通过试用拍摄，发现全景照片拍摄功能适合于中远景的拍摄，对于近景拍摄由于透视变形较大，素材照片拼接后效果不是很理想。

电子影像防抖

防抖技术早已经从专业相机领域进入到民用相机的应用中。这款相机虽然采用的不是光学防抖技术，但是电子防抖技术的应用仍然能够帮助用户在低照度下拍摄到清晰的影像。

面部识别

在面部识别技术被广泛应用的今天，GE公司在E840s上也采用了这种技术。面部识别技术的应用，可以有效防止人像拍摄中相机对焦的失误，提高拍摄的成功率。

噪点

此款相机采用的是800万像素的1/2.5英寸CCD，相比同类800万像素的相机，CCD的尺寸比较大，保证了所拍摄画面的清晰度。经过试拍，这款相机的感光度在ISO400的时候，噪点得到了有效控制，画面质量仍然能够接受；在感光度超过ISO800的时候，画面噪点增多，画质下降。

全景拍摄

这款相机具有独特的全景拍摄模式，它能够通过相机内置的软件将实时拍摄的3张照片拼接在一起，从而省去了后期在电脑中使用图像处理软件进行拼接的麻烦。

色彩

面向网络视频的三维全景展示技术 篇7

当前, 在高清晰的电视与超高清晰度电视技术得到高速发展的同时, 各种三维显示和三维电视是当前的发展趋势[1]。针对当前网络视频形式依然比较单一的问题, 本文将三维全景展示技术[2]与网络视频[3]技术有机地结合起来, 以有效实现用户与实景的线上交互, 使用户能获得全新的视频体验。

1 面向网络视频的三维全景展示技术方案

如图1所示, 该方案主要由2项关键技术组成:全景图拼接技术以及三维全景展示技术, 最终形成基于Flash的三维全景展示网络视频, 以丰富当前网络视频的形式, 为用户提供一个全新的视频体验。其中全景图拼接技术是将数张有重叠部分的图像拼成一幅大型的无缝高分辨率图像, 这作为制作三维全景网络视频的基础;三维全景展示技术基于Flash视频技术实现三维全景技术的全方位展示。

2 全景图拼接技术

三维全景展示技术的核心即是全景图拼接技术, 实现全景拼接主要分为4个步骤[4]:图像采集、图像预处理、图像配准、图像融合, 如图2所示。

1) 图像釆集是实现全景拼接的第一步, 目的是获取场景实时图像, 为后续流程提供图像素材。图像采集通常有两种常用的方法: (1) 使用带有鱼眼镜头的照相机, 并将相机固定在三脚架上, 使照相机绕竖直方向旋转进行拍摄, 获取场景图像。 (2) 使用普通镜头照相机拍摄[5], 由于普通镜头的视角限制, 因此需要拍摄三层图像, 便可以获取视点空间内的所有场景信息。

2) 图像预处理是球面全景图生成的基础, 作用是对鱼眼图像进行校正。普通镜头和鱼眼镜头在成像原理上存在差异性, 普通镜头的图像信息是以线性方式存储的, 而鱼眼镜头是以非线性方式存储的, 边缘存在扭曲变形, 不符合人眼正常的视觉。因此, 鱼眼图像校正的主要工作是从鱼眼图像中恢复实际的场景, 对扭曲变形的目标进行校正, 将图像信息变为线性存储的信息, 便于后期处理。

图像配准可以认为是在不同时间或相同时间、从不同视角或相同视角对同一场景拍摄的两幅或者多幅图像进行空间域上的匹配过程[6]。把两幅图像分别定义为已知的二维矩阵, I1 (x, y) 和I2 (x, y) 分别表示两幅图像的灰度空间分布, 则可用I2 (x, y) =g (I1 (f (x, y) ) ) 来表示两幅图像间的映射关系。式中:f为二维空间域的坐标变换, g是一维图像灰度变换, 所以图像配准的问题就是求解最优函数f和g的过程。

配准技术目前常用的方法有3种: (1) 基于频域的配准方法, 即将图像变换到频域再做相关的处理实现图像的配准; (2) 基于图像灰度信息的配准, 即根据图像的灰度信息来计算图像间的相似程度来实现图像的配准; (3) 基于特征的图像配准方法, 该方法是应用最广泛也是效果最好的配准方法, 即通过特征点、边缘、轮廓、直线段、闭合区域和统计特征等图像匹配特征来实现图像的拼接。

3) 图像配准技术是全景图像拼接的主要技术。图像配准的步骤如下:

(1) 特征提取。使用图像特征提取算法 (SIFT特征提取算法) , 提取基准图像的局部不变特征和待配准图像的局部不变特征, 图像局部不变特征提取是能否成功进行图像特征匹配的关键, 只有提取到了精确的图像局部特征, 才能精确地进行图像配准, 图像配准的质量决定着最终的全景图像拼接的效果。

SIFT算法即尺度不变特征变换, 是应用最广泛的图像特征提取算法。对于图像的缩放、平移、旋转、仿射变换都具有不变性, 而且对噪声和光照变化都具有良好的鲁棒性, 因此该算法对于旋转和尺度变化较大的图像也显示出了其优越性[7]。SIFT特征点提取算法实现流程如图3所示。

(2) 特征匹配。利用特征匹配算法 (NCC算法、SS-DA算法) 对第一步提取出的局部不变特征进行匹配, 得到满足条件的匹配点对。

(3) 计算匹配特征点对。使用最小二乘法计算出相应变换矩阵的变换参数, 根据选择的图像变换模型和第 (2) 步计算出的匹配特征点对。

(4) 统一坐标。利用第 (3) 步求出的变换模型参数将两张图像的坐标统一到一个公共的坐标中。

4) 图像融合又称图像平滑, 针对的是待拼接的图像序列之间存在的曝光差异等问题。若直接对图像进行对齐会出现明显的拼接痕迹, 全景图像的质量低, 故要对图像进行融合处理。目前在图像拼接中经常使用的几种比较简单直接的像素级图像融合算法有直接平均法、距离平均法、距离权重法、对比度调制法等。

3 基于Flash视频技术的三维全景展示

通过前期的图片拼接和漫游路线设置, 能够实现三维全景技术对于现实场景的真实再现, 而当今经济和技术迅猛发展的今天, 为了实现用户与环境的线上交互, 需要将三维全景技术与网络视频技术有机融合。而在此, 将利用基于Flash视频技术实现三维全景技术的全方位展示。

3.1 基于Flash平台的网络视频

Flash是一种由Adobe公司推出的时下流行的流媒体视频格式。Flash的优点以及便捷之处是利用了目前集成在大部分Web浏览器中的Flash Player平台, 使用户不需要下载和安装任何其他的插件, 就能够在Web页面上观看视频, 对用户透明。同时视频质量并未随之降低。对于三维全景场景来说, 在服务器端发布Flash视频不会占用大的系统资源, 同时也能够获得足够的视频质量, 易于使用。

Flash的主要脚本语言为Action Script (AS) , 是Flash Player运行时环境的脚本语言。脚本语言的主要作用是将Flash中视频、音频、图片、文字等元素结合并实现Flash的互动和控制。应用于三维全景技术之中, Flash主要实现拼接图片的控制和互动, 并配合相应音视频, 最终融合成为Flash Player平台能够支持的网络视频。

3.2 基于Flash嵌入三维全景场景的技术实现

3.2.1 场景脚本设计

制作高质量的基于Flash平台的三维全景网络视频, 一个重要的前提是对三维全景展示场景有细致、全面的脚本设计, 精妙的脚本设计能够保证三维全景场景能完整且调理清晰的表达。其次, 对于关键场景的转换和关键按钮的设计, 也需要通过专业设计视角, 使三维全景技术能够完整清晰的展示。

3.2.2 场景中视频音频的采集

对于视频制作中声音的采集, 声音的制作主要分为两个阶段, 其一是在制作的前期拾取声音是使用的整体录音, 分别录制, 利用专业音频处理软件, 在后期制作的声音录制中将各自的优点与缺点相互弥补, 大大提高了声音制作的效率, 使Flash视频的制作更加精致。其次对于视频制作中光线的使用, 通过制造光线、打字画面宽度和线条的纵深感, 构造场景的虚实结合, 展现场景的透视感, 使全景场景能够更加完美的展现。

3.2.3 交互功能的实现

在三维场景中将图片、视频、音频有机地结合起来之后, 需要通过Flash技术实现智能交互的功能, 通过按钮、鼠标、键盘设置用户接口, 设置触发事件, 用户可实现以下几方面与三维全景的智能交互:1) 用户可通过鼠标或按钮, 对360度全景进行全方位的浏览, 犹如身临其境进行视觉观赏。2) 用户可通过鼠标点击热点操作, 从某一场景切换之另一场景, 通过交互实现场景间的游历。3) 用户可通过鼠标选择性地点击热点、热区, 系统将弹出与内容相应的图片、视频、音频、Flash等多媒体会对场景进行补充, 实现视觉、听觉上的互动体验。

