全景相机路在何方？

2017-05-08 20:01

2017年4月，小米、努比亚等几家传统手机厂商相继发布了自己的全景相机，正式跨入全景相机领域。理光也宣布将发布新一代的消费级全景相机。而在面向专业级的全景相机领域，Facebook、Google互联网巨头也相继在4月中下旬发布了自己的第2代专业级全景相机。短短的一个月掀起了一轮全景相机的小高潮。
消费级全景相机
小米
4月5日小米发布了米家全景相机，由两个190° 鱼眼镜头相机组成。不需配合手机，可以独立使用。

米家参数：安霸 A12 处理器，索尼 IMX 206 传感器，2388 万有效像素，内置6 轴电子防抖，使用中无论是翻转、俯仰、偏航，都能实时矫正并获得稳定流畅的画面。符合IP67级防水防尘认证。可满足家用、户外和新闻等日常拍摄需求。售价 1699 元。
努比亚
4月6日，努比亚发布了NeoAirVR全景相机。配备了两颗210度鱼眼广角镜头，可拍摄图片分辨率3008×1504，视频分辨率2560×1280、帧率30fps，全景内容自动拼接无需后期处理，支持鱼眼、小行星、水晶球、透视等多种模式。

售价699元，只能搭配手机（目前仅支持安卓手机）使用，不能独立使用，这是为什么它比小米便宜1000的重要原因之一。
理光
理光宣布在2017年全美广播电视设备展上公开展示其最新研发的新款THETA 360 全景相机。新机的最大特点将是能够拍摄30fps 4K分辨率的360 全景视频，同时使用内置的四通道麦克风进行立体声录制。
专业级全景相机
Google
4月下旬，Google 发布了继Jump后的升级产品YiHalo。YiHalo 由小米旗下品牌小蚁与 Google 合作研发，由 17 台相机构成，其中 16 台采用环绕形式组装成圆形阵列，1台安装在圆盘顶端。

YiHalo采用安霸A9SE75芯片，索尼1200万像素的IMX377传感器。能够达到每秒30帧的8k分辨率/每秒60帧的5.8k分辨率拍摄视频。售价16,999 美元（约合人民币 11.7万），面向专业视频内容制作团队。
Facebook
Facebook 4月20日发布了Surround 360 X24/X6全景相机。

X24由24台相机组成，X6由6台相机组成，和此前的surround360的圆盘设计方式不同，X24/X6均采用球形设计。支持以6自由度（6DoF）拍摄高达8K分辨率的视频，通过6DOF追踪，无论Facebook自己的OculusRift还是HTC的Vive用户，都将能够在镜头拍摄的任何方向上移动，而不仅仅是从固定的中心位置360度观看整个场景。目前，只能用计算机生成的图像才能达到这种效果。
全景相机有哪些重要的参数？
全景相机的几个重要参数如下：
1、相机数量：全景相机采用多相机（至少2个）拼接，相机数量越多，单位角度内有效像素数也越高，画面畸变越小，视觉效果越好，但相应的计算量也越大，拼接难度也越大，硬件和算法成本越大。目前 6 个相机以内的全景相机方案还能勉强实现机内拼接，超过6个相机一般要在专用工作站上进行拼接。
2、分辨率：包括图片分辨率、视频分辨率。对于图片分辨率来说，消费级全景相机主流是 4K，而专业级全景相机最高可达8K。
3、画质：画质是最终画面的质量，包括细节分辨率、层次、对比度等。影响画质的主要在于图像CMOS传感器成像质量以及ISP芯片处理算法。
4、成像一致性。主要指曝光、白平衡等参数。全景相机基于多个相机拼接，当场景中有单向强光源（如早晨斜射的太阳）时，不同角度的相机入射光强不同，曝光参数差别很大。造成曝光不一致，这时能明显看到画面中亮度不一致，严重影响拼接算法。
5、安全距离：很多全景相机依靠相邻镜头拍摄画面的重叠，匹配共同特征实现拼接。当被摄物体距离相机较近时，共同特征很少，拼接时容易发生变形或者错位。这个临界距离就是安全距离。安全距离越小越好。
6、机内拼接：就是在全景相机内部完成全景图像的拼接，这样操作使用都很方便，但机内拼接对机内发热、运算性能等方面要求比较高，相机数目少于6个时容易实现。
双鱼眼全景相机存在的问题
双鱼眼技术方案是目前主流的全景相机方案，但是双鱼眼技术并不是全景相机的最理想方案。
双鱼眼全景相机因为需要两个相机具有相同的重叠区域才能拼接，所以每个鱼眼镜头都在180°以上，190°和200°最常见。而如此大视场角的鱼眼镜头会产生很多问题。总结起来主要有三个：
画面边缘畸变严重
鱼眼图像的畸变程度是从圆中心到周围逐渐变大的。一般中心的图像还算比较正常，但是四周会变形比较严重，如下图周围的人和房顶都变形很严重。这对鱼眼展开后的拼接不利。

