就前后俩镜头,全景相机为什么能拍出所有的视角?

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手机全景模式

打开手机,你会发现,镜头拍下的只是眼前的一部分视野。如果想把身前美景尽收眼底,则需要打开全景模式,并且双手稳定地沿着轴移动。

普通相机只能拍一个方向,想看别的地方要么转动方向,要么切换到另一个相机的画面(但又容易漏掉细节)。而全景相机在拍的时候也不用转动,自然没有残影,又一眼看全所有角落,直接拍下360°的所有画面怎么做到的!

多个镜头

广角镜头

鱼眼镜头

这个视觉效果类似于鱼在水下观察水上的环境,当鱼靠近水面就能获得接近180°的视角。如果稍微出来点水面,视角就更大些。(图做累了,大家只管笑)

而全景相机实现超过180°的视角,是采用更短的焦距、更大的图像传感器和专门的镜头设计!

三组镜片的处理

鱼眼相机的镜头并不是简单的一个玻璃半球,实际上它非常复杂。简单来说包括三组镜头,下图依次从左到右看。

1,最前端的是我们日常看到的前镜片,通常明显凸出,接收来自极广角度(如180°甚至更大角度)的光线,从而捕捉到超宽视野的画面。

2,中间组使用非球面镜片矫正色散(颜色分离),修正像场弯曲(避免边缘模糊),并控制畸变程度(防止过度变形)。

3,后组镜片通过凸透镜组将光线精准聚焦到传感器,同时校正残余像差(如球差、场曲),提升整体清晰度。

半球视野

虽然鱼眼镜头通过特殊的光学设计实现了超广角成像,类似于将半球形视野投影至平面传感器。

但这种非相似性投影,自然会引入显著的桶形畸变。

桶形畸变

在中心区域,鱼眼镜头还近似遵循透视投影,物体比例和形状保留较好,成像效果和普通相机相差不大。大家回忆下初中时学的小孔成像~

可是在边缘区域,就出现了非线性压缩,直线呈现明显弯曲。像照哈哈镜一般,大视野范围付出的变形代价开始夸张~

校正畸变

诶~别急!已经2025年了哦,能拍当然还得能用。目前鱼眼镜头的校正方法分两种。一种是在镜头系统中加入负畸变校正镜组,然后通过光学软件优化光学系统,降低系统畸变,但这会增加镜片数量与制造成本。另一种是通过算法,将畸变严重的图像重新构建为与现实物体较为相似的图像,从而减小畸变。

简单来说,要么在拍照时就戴「矫正眼镜」,要么等拍完再用「还我漂漂拳」。两种方法都能让鱼眼照片变得更符合人眼看到的真实世界。

隐藏自拍杆

既然单个鱼眼镜头已经可以获取大视野画面了,让我们回到最初的好奇——这台全景相机怎么做到360°无死角的记录所有信息?理论上,只要拥有两枚鱼眼镜头,180°+180°,我们就能拼凑出360°的无死角。但是,别忘记镜头本身也存在物理厚度!

消费级全景相机发展到现在,这问题已经解决。远大于180°的视野范围,看得更广cover了镜头自身厚度带来的那部分视野盲区。正反两面相加依旧可覆盖360°,包括上下180°的俯仰角。我们从全景相机案例来分析,在获得一个无死角空间的情况下,这个「看得更广」还能通过算法把自拍杆隐藏,把无人机隐藏,把夹角范围内的一切隐藏,这反而成了全景相机BUG般的天然优势。

等等!小编还有话说

接下来,让我们看看可以用全景相机玩出什么花样~比如,享受一下如小王子般的待遇:与小伙伴们拥有一颗可以自行命名的小行星,或者在展览用的室内小空间里当侦探?

参考文献:[1]江云峰,罗敏等.鱼眼镜头的研究进展及应用[J].红外技术,2023,45(4):342-351.[2]郭辰.基于球面透视投影的鱼眼图像校正算法的研究与实现[D].中国科学院大学,2015.[3]姜幸俭,李霆.球面透视投影的鱼眼镜头全景图拼接[J].现代计算机.2020,(17).[4]肖昆鹏.基于特定角度鱼眼图像校正的设计与实现[D].陕西:西安电子科技大学,2017.[5]KumleraJJ,[C]//,2000,4093:360-369.[6],,H.-[J].,64(3).[7]Kim,Hyungtae,Jung,Jaehoon,Paik,oring[J].Optik:ZeitschriftfurLicht-undElektronenoptik:=,127(14).5636-5646.

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