以此使用户获得更好的视频体验, 此功能的实现, 需要Flash基于脚本编程, 绘制按钮, 并对于按钮创建事件, 达到三维场景的切换和全景及部门场景的切换的目的。

3.2.4 网络视频的集成与发布

XML语言在Flash技术中使用已经十分常见, 对于Flash的支持功能也十分强大, 使用XML语言对于视频进行标记, 能够方便使用者日后对信息的检索和追踪。Flash网络视频的调用系统主要是由3部分组建而成, 第1部分便是XML文件, 此部分是展示数据以及与数据相关的信息。第2部分是Flash点播的界面, 这部分是由Flash中List组件以及相关代码组成。第3部分是视频素材库, 这部分内的三维全景场景以数据结构中文件的形式存储在电脑中。这个系统的3部分有机地结合在一起, 形成一个最终的界面在操作系统中呈现, 操作使用的时候, 点击使用不同的条目, 可以浏览不同的视频资源, 设计者在设计该界面的时候不但做到界面美观, 而且功能更加的完善, 点播系统的使用简单, 无需复杂的操作。

综上所述, 基于Flash的网络视频技术实现三维全景技术的实现, 能够将三维场景完整清晰的实现。

4 面向网络视频的三维全景展示示例

基于上述技术分析, 制作了一个在互联网上逼真展示三维场景的展示系统, 其工艺流程如图4所示。

1) 通过对一个现实场景进行360°环绕拍摄。

2) 对于图像采用专业图像处理软件进行修补光线, 噪点等问题, 然后将图像进行全景拼接处理。

3) 利用XML技术将设计系统UI界面, 绘制全景图像的游历路径和地图, 其系统设计示例如图5所示。

4) 基于Flash技术, 设置按钮触发事件以及多媒体文件的插入, 实现交互效果。

5) 将视频基于Web平台或移动终端平台发布, 其Web端网络视频播放代码为:

通过以上方法, 给用户呈现一个身临其境的平台, 使观看者可以通过网络交互地观看场景, 其展示效果如图6所示。

5 小结

多元化的网络视频是当前网络电视的发展趋势, 本文提出了结合三维全景展示的网络视频技术, 重点描述了全景图拼接技术以及基于Flash视频技术的三维全景展示技术。该方法能够丰富网络视频的展示形式, 使网络视频有别于传统的电视视频。通过加入智能交互功能, 该方法能够真实完整地呈现实地场景;面向网络视频的三维全景技术的应用和发展, 使网络视频用户能够享受到三维全景技术带来的真实感和沉浸感。

参考文献

[1]李超.超高清晰度电视与三维电视进展[J].电视技术, 2011, 35 (22) :19-24.

[2]王晓峰, 李龙梅, 吴廷, 等.DIBR实景图像的三维全景展示技术[J].测绘科学, 2014, 39 (1) :129-132.

[3]周贤军, 杨恢东.基于嵌入式Linux的网络视频点播系统设计[J].电视技术, 2011, 35 (16) :64-67.

[4]杨超然.基于球面模型的鱼眼图像拼接技术的研究与实现[D].北京:华北电力大学, 2013.

[5]马如宇, 肖京.三维全景技术——360°虚拟现实[J].中国信息技术教育, 2008 (7) :80-81.

[6]丁高林, 金施群.一种基于彩色伪随机编码图像的配准方法[J].现代显示, 2007 (12) :45-48.

高清小型全景演播室技术系统构建 篇8

•希望以此为契机, 继续增加高清系统, 并在节目形式和节目画面效果上, 能给观众带来耳目一新的感觉;

•全景演播室的主持人播报方式由以前台里常用的坐播方式, 改为站播或走播方式, 并以大屏幕、触控式点评等离子屏为背景, 以及采用虚拟前景、背景, 大力增强节目的整体图文效果和背景效果, 使画面更绚丽。

一功能景区舞美设计

在舞美设计上, 演播室的演播区主要划分为3个功能景区:3×2 LED拼接大屏区域 (6联屏, 由上下两排、每排3个屏拼接而成) 、绿箱抠像区域和65寸高清交互式触控等离子监视器点评区域。

二大屏幕渲染、虚拟、图文、点评系统

1.3×2 LED拼接大屏幕渲染

该部分主要由大屏幕渲染播出服务器和3×2 LED拼接大屏组成, 主要用于演播区内3×2 LED拼接大屏的渲染。大屏幕渲染播出服务器具有6路HD-SDI信号输入, 具有2路DVI输出;3×2 LED拼接大屏由6块松下的55寸超窄边框LED显示屏拼接而成, 显示屏的型号为TH-55LFV50C。服务器输出1路DVI信号至图像拼接器, 经拼接器分成6路DVI信号后, 分别送至6块LED显示屏, 完成完整图像的拼接合成。

2. 虚拟图文渲染

该部分由虚拟图文渲染播出服务器、摄像机跟踪数据盒组成, 主要用于虚拟场景的渲染, 系统可实现虚拟前景和虚拟背景。目前只有1个摄像机讯道配置了虚拟系统, 摄像机采用的是VINTEN的三脚架。数据盒将采集的三脚架云台水平、俯仰摇动参数, 和镜头的对焦、变焦参数, 传给虚拟图文渲染播出服务器, 服务器将植入的虚拟图形跟随参数进行相应的处理调整, 并将键信号 (KEY信号) 和视频填充信号 (FILL信号) 输入备切换台;配置虚拟系统的摄像机拍摄的绿箱实景信号, 经备切换台的色键功能进行抠像处理后, 与服务器信号融合, 最后由备切换台完整地实现虚、实结合的图像信号输出。

虚拟图文渲染播出服务器具有4路HD/SD-SDI信号输入, 具有HD-SDI信号输出和KEY信号输出等接口。由于备切换台的两组KEY和FILL信号通道平常是主、备图文包装制作播出服务器在使用, 所以虚拟图文渲染播出服务器的KEY信号和FILL信号只能临时用跳线调入备切换台。

3. 图文包装制作

采用主、备配置, 由两部图文包装制作播出服务器组成, 该部分主要用于视频系统图文字幕的制作。服务器具有4路HD/SD-SDI视频信号输入, 具有HD-SDI输出和KEY输出等接口。服务器的KEY信号和HD-SDI视频填充信号, 经视分板分配后, 分别送至主、备切换台。

4. 点评渲染

由点评渲染服务器和松下的65寸高清交互式触控等离子监视器组成, 监视器型号为TH-65PB2C。系统支持触控屏操作功能, 可通过触控笔的点击操作实现对屏幕图文内容的点评, 实现内容的变化, 出现主持人与节目内容发生互动的效果。

5. 高标清播出控制工作站

播出控制工作站配有专用软件, 可对大屏幕渲染、点评渲染和虚拟图文渲染功能进行集中控制, 可编制播出串联单。

6. 其他服务器、工作站和交换机

还有2部数据库服务器和1部高标清模板制作工作站, 模板制作工作站可用于大屏渲染模板、虚拟渲染模板和点评模板的制作。所有的服务器和工作站都连入交换机组成网络。

三视频系统

视频系统为高标清兼容的节目制作系统, 常用的是宽高比为16:9和4:3的画面模式。

1. 高清摄像机系统

目前配置了3个高清摄像机讯道, 其中1个讯道同时用于虚拟渲染系统, 1个讯道用于3米小摇臂。

高清摄像机采用了松下的AK-HC3500MC型高清多格式摄像机。该摄像机支持1080/50i信号格式, 内部采用了14bit A/D转换技术;感光元器件:2/3英寸220万像素IT-3CCD;灵敏度:F11@2000LUX (3200K) ;信噪比:60d B;调制深度:50%以上。配置了AK-HRP935MC型摄像机遥控面板, 可以对摄像机图像信号的光圈、黑电平、GAMMA校正、黑白平衡、拐点、图像细节和RGB增益等多项功能指标进行调整。

摄像机控制单元 (CCU) 在体积上属于小型紧凑型设计。单个CCU具有4路SDI (HD/SD) 输出及4路SDI返送输入, 还具有2路模拟复合视频输出和1路波形监视输出等接口。摄像机与CCU之间采用光缆连接。

2. 高标清切换台及信号源

节目制作的核心采用了两部松下AV-HS450MC型高标清切换台, 支持1080/50i和576/50i信号格式。两部切换台除了能实现主备功能外, 各自的PGM输出都作为对方的信号源, 这样每个切换台就等效于另一个切换台的下一级, 充分发挥出了两部切换台的整体功能。

该型号切换台主要由控制面板和2RU主机组成, 结构小巧紧凑、占用空间少, 具有16路直切键和1 M/E;该型号切换台标配有4路HD/输出, 其中的第路输出, 具有2路分配输出。本系统主、备切换台都加配了输入扩展板和输出扩展板, 均具有18路HD/SD-SDI输入和6路HD/SD-SDI输出;输出扩展板上的2路输出, 每路都具有2路分配输出。该型号切换台所有输入都配置10bit帧同步器, 每个通道都具备帧同步功能;具有1路全功能键、2路下游键、2路画中画功能, 支持图像存储功能;具有两路DVI-D输出;具有双通道多画面分割显示功能, 切换台每个分割信号通道可分割为4、9、10以及16个画面, 2块显示屏上可同时显示最多达到20路分割信号。