安全距离大
安全距离越小越好。但双鱼眼的技术方案使得安全距离较大，手持拍摄时人的手臂无法很好的拼合。或者在室内等小空间拍摄时，柱子或天花板容易出现断层和扭曲。

单位角度有效像素低
鱼眼相机所使用的 COMS 感光元件其实跟一般的相机并无区别，但由于只利用了方形 COMS 中间圆形的一部分，实际有效的感光元件面积变少，加上鱼眼镜头覆盖的视场角远大于普通视场角，每一度视角上的有效像素便稀释得很少了。举个例子，两个 1200 万像素的鱼眼镜头组成的全景相机，换算到单位角度上可能只有普通视场角（一般小于70°）1200 万像素手机的三十分之一左右。
目前拍摄设备分类
在介绍全景相机的发展趋势前，先来聊一聊目前的拍摄设备分类情况。目前拍摄设备主要分为三大类：手机摄像、相机摄像、影视摄像。
其中手机摄像面对普通个人用户，对拍摄质量要求不高，但对价格敏感。一般用来拍摄生活照、旅游照片等。

影视摄像设备面对的是专业的影视制作公司，对设备成像质量、长时间工作的稳定性要求很高。售价也非常高。

相机则介于两者之间，最常见的就是单反相机。既有面向普通用户的消费级产品也有面向专业用户的专业级产品。

全景相机未来发展趋势
未来全景相机很可能会像上述的拍摄设备一样分为相应的三个发展方向。
全景相机作为手机配件
由于手机机身尺寸（尤其是厚度）的限制，手机镜头无法像单反那样具有大尺寸感光元件、大范围可调光圈、大范围可调焦距等一系列功能。因此全景相机作为手机在摄像方面的一个延伸是有它存在的理由的。
这类全景相机主要采用双鱼眼的技术方案，研发主力是手机厂商（三星、小米、努比亚、LG等）以及部分第三方厂商（理光、insta 360等）。

这个方向的全景相机目前比较多，发展比较成熟，未来发展的趋势：
1、小型化。因为主要搭配手机使用，所以轻便、小巧非常重要。
2、傻瓜化。可以实现自动全景拼接，实时预览，无需通过电脑直传手机。操作简单，可以快速上手。
3、生态化。提供配套的APP软件，支持图片编辑人物美化、主流社交软件分享、增值服务等功能。形成一个完整的产业链。
全景相机目前在消费领域属于一个新兴的产业，使用和熟知的用户群体并不大。由于其不同于传统照相摄像设备，可以给传统的生活拍摄、直播领域提供新的思路，因此在消费级领域全景相机有广阔的发展空间和光明的前景。
独立全景相机
目前独立使用的全景相机也有不少，从2个相机到4、6、8个甚至更多的都有。详见文章《全景相机哪家强？》。前面讨论了目前主流的双鱼眼相机存在的问题，这可以通过增加相机数目来缓解。相机数量越多，单个相机成像的畸变越小，单位角度的有效像素也越多，画面成像效果也越好，但相应的计算量也越大、成本也越高。目前 6 个相机以内的全景相机方案还能勉强实现机内拼接，超过6个相机一般需要在专用计算工作站上进行拼接。
因此，独立全景相机未来的主流发展趋势可能集中在4~6个相机组成的相机阵列。和目前主流的双鱼眼技术方案相比，一方面成像效果更好，另一方面可以实现机内实时拼接。另外，还会搭载多元麦克风阵列实现立体声采集。这样的设备更适合半专业的个人或者团队用于旅游全景拍摄、婚庆全景拍摄、全景直播等场合。
专业影视制作全景相机
专业影视用的全景相机研发还集中在少数的几个科技巨头手里。比如互联网巨头Google推出的第一代16个相机圆盘Google Jump（和GoPro合作）和刚推出的17个相机圆盘阵列YiHalo（和小蚁合作）。Facebook推出的第一代17个圆盘相机阵列Surround360和刚推出的第2代球形相机阵列surround X24/X6（24/6个相机）。还有Nokia推出的球形8相机阵列Nokia OZO。
这些设备售价非常贵，这不奇怪，因为并不是针对普通消费者的，而是用于专业的影视拍摄和直播的全景设备。
面向专业影视拍摄或直播领域的全景设备一般需要8个以上的相机阵列。影视制作专用的全景设备要求输出更清晰（8K及以上）的画质，要支持更高帧率（60FPS及以上）的视频录制，同时具备360° X 360°环绕立体录音，可以实现远程无线操作，支持即时预览快速回放。同时需要配套专业影视编辑软件进行剪辑和后期制作，需要配套专用的计算工作站来完成海量数据的计算、储存、剪辑。这必然需要一个强大的研发和服务团队，同时需要投入巨大的资金。一般企业玩不起，因此影视制作专用全景相机的核心技术和解决方案未来仍然会集中在少数几个科技巨头手里。
来源：计算机视觉life sixgod

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