主、备切换台的直接输入信号源均为:路高清摄像机、3路高清录像机、2路新闻制播网的播出服务器、3路外来信号、1路VGA/SDI转换器、主图文包装制作播出服务器的键信号和HD-SDI视频填充信号、备图文包装制作播出服务器的键信号和HD-SDI视频填充信号、主备切换台相互间的PGM返送信号、1路回采服务器, 其他信号在需要的时候用跳线进行调度。

3. 监视器

安装了6台松下的50寸等离子监视器在导控室电视监视墙, 用于视频信号监看 (如图3) , 监视器型号为TH-50PF30C;采用了两台Sony20寸高清液晶监视器分别放在中心机房和演播区, 给工作人员和嘉宾、主持人监看信号用;两台JVC的24寸高清液晶监视器, 分别放在导控室的音频区和技术区用于信号监看。

4. 高清录像机和回采服务器

依据总台现有的高清非编网、高清新闻制播网和媒资主干网的文件交换格式, 以及主流前后期采编设备采用的信号录制文件格式, 采用了3台P2高清录像机用于节目素材的收录或播放, 型号为松下AJ-HPD2500MC。还采用了1台索贝的回采收录服务器用于节目素材的收录或播放。

5. 视音频周边板卡设备

高清数字视频分配板、标清数字视频分配板、模拟视频分配板、高清下变换板、高清帧同步板、加嵌板、数字音分板、模拟音分板、二选一切换器、数模转换板和解嵌板等周边设备统一选用了HARRIS公司的模块化系列产品;机箱配置了双电源, 支持各种板卡混插和热插拔, 结构紧凑, 占用空间小;机箱前盖板采用了网状通风口设计, 散热性能好;机箱具有网络控制卡, 可通过控制卡调整设置板卡的参数。

四同步系统和视频信号监测系统

1. 同步系统

同步系统采用了两部Tektronix的SPG8000型多格式同步信号发生器作为主、备同步机。该同步机可以通过设置, 输出模拟黑场 (BB) 同步信号或三电平同步信号, 本系统选用了模拟BB信号;还可以输出48k Hz字时钟 (Word Clock) 信号, 用于主、备调音台, 如图4。

配备了1部Tektronix的ECO422D型倒换器, 用于主备同步机的自动倒换, 在主同步机出现故障的情况下能自动倒换到备同步机, 使系统整体同步不受影响。

2. 视频信号监测系统

配备了Tektronix的1台1741C型和1台WFM7200型示波器用于视频信号的监测。1741C型模拟波形监测仪可同时监测显示4路模拟复合视频信号的波形, 主要用于3个摄像机讯道的波形监测和信号幅度值显示。WFM7200是一款高标清兼容的数字示波器, 具有2路HD/SD-SDI输入;该示波器具有波形监测、矢量显示和眼图显示等功能;具有钻石和箭头图形显示功能, 可用于图像色域的符合性监测。

五音频系统

调音台是音频系统的核心设备, 调音台以主、备的方式配置。主调音台是具有24+1个物理推子的YAMAHA/DM2000数字调音台, 支持24bit/96k Hz等特性, 除标准配置外, 还配有AES/EBU数字扩展卡 (输入和输出各有8路物理接口) ;备调音台采用了YAMAHA/01V96i数字调音台, 具有16+1个物理推子, 也是除标准配置外, 还配有AES/EBU数字扩展卡 (输入和输出各有8路物理接口) 。主、备调音台经BDI/AES-302型数字音频2选1切换器进行切换。音频信号源分别来自话筒、录像机、播出服务器、电话耦合器、外来视频的解嵌音频信号和通话系统的通话信号等;调音台输出信号分别送往切换器、电话耦合器、音分板、录像机、音频加嵌板、接口板和通话系统等。采用了GENELEC/8030A型音箱用于系统音频信号的监听。

六通话系统

在直播和节目制作过程中, 通话系统是导播、工作人员、摄像员、嘉宾和主持人等各个工位进行通话协调不可缺少的环节。演播室采用了TELEX的内部通话系统。导播区配备了1套MCE325型通话主站, 技术区和中心机房机柜各配备了1套MRT327型通话分站;主站经SSA324型二线/四线转换器和MDA100型1×8摄像机混合分配器, 与摄像机CCU以及外部音频系统连通;IFB-325型有线接收腰包配给嘉宾和主持人。通话系统的主要功能有:能实现导播、摄像员、技术区 (工作人员) 以及中心机房机柜 (工作人员) 相互间的全双工通话, 嘉宾和主持人能接听导播和分站工作人员的通话调度协调, 通话系统可与外部音频系统互通。

七时钟系统

统一授时系统采用了青岛广研所的GPS卫星标准时钟系统。系统由GPS接收天线、TVZ3100型卫星校时种、时码分配器、DJS3000型倒计时控制器、5寸标准正计时子钟、5寸标准倒计时子钟、1U双联倒计时子钟和TVZ3203D型双联倒计时子钟组成。系统为导控室、演播区和中心机房机柜均提供了正计时和倒计时两种时间显示方式。GPS时钟系统在节目制作过程中, 为导播、嘉宾主持人以及所有工作人员提供了统一的标准时间参考。

八UPS不间断电源系统

供电系统是广播电视的基础系统, 在广播电视的直播安全方面, 系统用电的安全和备份是不可忽略的因素。该演播室系统的用电以外电 (一般是市电) 为主, UPS不间断电源系统作为外电的备份。在外电正常没中断的情况下, 外电一般先经UPS电源进行处理后再提供给设备, 为设备输送纯净的电力;在外电中断的情况下, UPS电源能保证设备用电的不间断性和延续性, 从而保障节目直播录制安全。

演播室配置了2套科华的FR-UK3330型三进三出30k VA UPS不间断电源系统, 每套系统的蓄电池组在满负载状态下的供电时间长度在50分钟上下。

九总结

演播室系统投入使用以后, 服务于《南海直播室》、《这里是南海》等新闻专题类节目, 收到了良好的效果。从目前的实际使用情况来看, 系统还有需要改进的地方, 如系统缺乏视频矩阵, 信号调度受到了很大的局限, 视频信号一般只能通过跳线进行调度;大屏幕渲染、虚拟、图文、点评系统的播控工作站、大屏渲染服务器、拼接器、虚拟渲染服务器和点评渲染服务器都还没有备份, 影响了直播安全。这些都需要在以后的系统改造中加以补充配置。

摘要：本文介绍了海南广播电视总台协助新成立的卫视频道建设的全景高清演播室技术系统, 总体上分为大屏幕渲染、虚拟、图文、点评系统和高标清视音频系统两个部分进行介绍。

全景技术 篇9

大规模、复杂虚拟场景的建模和绘制是计算机图形学最为重要的研究问题之一[1]。随着三维扫描和几何建模技术的快速发展,构建高度复杂的三维场景已经变得相对容易,可以包含几亿甚至几十亿个三角形和高分辨率纹理。若不采用合适的处理技术,即使利用最新的图形处理器也无法在普通PC上实现上述数据集的交互式绘制。虽然可利用模型简化和可见性剔除技术来加速虚拟场景绘制,但采用这类技术的实时绘制系统主要侧重于速度,它们通过牺牲画面质量来实现快速绘制[1]。

由于图形硬件本身的固有限制,对于大数据集仍无法实现复杂的光线跟踪、辐射度、光子跟踪等全局光照明绘制算法。为此,可采用基于图像的绘制IBR技术[2]来解决高质量实时图形绘制问题。基于图像的绘制技术以给定图像/视频序列作为输入,利用采样数据来重建全光函数的连续表示,然后通过重采样得到目标视点的图像[3]。由于可使用三维造型和绘制软件来离线绘制高质量的输入图像,IBR系统可取得比传统实时绘制系统更好的视觉效果。

现有IBR技术,如全光建模[3]、全光拼接[4]、同心拼图[2,5]等,主要面向真实场景。这些IBR技术采用的场景表示、绘制算法和结果图像质量都取决于获取的几何信息的精确性。它们采用计算机视觉算法来计算相机参数和图像之间的对应关系或者场景几何模型,视觉算法的不稳定性限制了它们的应用场合。另外,它们使用的绘制算法也没有利用图形处理器(GPU)的可编程性来提高系统性能[6]。

虚拟场景与真实场景相比具有自身的特点。对于给定的虚拟场景,通过交互设定虚拟相机的运动路径,可以非常方便地获取全光函数的多个样本。另外,利用三维造型和动画软件,如3DS Max、Maya等,不仅可以得到绘制图像的颜色信息,还可以得到Z-Buffer中保存的深度值,这些深度值给出了虚拟场景在相机位置的局部精确几何信息[7]。利用获取的全光函数样本和Z-Buffer中的深度值,可以设计多幅深度图像混合绘制技术来生成目标画面[8]。虽然可将面向真实场景的IBR技术直接应用于虚拟场景,但由于它们的场景表示和绘制算法没有充分利用虚拟场景自身的特点,因此,它们并不是虚拟场景IBR的最合适方法。

本文研究面向虚拟场景的IBR技术来克服现有方法的不足,提出以深度全景视频DPV(Depth Panoramic Video)作为场景表示的基本单元,通过多段深度全景视频组成的深度全景视频网络来表示虚拟场景的漫游区域,它允许视点在漫游平面的封闭区域内连续运动。绘制算法根据目标视点参数来计算深度全景视频环中对目标图像有贡献的候选区域,综合利用GPU的强大处理能力和浮点格式的绘制目标[6],以及多幅深度图像混合绘制技术对候选区域进行绘制来生成目标图像。

1 深度全景视频

1.1 基本表示

深度全景视频是深度全景图的动画序列。深度全景图是全景图的一种扩展,它由全景图、相机参数和全景深度图三部分组成。全景深度图记录了全景图的像素所对应的场景深度值,深度值可通过三维软件或者三维重建算法获得。相机参数和全景深度图给出了场景在相机位置的局部精确几何信息。全光函数的原始描述并不涉及几何信息[3],包含几何信息的描述方法可看作它的一种扩展。几何信息用于绘制过程中全光函数的重建,它并不改变全光函数的维数。

深度全景图包含了相机位置沿空间所有方向的可见信息,可看作全光函数的一个样本,需两个参数来描述它所包含的光线,即:

其中(θ,ϕ)描述了光线方向。深度全景视频可看作一种三维全光函数,需三个参数来描述它所包含的光线。即:

其中t表示光线所在的深度全景图在图像序列中的编号。

选择立方体的外表面作为投影面来记录全光函数的样本。使用该投影表面,深度全景图可分解为具有公共投影中心的六幅深度图像,其中每幅图像对应于立方体的一个面。相应地,深度全景视频可分解为六段深度图像序列。

1.2 复合表示

对于大部分虚拟场景漫游应用,人眼一般局限于某个平面/高度场上[2,4,5],我们称该平面/高度场为漫游平面。某一时刻,漫游平面发出的光线需四个参数来表示,即:

其中(u,v)表示光线在漫游平面上的参数坐标,(θ,ϕ)描述了光线方向。

由于深度全景视频只是一种三维全光函数,为采集漫游平面发出的光线,必须使用多段深度全景视频。这些深度全景视频在漫游平面上相互交错,形成网状结构,我们称它为深度全景视频网络。图1给出了一个深度全景视频网络。图1(a)为某个虚拟场景的俯视图,我们对方框内的区域进行光线采集。图1(b)中粗线条表示深度全景视频的相机路径。

由图1可以看出,多条深度全景视频可围成具有一定面积的封闭区域,我们将构成区域边界的所有深度全景视频称为深度全景视频环。深度全景视频环是深度全景视频复合结构中最简单的一种,深度全景视频网络由多个深度全景视频环彼此连接构成。

理想的漫游系统允许用户在三维空间中自由移动,描述三维空间中的光线需五个参数[3],即:

其中(Vx,Vy,Vz)表示光线在三维空间中的位置,(θ,ϕ)描述了光线方向。

我们采用空间分层方法来描述自由空间中的光线。该方法以某个坐标分量(比如说Vz)为基准对空间进行分层,然后在每一层以另外两个坐标分量(Vx,Vy)作为光线在漫游平面上的参数坐标。该方法实质是将光线的空间位置(Vx,Vy,Vz)转化为(n,u,v)三元组,其中n表示光线所在层的编号,(u,v)为光线在漫游平面上的参数坐标。采用空间分层方法,可以在每一层采集深度全景视频网络,从而表示整个虚拟场景。

2 虚拟场景绘制

深度全景视频环是虚拟场景绘制的基本单元。深度全景视频环采集了从漫游平面某个封闭区域边界出发的所有光线。对于给定深度全景视频环内的任意视点,首先根据目标视点参数(位置、朝向和视域范围)来确定深度全景视频环中哪些深度全景图在目标视点可见,以及这些可见的深度全景图中对目标图像有贡献的区域(简为候选区域)。然后,计算候选区域内每一像素的混合权。混合权描述了像素对目标图像的贡献比例[9,10],通过权函数来计算。权函数的选择可根据具体应用场合而定,通过设计不同的权函数可以控制目标图像的绘制质量。最后,利用深度图像三维变换技术把所有对目标图像有贡献的候选区域warping到目标视点,并使用多幅深度图像混合绘制技术来绘制目标画面[8]。

对于深度全景视频网络,首先确定视点所在的深度全景视频环,然后利用上述绘制技术来生成目标视点画面。由于绘制算法使用的三维变换方程描述了视点之间的透视变换关系,视点可自然地从一个深度全景视频环过渡到另一个深度全景视频环。利用这种分而治之的策略,可实现视点在深度全景视频网络内自由运动。

综上所述,虚拟场景绘制的基本过程如下:

Step1.在深度全景视频网络中,根据视点所在虚拟场景中的位置(u, v)和高度h确定其所在的深度全景视频环。

Step2.利用深度全景视频环绘制技术生成目标视点画面。

2.1 深度全景视频环绘制

深度全景视频环采集了从漫游平面某个封闭区域边界出发的所有光线,可以利用这些采集的光线来生成视频环内任意视点位置的目标图像。绘制算法将候选区域重建为三角形网格,然后利用三维变换将它们warping到目标视点[8],并将绘制的结果通过视点空间Z偏移和浮点混合技术来生成目标图像。深度全景视频环绘制的基本过程如下:

2.2 候选区域计算

对于给定的深度全景视频环,绘制算法的目标是利用视频环中采集的光线来生成它内部区域任意视点的目标图像。将目标图像的每一个像素看作一根光线(称为目标光线),计算目标光线的颜色等价于对采集的若干光线的颜色进行插值。几何代理是场景几何信息的一种近似表示[10],大部分IBR技术都使用几何代理计算插值光线,从而提高系统的绘制质量。

深度全景图中的全景深度图包含了全景图中每一像素的深度信息,利用相机参数和全景深度图,可以重建虚拟场景在相机位置的局部精确几何。因此,本文将全景深度图作为场景的几何代理。利用全景深度图作为场景的局部几何代理,与传统方法不同,本文绘制算法不需显式地查找每根目标光线所需的插值光线,而是根据视点参数来确定每个全光样本对目标图像有贡献的区域,然后将这些候选区域warping到目标视点,并利用多幅深度图像混合绘制技术来生成目标图像。

对于给定深度全景视频环,绘制算法需根据视点参数来确定深度全景视频环中哪些深度全景图在目标视点可见以及这些可见的深度全景图中对目标图像有贡献的区域。图2说明如何完成这一任务,其中矩形表示深度全景视频环的相机路径,三角形表示目标相机,圆和圆心发出的一簇光线表示一幅深度全景图。不失一般性,使用相机路径上相邻的三幅深度全景图{Si}i=1,2,3来说明问题。

令{Li}i=1,2,3表示从目标相机D的投影中心O出发,通过深度全景图{Si}i=1,2,3的相机投影中心{Oi}i=1,2,3的射线集合,{Pi}i=1,2,3为{Li}i=1,2,3与目标相机成像平面I的交点集合。若Li在目标相机D的视域范围内,则认为深度全景图Si在目标视点可见,它会对目标画面有所贡献。下面讨论如何确定深度全景图Si中对目标图像有贡献的区域。

如图2(a)(b)所示,以深度全景图S1的投影中心O1为始点作平行于L2的射线L′2;以深度全景图S2投影中心O2为始点作分别平行于L1和L3的射线L′1和L′3。

对于成像平面I上{Pi}i=1,2,3三点,它们对应的目标光线{Li}i=1,2,3通过深度全景图{Si}i=1,2,3的相机中心{Oi}i=1,2,3,可用{Si}i=1,2,3中与{Li}i=1,2,3方向相同的光线颜色作为{Pi}i=1,2,3的颜色。对于P1与P2之间的像素所对应的目标光线L,需对S1和S2中与L方向相同的两根光线进行插值来计算L的颜色值。利用上述插值策略,参考图2(a)不难看出,绘制P1与P2之间的像素只需S1中位于射线L1与L′2夹角范围内的光线和S2中位于射线L′1与L2夹角范围内的光线。同理,可得到P2与P3之间的像素绘制时,S2和S3中对目标光线有贡献的区域。对于深度全景图S2来说,它对目标图像有贡献的区域由两部分组成,可将它们合并为一个更大的区域(图2(b)中L′1与L′3的夹角范围)。

上述搜索策略假设场景在无穷远处,基于该假设得到的区域是候选区域的最乐观的估计。实际应用中,若场景中物体距离虚拟相机较近,上述区域估算方法将出现重建盲区。通过扩大候选区域面积来减小重建盲区面积,一个简单方法是使用相机路径上与它编号距离为r(r≥2)的全光样本信息。

综上所述,若使用与深度全景图编号距离为r(r≥2)的全光样本作为搜索策略,估算目标图像候选区域基本过程如下:

2.3 混合权计算

根据光线插值策略,候选区域中每一像素对目标图像的贡献均不相同,用混合权来描述像素对目标图像的贡献比例。图3以深度全景图S2为例(参看图2),说明如何计算候选区域中像素的混合权。

图3中,L2表示从目标相机投影中心O出发,通过S2的相机投影中心O2的射线(参看图2),空心圆表示候选区域的像素。根据极点一致性准则[10],L2所对应的候选区域像素的混合权应最大,候选区域边界所对应像素的混合权最小,它们之间像素的混合权应从最大值连续变化到最小值。混合权的计算以图像列为基本单元,候选区域中位于同一列的所有像素具有相同的混合权。

下面以一次函数作为权函数 (图3中w3)来说明如何计算像素的混合权。设L2右侧区域中像素qi所对应的光线与L2的夹角为angle(i),区域右侧边界与L2的夹角为angleright,则像素点qi的混合权为:

L2左侧区域的像素混合权可同理计算。

权函数的选择可根据具体应用场合而定,通过设计不同的权函数可以控制目标图像的绘制质量[9,10]。GPU支持的浮点混合技术[6],允许使用更一般的权函数,如截断的sinc函数(图3中w1)、高斯函数(图3中w2)来控制重建结果。

综上所述,若以一次函数作为权函数,则混合权算法的实现方法如下:

3 实验结果

3.1 数据说明

利用3DS Max软件,依照1.1节介绍的方法从浙江大学新校区规划场景中采集深度全景视频环。该场景包含了大量三维几何和精细纹理,在硬盘上占用超过1GB的存储空间。数据采集时,每台虚拟相机生成深度图像的分辨率为512×512。以矩形的每条边作为相机路径,均匀采集50幅深度全景图,深度全景视频环一共包含200幅深度全景图,整个采集过程大约需要8小时。使用脚本程序从3DS Max软件的绘制结果中提取颜色信息、深度信息和相机参数。整个数据获取阶段需要12小时左右。

3.2 实验结果

我们在一台配备NVIDIA GeForce GTX260图形卡、Intel i7-920四核CPU的PC上实现了一个浙江大学新校区的漫游系统。该系统根据当前视点信息,使用2.1节介绍的绘制流程来生成目标图像,它允许视点在深度全景视频环的内部区域作连续运动。用一张表面格式为D3DFMT_A16B16G16R16F的浮点纹理作为绘制目标来保存混合绘制结果。将该纹理映射到一个四边形上,通过绘制带纹理的四边形来显示最终画面(分辨率为512×512)。绘制过程中目标相机的视域(FOV)保持不变,始终为70度。

系统绘制一帧所需的时间随目标相机视域内候选区域的变化而变化。若相机运动过快,候选区域缓存命中率会急剧降低,这时系统性能最差,平均速度为每秒25帧左右,如图4(a)。在大多数运动模式下,缓存的使用会极大地提高系统的响应速度,系统最大绘制速度为每秒160帧左右,如图4(b)。

图5给出场景的几个典型绘制结果。图5(a)给出视点在两个不同位置得到的绘制图像。由于三维warping可以描述视点之间的透视变换关系,建筑物本身的直线特征得到了保持。图5(b)左图中临水建筑具有四根柱子,由于视点位置改变会引起物体之间遮挡关系发生变化,在右图中只能观察到三根,其中一根被遮挡。本文提出的绘制技术不仅可处理遮挡变化,还可生成与视点相关的光照效果。比较图5(b)中左右两幅图可发现视点变化引起的水面高光区域的改变,浮点纹理混合技术使重建的高光区域非常平滑。

4 总结与展望

本文提出了一种面向虚拟场景的深度全景视频绘制技术,以深度全景视频作为场景表示的基本单元,以深度全景视频环作为场景绘制的基本单元。通过多段深度全景视频组成的深度全景视频网络来表示虚拟场景的漫游区域,它允许视点在漫游平面的封闭区域内连续运动。该技术综合利用GPU的强大处理能力和浮点格式的绘制目标,以及多幅深度图像混合绘制技术对候选区域进行绘制来生成目标图像。实验结果表明,本文提出的深度全景视频绘制技术可实现大规模虚拟场景高质量实时绘制。在未来,我们将研发出一套完整软件工具,支持面向虚拟场景的深度全景视频获取、压缩和网络传输的完整流程,将深度全景视频绘制技术应用于互联网,在自由视点视频、三维立体电视等应用领域获得应用。

摘要：高度复杂的三维场景通常包含几千万甚至上亿个三角形和丰富的纹理,大大超过了目前图形硬件的处理能力。传统基于几何的绘制系统通过牺牲画面质量来实现场景的快速绘制。与此不同,基于图像的绘制技术利用逼真的图像序列来生成高质量的目标画面。研究面向虚拟场景的IBR(Image-Based Rendering)技术来克服现有方法的不足,提出以深度全景视频DPV作为场景表示的基本单元,通过多段深度全景视频组成的深度全景视频网络来表示虚拟场景的漫游区域,它允许视点在漫游平面的封闭区域内连续运动。绘制算法根据目标视点参数计算深度全景视频环中对目标图像有贡献的候选区域,综合利用GPU的强大处理能力和浮点格式的绘制目标,以及多幅深度图像混合绘制技术对候选区域进行绘制来生成目标图像。实验结果表明,深度全景视频绘制技术可实现大规模虚拟场景高质量实时绘制。

关键词：虚拟场景,基于图像的绘制,深度全景视频

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[9] Isaksen A,McMillan L,Gortler S.Dynamically reparameterized light fields[C]//SIGGRAPH 2000:297-306.

全景技术 篇10

关键词：全景图像,缝合技术,Ptgui

一、全景图像概述

全景图像的英文panorama, 是从希腊语πᾶν和ὅραμα发展而来, 英文直译为all和sight, 是指任何大视角表现现实空间的图像, 十八世纪爱尔兰画家Robert Barker在表述他在爱丁堡和伦敦所作的全景画作时, 第一次用到了panorama这个词。事实上, 在panorama这个词出现之前, 使用全景表现空间场景的画作早就诞生了, 我国北宋画家张择端的《清明上河图》, 采用散点透视构图法, 将北宋徽宗时代首都汴京 (今河南开封) 郊区和城内汴河两岸的建筑及生活场景, 展现在长528.7cm, 宽24.8cm的平面上, 这是人类历史上利用全景展现空间场景的最早尝试之一。西方的全景绘画起源于18世纪, panorama这个词也诞生于那个时期, 到19世纪时盛极一时, 西方的全景绘画一般版面很大, 很多作品长度都在100米以上, 必须在专门的圆柱形展览馆内向人们展示。

全景图像的缝合指的是利用摄影机平移旋转或多部摄影机多角度拍摄得到的具有部分重叠信息的图像样本, 生成一个具有较大视场角的全景图像。即用摄影机对场景一定范围内进行全方位的图像采集, 然后再由缝合软件对局部图像进行拼接, 生成包含这组局部图像全部信息的新视图。最终生成的全景图像按照显示方式 (即投影方式) 的不同, 主要分为柱面、球面、立方体等几种, 其中在虚拟电影的应用方面, 通常以柱面和球面为最为普遍的投影方式。

二、全景图像缝合软件与缝合原理:

在全景图像的缝合中, 我们所依据的是图像序列中相邻两幅图像的重叠区域的相似性, 有基于特征的缝合方法和基于相位相关的缝合方法等, 两种方法的算法和原理都不相同。基于特征的缝合方法主要从两幅图像中选择一系列特征点, 然后根据相似性原则进行图像间的特征匹配。而基于相位相关的缝合方法是直接从图像重叠区域对应像素灰度值出发考虑, 利用所有可利用的数据实现精确的匹配。

从全景图像的素材拍摄完成, 到最后的全景图像的生成, 就是全景拍摄的后期工作, 即全景图像的缝合过程。全景图像的缝合工作主要目的是如何以效率更高、速度更快、质量更高的方式将拍摄的全景素材, 即同一场景不同角度的图像拼合成一张视角更广的完整的全景图像。在实际应用中有很多软件可以实现从全景素材的导入、生成、编辑到最终全景图像的输出这一完整的后期流程。比如PTGui Pro、Kolor Autopano、Pixtra Pano Stitcher、Pano2QTVR、Panorama Studio、Image Composite Editor等。其中PTGui Pro是一款开源的全景图像缝合软件, 从1996年诞生以来不断的更新升级, 现在已经可以实现对全景图像的畸变校正, 视点调整, 标记点编辑, 曝光调整, 图像优化等操作, 通过参数的调整弥补拍摄过程的操作不当对全景图质量带来的影响。

三、全景图像的缝合流程:

全景图像的缝合, 归结为两点, 归根结底需要解决两个问题, 一个是全景素材的对齐, 二是全景素材的融合。在PTGui中, 从全景图像素材的导入, 到最终全景图像的生成, 需要以此经过镜头参数的设置、投影方式的选择、特征点的寻找和标记、图像的融合、和全景图像的生成等步骤, 下面将以PTGui为例, 详细讲述全景图像的缝合流程。

1.镜头参数的设置

在图像导入PTGui后, 首先需要进行的是镜头参数的设置, 在镜头参数设置中, 包含了镜头类型、镜头焦距、焦距乘数、水平视场的参数调节, 在高级选项中, 提供了镜头校正参数、图像位移和图像修剪的参数调节。其中大多数设置由PTGui自动确定。

要创建一个无缝的全景图, 源图像需要被重新映射 (也称为扭曲) 。这可以看作是一个透视变换:源图像的透视变换成所生成的全景的角度。对于实现一个正确的变换, PTGui需要知道拍摄全景图像使用何种镜头。其中, 镜头的类型和他的视场角是两个关键参数。

2.投影方式的选择

全景图像是对场景的一种平面展示, 换言之, 是将三维的环境投射到一个二维的表面上, 称之为投影, PTGui提供了多种可选择的投影方式, 不存在一种完美的投影方式, 每种投影方式都具有其特有的优势和局限, 用户需根据自己的需求选择合适的投影方式。

3.特征点的寻找和标记

特征点的寻找和标记是图像缝合中最为关键的一步, 通过寻找图像的特征点, 我们可以大致确定相邻两幅图像的重合区域, 并通过重合区域的特征点对相邻图像进行配准。全景图像的缝合质量主要依赖于图像间配准的精确程度, 在PTGui中, 图像配准的算法是基于特征点匹配算法, 其工作流程为:1.提取所有原始全景素材图像的特征点。2.根据特征点对相邻图像进行图像匹配。3.计算图像变换关系。4.对图像进行几何变换。5.缝合两幅图像。

4.图像的融合

当对所有特征点进行标记之后, 事实上此时多个全景图像素材已经拼合成一幅完整的全景图像了, 对于无视差现象的全景图像, 标记点在没有出现明显精度误差的情况下是不会出现图像的错位的, 但是假如图像间存在曝光差异, 图像间会出现由于曝光不同产生的接缝, 图像的融合就是利用算法对图像间重合部分进行曝光过渡, 消除接缝。

5.全景图像的输出

PTGui通过创建全景图面板完成全景图像啊的输出, 在创建全景图像面板下, 分为普通和高级两种选项, 在普通选项中, 我们可以对全景图像完成基本的设置, 分别是全景图像分辨率、输出文件格式、图层和输出路径。

四、结语

在电影虚拟场景的搭建中, 我们希望尽最大可能提高虚拟场景的真实性, 真实度越高的虚拟场景, 越可以使观众获得更高的沉浸感, 而使用全景图像作为虚拟场景中的背景可以克服三维模型方法带来的缺陷, 由于全景图像具有真实度高、复杂度低等优势, 所以目前基于全景图像的缝合技术构建的虚拟场景被应用于电影工业中, 随着电影工业越来越成熟, 全景图像的在影视中的应用也会越来越广泛。

参考文献

[1]漆驰, 刘强, 孙家广.摄像机图像序列的全景图拼接[J].计算机辅助设计与图像学学报, 2001, 13 (7) :605-609.

[2]杨燕, 王雪瑞, 戴青, 等.球面全景图像生成技术的研究[J].计算机应用与软件, 2007, 24 (10) :164-165.

HDR垂直全景 篇11

通常全景图片是水平拍摄得到，如果垂直拍摄会得到什么结果呢？这种拍摄方式就是下文要介绍的垂直全景（Vertorama）——在垂直方向拍摄全景。垂直拍摄可能听起来不可思议，但它尤其适合展示室内场景。拿一座教堂来说，读者在观看垂直全景拍摄的照片时，会有一种身临其境的感受，能够看到人在现场第一时间所能看到的全部视角。

但是，拍摄垂直全景并不是轻而易举的：垂直方向的景物可能有比较大的动态范围，从上到下拍摄一组照片很可能无法记录下最亮及最暗部分的细节；（此外，垂直拍摄也要保证节点位置不动，否则会造成拼接失败——译者注）。如果将垂直全景（Vertorama）技术与高动态范围（HDR）摄影结合起来，我们就有机会真实再现甚至艺术化再现原有场景。本文将这种拍摄手法称之为“HDR垂直全景”。

下文将详细讲解HDR垂直全景拍摄及制作过程中的每一步。

面临的挑战

要拍摄HDR垂直全景，拍摄者需要将垂直全景技术和HDR摄影技术结合起来。这就意味着：在HDR垂直全景待拼接的每一部分素材（相机上仰、下俯拍摄，见图2-1）中，都包含一组包围曝光的照片（图2-2）以及由这组照片通过通道映射（tonmapping）而得到的HDR局部图片（图2-3）。这些HDR局部图片通过数码拼接而得到垂直全景（图2-4），经过裁切以及进一步后期制作后得到最终成品（图2-5）。所以，一张HDR垂直全景中都包含了数十张前期拍摄素材，拍摄者就可能面临以下问题：

1.需要精确拍摄的照片素材，并确保要拼接的相邻图片有很好的重合度。这里精确有两个含义：1）保持拍摄节点不动； 2）包围曝光时相机不能出现晃动。

2.拍摄需要在尽可能短的时间内完成。因为垂直方向的涵盖面较广，光影的细微变化都会反映在最终照片中。此外，一些场景中有移动物体，这也给拍摄带来了更大的挑战。

3.HDR垂直全景是一种近似墨卡托投影的“变形”视角呈现方式。正是由于此类图片是数码拼接的产物，拍摄者在取景器中是无法看到最终效果的。因此，HDR垂直全景的拍摄有赖于拍摄者的大胆创意以及丰富的拍摄经验。

4.许多值得拍HDR垂直全景的地方（例如教堂以及古城堡），现场光线都十分微弱而且不允许带三脚架进去。拍摄者可能不得不手持相机，以较低的快门速度进行包围曝光拍摄。

5.制作过程会带来很大的计算量，所以计算机需要足够好。

器材准备

拍摄过程中最主要的器材就是相机、镜头以及全景云台。

A.相机

如果使用三脚架完成拍摄过程，一台具备手动挡的相机就足以胜任。但如果是手持拍摄，具备以下功能的相机会让你事半功倍：

1.高连拍速度（High Fps）以及自动包围曝光（AEB）。这个功能能够让拍摄者在很短时间内完成包围曝光图像的采集并且将相机晃动以及景物移动引起的画面偏差降到最小。（足够好的光线条件下或足够高的ISO条件下——译者注）。

2.曝光锁定以及焦点锁定（AE/AF Lock）。一台具备曝光锁定以及焦点锁定的相机能够让拍摄者用更少的时间完成从上到下多组相同参数包围曝光图片的拍摄。

3.优质的高感成像。在一些不得不采用手持拍摄方式的弱光环境中，需要通过提高ISO来获取更高的快门速度，进而提高拍摄成功率。

4.足够的缓存及外部存储空间。由于HDR垂直全景需要经由多组包围曝光图片来合成，图片的数据量就成倍地增加了。图片在存储到外部存储卡上之前会先存储在相机缓存中，手持拍摄时又要非常迅速地完成HDR垂直全景中每部分的拍摄。如果因为缓存限制导致连拍速度下降，会极大地降低拍摄成功率。（拍摄时通常采用连拍模式，而许多相机在进行连拍时都有连续拍摄上限。例如佳能EOS 450D就只能连续拍摄10张Raw格式图片，折算成±2EV、2EV间隔的包围曝光也就只有三组。而一些高端的相机甚至具备±3EV、1EV间隔的包围拍摄模式——译者注。）

B.镜头

垂直全景不光要考虑垂直方向的景物，水平方向的视野也很重要。因此对镜头来说是越广越好。8-12毫米（等效35毫米焦距）的超广角镜是非常适合拍摄垂直全景的，这是因为，超广角镜头在水平方向上能够取得尽可能大的视场；短焦距即使是在大光圈下也有较大的景深，这样能够保证图像的清晰度；最后，根据焦距倒数折算率，广角镜的“安全快门”较低，这使得手持拍摄成为了可能。超广角镜的这三点优势，会让HDR垂直全景的拍摄事半功倍。

C.全景云台

全景云台不同于普通云台，它能够把镜头的节点固定在相机的旋转轴上，进而相机围绕镜头节点旋转拍摄。围绕节点旋转将能避免在图像拼接时出现“接缝”，实现“完美”拼接 。（为了照顾水平视野，相机应当以水平方式放置并且围绕水平轴旋转。因此，传统全景云台的竖直固定方式并不能很好地满足垂直全景的拍摄需求。因此作者自己动手制作了一种特殊云台——译者注）。用一些市面上能够买到的摄影周边器材搭建一个DIY全景云台，就能满足拍摄要求，并且坚固又廉价。一种可能的DIY全景云台如下：

这个DIY全景云台包括了：1、2是带有角度刻度的分度盘；3是一个小型滑轨（加长型快装板——译者注），为了适应不同镜头节点而设置 ；4、5是两个普通的云台连接座 ；6是一个L型快装板，能让相机旋转90度并居中固定在云台上；7是在L型快装板设置的挂钩，不用时通过挂钩连接在相机上，以防丢失。

拍摄过程

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正如前文所述，拍摄HDR垂直全景有两种方案：三脚架拍摄或者手持拍摄。通过上面的介绍，读者或许认为手持拍摄难度过大，其实不然，只要通过恰当的拍摄方式，都能很好地完成拍摄。

A.准备

这一步是要找到镜头的节点。找到节点，并且旋转轴通过节点，将能避免拼接失误。上图4中的1和2，就显示了相机在拍摄时当不围绕节点旋转，在相邻图像3，4的重合区出现的透视改变现象。不同的镜头节点不同，对于变焦镜，不同焦距的节点也不同。笔者建议拍摄者选用手头的超广角镜，并且始终在最小焦距端拍摄。

这里介绍一种寻找节点的快捷方法。设置两个前后相隔一定距离并且互相重合的杆子；将相机固定在加长快装板上；拍摄两张图，一张是相机偏左的位置拍摄，一张偏右拍摄。通过加长快装板上在云台连接座的前后位置，直到找到一点，使得前后景物在两张图片中始终互相重合，即不发生透视改变现象。做一个标记，确定节点位置，也方便下次重新拍摄时的安装。

节点找好之后，将云台由水平模式（图5-1）调节到垂直模式（图5-2），即可开始下一步拍摄，见图5。

B.相机设置

三脚架设置完毕后还需要对相机进行设置。主要设置如下：

1.焦点设置。焦点选择在拍摄点距最远景物之间的位置。（焦点设定在超焦距位置处——译者注）将相机光圈设置在最佳成像光圈，通常是f/8甚至更小，这样，景深很大，图片清晰度也能得到保证。焦点设定好之后，将镜头（或机身）的对焦设置到手动对焦挡，即锁焦。

2.白平衡的设置。如果能够根据现场光手动设置白平衡，拍摄的所有照片都能够较好地还原真实色彩。如果采取自动白平衡模式进行拍摄，则需要在后期手动调整白平衡。

3.设置反光镜预升，减小反光镜引起的机身抖动对图片质量的影响。微单相机不存在此问题。

4.使用快门线进行拍摄，能够将触发快门引起的震动减到最小。

5.单反相机在长曝光拍摄时需要人为遮住光学取景器，以消除现场光通过光学取景器对相机测光以及曝光产生的干扰。

C.曝光要领

确定拍摄场景相符合的曝光参数有很多种办法。笔者在这里选择手动测光模式，因为这种方式确定的曝光参数比较精确，调节起来灵活性也强。在确定曝光之前，记得要将相机的ISO值尽可能调低，并将光圈设定好，通常在f/8和f/16之间。需要注意的是，这种设定原则不是一成不变的，当曝光时间超过相机预设最大限度30秒时，就要灵活处理以上参数之间的关系了。但从图像品质出发，ISO越低越好。

对场景中最亮部分及最暗部分分别进行点测光，得到两组曝光参数，按照一个曝光序列，从最暗部分的曝光参数直到最亮的曝光参数，逐个拍摄图片。为了保险起见，拍摄时按照最亮部分减1EV到最暗部分加1EV作为曝光序列的边界点。

D.开始拍照

在进行了三脚架及相机设定，并确定曝光区间以后，拍摄者接下来应该尽量迅速及平稳地完成照片拍摄工作。笔者建议，在决定按下快门前，一定要再次检查三脚架设置及与相机的连接是否稳固，相机设定是否正确等等细节问题。

1.检查完毕后，将相机下俯，垂直对地，拍摄第一组对地面的照片。这张照片可能会把架子及摄影者的脚拍进去，不过没关系，这一步是为了给后期的拼接提供一些拼接素材。

2.等待合适的拍摄时机。等待很重要，垂直全景因为视野范围非常大，需要考虑的拍摄因素也较多，例如：来来往往的人流，光线的变化，每个拍摄区域的变化等等。

3.时机成熟后，按照从下往上的顺序逐个区域拍摄。对每一个区域都要按照从最暗部分加1EV到最亮部分减1EV的参数边界拍摄，每次间隔1EV。拍完一个区域，相机即上扬一定角度拍摄下一个区域。（上扬角度根据镜头不同而有所不同，要至少保证相邻图片重叠30%，超广角镜以30度为宜——译者注。）

下面以一个拍摄实例说明具体拍摄流程：

光圈设定好之后，假设画面中最亮部分测得快门数为1/1000秒，最暗处为1/15秒（最亮最暗相差6挡曝光），按照下面步骤开始拍摄。

1.从亮部减一挡作为曝光起点，即1/2000秒，间隔1EV逐步拍摄到暗部加1EV结束。接着是1/1000秒， 1/500秒，1/250秒，1/125秒，1/60秒，1/30秒，1/15秒，1/8秒。

2.在拍完一个区域后，相机应当上扬一定角度，保证与之前的拍摄区域有30%的重合区。

3.所有区域都拍完后，不要拆掉相机，应当在回放屏中逐一检查拍摄历史，看有没有遗漏或者失误的地方。

后期制作

后期制作需要好几个步骤，如果你是以Raw格式拍摄的，需要用相关软件将Raw转化为合适的文件格式。另外，根据拍摄时ISO的不同，还需要进行数码降噪处理。这些都是进行后期制作前需要完成的工作。

A.合成垂直全景

素材图像准备好后，就应该进行图像合成以及拼接了。这里包含两步操作：1.每一个拍摄区域不同曝光的图像合成为一张HDR图片。2.将这些HDR图片合成为最终的HDR垂直全景。理论上步骤1和步骤2可以互换，不过先1后2在操作上会更加简单。

在步骤1中，拍摄者需要把不同曝光的图片拖入HDR合成软件，然后进行合成及调整，最后存储为32位的HDR格式图片。（鉴于合成软件的不同，存储为16位Tiff格式文件亦可——译者注）注意，要将第一次调整完的参数存储下来，然后批量应用到后续的区域HDR图片中以保证一致性。步骤1完成后，我们就得到了关于每个区域的HDR图片。

步骤2中，我们知道许多软件都能完成图像拼接，这里介绍Photoshop的Photomerge拼接功能。见下图：

进入Photoshop后，选择“文件→自动→Photomerge”。弹出的窗口中（见图8），下拉菜单1中你可以选择源图像来源，4是Browse能够单独导入电脑中的图片，5能够让你导入当前在Photoshop中打开的图像文件。在拼接模式选择中选择“Cylindrical”模式，全部勾选3种选项能够得到更好品质的图像。点击Ok，就开始自动拼接了！

当拼接完成后在Photoshop面板中就能看得到最后结果。一般来讲，图像分层输出并且边缘是不规则的。这时只需要合并所有图层即可（图层→合并图层），然后根据图像的朝向旋转到合适的位置（图像→旋转图像）。

B.矫正变形

由于拍摄时不可能做到绝对对称，因此Photoshop输出的原始全景图通常都会出现各种变形。这种变形可以通过形变工具（快捷键Ctrl+T，右键选择变形）来修复。这里的修复侧重于展宽图像的中间部分以及缩窄顶部与底部。应用变形，并且进行裁剪后得到一种对称式构图的图像。到这一步就完成了HDR垂直全景的制作。这幅图像应该涵盖了从上到下的视角以及从亮到暗的全部细节。剩下的就是进一步后期处理让这幅画面更加出彩，这属于Photoshop后期处理的范畴，处理方式也因人而异，本文在此不再赘述。

如果想学习更多关于HDR垂直全景的实用技巧，可以去看我的新书：A Practical Guide to HDR Vertorama Photography，网址是：http：//farbspiel‐photo.com/pcs/hdr‐vertoramaphotography 这里有更详细的关于构图、技巧以及手持拍摄的相关资料，能够帮你得到更加绚烂的HDR垂直全景作品！

全景技术 篇12

1.1全景技术概述

全景技术也称为全景摄影或者虚拟实景,是一种基于静态图像在计算机平台上实现虚拟现实的一种技术,它是使用相机环360度拍摄的一组或者多组照片通过无缝连接的方式拼接成一张全景图像,并通过计算机技术实现全方位互动式观看的真实场景还原展示方式[1]。该技术所有的数据源直接取景于真实场景,通过无缝拼合源图像实现360度全景展示,同时能够结合图片、音视频及文字等方式,通过多种浏览器或软件打开场景,实际使用只需操控鼠标或键盘即可便捷控制浏览虚拟场景的方向,如前进、后退、旋转观看场景任意角度等,用户能够在虚拟的环境中进行身临其境的交互观察和体验。

1.2全景技术在虚拟现实领域的优缺点

与传统开发虚拟漫游系统的三维建模技术等难度较高的实现技术相比,全景技术的优势详见表1。

综合比较而言,全景技术的实现精、小、快,更易于实现。

1.3全景技术在教育领域虚拟展示的意义

作为一项新技术在教育教学领域的应用,虚拟现实技术为广大教师提供了一种全新的教学手段[2]。全景技术在教育领域的应用具有相当的广泛性,特别是科研方面、虚拟实验, 虚拟仿真校园,虚拟教学等方面。全景技术能够为学生提供更为生动和逼真的学习环境,亲身体验相对于抽象的理论或文字更能加深巩固学生学习知识的过程。全景技术在教学方面的具备极大地优势。

(1)节约成本。出于设备采购、场地布置、运营经费等多方面因素限制,大学中很多专业的实验设备与仪器并不能直接购置用于学生教学,而利用虚拟现实系统,学生能够感受到逼真的实训场景,获得与真实实训同等的学习成效,极大的节约了教学及培训的成本。

(2)易于网络传播。虚拟现实技术打破了空间、时间的限制,学生足不出户便可以随时利用网络参与专业学习。

(3)利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地,环境可以随时修改或根据需要不断增加新的设备仪器,教学实践能够随技术发展不断更新,极大的方便了专业教师教学资源的储备与更新。

本文以乌鲁木齐职业大学虚拟印刷实训室的建设为例, 系统采用全景技术设计并实现,能够进行简单的实训室虚拟展示。通过虚拟印刷实训室环境供学生漫游,既实现了实训室与学生之间的互动交流,增强了在线漫游式的体验感,又可以充当能够移动的电子教学场所,利用交互式网站目录进行远程访问,学员能够以远距离的直观学习方式加速对专业背景的熟悉,与专业理论相互配合改善学习效果。最主要的是,通过研究全新的虚拟实训方式,打破原有枯燥教条的教学实训模式,为探索出一条低成本、高效率的实训之路提供了新的思路,全方位提升了实训室的虚拟教育服务功能。

2虚拟印刷实训室的具体实现(Specific method of virtual printing training room)

2.1技术实现流程(图1)

2.2虚拟印刷室实训室实现详细步骤

2.2.1前期准备:获取数据源图像数据

根据数据源图像数据的获取方式将全景图的生成分为三类:全景相机、鱼眼镜头、普通数码相机,三者比较优缺点如表2所示。

本文主要采用第三种普通数码相机结合三脚架等仪器获取全景图像的方法,此方法成本较低,实现速度快,技术可行性高。

图像拍摄是全景系统制作过程中的非常关键的步骤,图像采集质量的好坏直接影响照片素材数据源在后期制作过程中能否顺利进行无缝拼接,所以必须按照一定的规则拍摄方可。详细拍摄方法如下:

1将相机固定在某点,一般使用三脚架固定,确保相机围绕一个中心点进行水平或垂直方向转动,也就是说保证拍摄转动角度后的图像均置于同一水平面,经济许可的情况下最好配置水平仪。相机大致位于场景的中心位置。

2依次按照旋转相机,每隔一定的角度拍摄一张图片, 最终获取一组有序图像,由于相邻两张图像的重叠区域是保证图像无缝拼接定位的要素,必须确保相邻图像的旋转角度有部分重叠。受普通数码相机镜头限制,本系统拍摄中环绕水平一周大致拍摄了14张照片,保证了同一场景的相邻序列照片有10%—20%的重叠部分。系统第一次水平拍摄一周得到原图如图2所示。

3基于水平中间线垂直向上或向下30度—45度调整相机,继续环绕水平一周拍摄一组照片,确保新序列数据源图像与第一组水平角度拍摄的照片序列在垂直方向有10%—20% 的重叠部分。

4所有拍摄点拍摄完毕后补拍天与地,便于后期合成完整场景。

至此获取所有数据源图像数据后就可以通过软件进行全景图的无缝拼接制作程序。

2.2.2制作中期:图像合成与修图

由于拍摄场景光线条件不足、相机色彩或曝光度设置不合理等因素,往往容易导致获取的数据源图像数据效果较差,此时就需要对图像进行后期处理。例如可以利用Photoshop等制图软件调整图像画面的曲线、亮度和对比度等设置参数,修复场景中的不合理部分通过图像后期处理得到理想的数据源图像数据。

全景图的拼接原理基于三种模型,分别是球状投影、柱状投影与立方体投影,本系统主要利用柱状投影图像拼接技术将序列图像有序地拼接成一张首尾相接的图像。其中使用的柱状全景图合成原理为:在拼合时,以一张图像为参考图像,将待拼接图像根据特征点匹配关系计算出的单应矩阵进行图像变换,然后再将这两张图像拼接起来,经过后续处理可拼接成一张首尾相接的全景图[3]。采用此方法,图像的重叠区域能够达到相对精准的匹配,重叠区域自然过渡,实现方式简易,效果良好。

本系统基于柱状投影合成原理,在垂直方向的每一角度均生成一段子拼合图像序列,同时利用树状合成方式,将每段子序列图像继续拼合匹配,能够进一步减少图像拼接的误差,最终生成较完备的柱状球型全景图,其最直观的生成方式原理如图3所示。

本虚拟印刷实训室采用合成全景图的软件为图形拼接软件PTGui,详细操作步骤如下:

(1)打开PTGui软件,单击菜单中的“文件”--”导入”,将实验前期拍摄好的数据源图像全部导入至软件执行区域中。

(2)利用“检测”功能设置参数,由系统自动匹配相邻图像之间的关键点,计算出对应图像及边界图像之间的索引与距离(图4),进行全景图预拼合,如果部分图片的关键点不能匹配或得到的关键点过少导致不能无缝拼合,则需要在相邻图片中手动增加多处控制点(图5),多次实验直至相邻图片匹配精准为止。最后适当调整图像视觉效果与尺寸,单击“合成全景图”完成合成。

(3)最后通过执行文件导出命令,输出合成后的全景图像(图6)。至此,完成虚拟实训室全部数据源图像组的全景拼接工作。

(4)将准备好的全景图片通过全景制作软件pano2vr创建全景漫游程序。

在Pano2VR软件中,将由PTGUI中生成的全景图拖动到输入区内,系统将自动识别出当前全景图为矩形柱状全景类型图。在本步骤中,需要注意的地方是交互热点的创建。设置交互热点可以在不同场景的全景图中创建链接,使系统达到实现多地点场景切换的效果。只需单击交互热点中的“修改”按钮,在需要创建热点的区域双击鼠标左键,全景区域中就会添加新的热点,然后设置ID,在“标题”栏输入该热点的提示文字,在“URL”下拉列表框中选择需要跳转的场景,就能完成一个热点的设置,在全景系统中可以添加多处热点,此外,还可以调整“目标”参数,能够修改链接场景的角度,同时还可以设置不同的皮肤文件、导航与雷达。

全景系统支持生成swf、HTML5等格式的漫游系统,以生成swf格式的漫游系统为例,单击“输出”中的“增加”按钮,自动弹出flash输出设置对话框,在此可以调整像素值以提高系统质量,也可添加漫游的穿越过场效果、自动旋转、灵敏度、多边形热区等多种参数,进一步增强漫游体验效果,在返回主界面后单击“创建”按钮即可生成SWF漫游程序。

如图7所示swf版全景虚拟实训室漫游主界面,系统已可以通过一系列的导航图标来控制漫游方向。在后期制作的过程中我们还可以采用插入语音解说、图片、文字介绍,以及flash动画等方式,使整个系统功能更加完善。

2.2.3制作后期:完善漫游系统

为了方便虚拟印刷实训室系统进行网络方式的漫游,基于visual studio.net平台进行二次开发,进一步实现在线虚拟印刷实训室系统的浏览与发布功能,最终完成B/S模式系统的创建。

3结论(Conclusion)

本文通过乌鲁木齐职业大学虚拟印刷实训室的制作实例,应用全景虚拟现实技术实现了虚拟印刷实训室系统,使学生能够方便快捷的通过网络在线漫游,以简洁明了的互动方式操控虚拟现实场景,更真实直观地了解印刷实训室布局和印刷仪器设备。该系统构建速度快,实现方式简单,为乌鲁木齐职业大学的印刷专业辅助实训教学提供了一种全新的方式,对我校虚拟现实技术与教育的结合起到了很好的推广、促进作用,也为其他专业的实训辅助教学提供了参考。

摘要：三百六十度全景技术是虚拟仿真中场景实现方法方向十分重要的一种实现技术,本文采用基于全景图像拼接技术创建全景图的方法构建真实感侵入感强烈的体验式在线漫游虚拟印刷实训室,简洁快速得实现了在线虚拟印刷实训室的实景漫游,该系统在乌鲁木齐职业大学印刷专业实训室的建设中得到使用,对辅助印刷专业实训教学及其他专业实训教学均具有重要的实际意义和参考意义。

关键词：虚拟技术,全景漫游,图像拼接

参考文献

[1]蔡田露,高俊强.360全景技术与应用分析[J].现代测绘,2012(11):28-30.

[2]李建荣,孔素真.虚拟现实技术在教育中的应用研究[J].实验室科学,2014(3):98-100.