DIY全自动全景摄影云台

摘要：全景摄影是利用相机将 360 度球面场景拍摄到的一组照片拼合成为一幅包含全部场景的图片，并发布软件在互联网上，使浏览者有身临其境的感觉，就好像自己在现场漫游一样。也称为VR，虚拟现实技术。

关键词：全景摄影，全自动全景云台

一、全景摄影

全景摄影就是用现有的相机，在一个观察点上，水平360度，垂直180度，进行的一个球内表面无任何遗漏的全面摄影。由于照相机的视角限制，所以必须旋转不同的角度，每旋转一个角度就拍摄一张照片，然后利用工具软件把它们合成一个完整的球面照片。

二、全景摄影设备

拍摄全景照片必须使用全景摄影节点云台，数码相机，三脚架。

三、调节镜头节点

照相机镜头轴线上有一个点称节点，以此节点为中心无论镜头如何旋转，照相机前的物体成像相对位置不会改变。拍摄全景照片前，要把镜头的节点与云台的旋转中心对齐。对齐节点后，任意旋转数码相机镜头，镜头前物体经过镜头成像的相对位置没有任何变化。

四、拍摄规划

根据数码相机的视角计算规划拍摄球面全景需要多少张的照片以及对应的旋转角度。

以佳能 PowerShot S3 IS数码相机为例。感光元件尺寸：5.8*4.3mm，镜头最小焦距6mm。旋转机身竖立拍摄时，最大垂直视角VFOV： 51.6°，最大水平视角 HFOV： 39.4°。相邻的每张照片重叠至少30%—50%，重叠越大拼图越容易。通过计算得知，垂直方向需要分6层，其中水平方向圆球体的弧线最长，需要360/39.4*1.5约14张，但由于手动云台旋转分度的限制，没有对应的分度，每次只能选择旋转20度，拍摄18张一周。

五、拍摄参数

对准拍摄主题最亮的区域测量光，然后使用手动曝光模式设置刚刚获得的曝光参数。拍摄时开启曝光锁定功能。使用较小光圈，比如f/16，保证景深，用较小的ISO，减少噪点。要使用数码相机M档全手动模式曝光，避免用Auto档自动曝光模式拍摄。

六、拍摄与补拍地面

按拍摄规划有序拍摄。由天空至地面，镜头轴线与的夹角分别是+90度（1张），+60度（12张），+30度（18张），-30度（18张），-60度（12张），-90度（1张）。最后，移除三脚架，用相机再补拍一张占用过的地面。合计63张。

七、照片合成

用照片软件合成Ptgui，将62张照片合成一个球面，并以1：2的方式输出成一个矩形球面照片。

八、修补地面

使用，PANO2VR，将矩形球面照片转换成六面体格式，前、后、左、右、天、地共6张照片，将最后一张补拍地面的照片用PHOTOSHOP替换六面体地面的三脚架，修补好地面。 再使用PANO2VR软件制作成HTML5格式文件，上传网络发布。完成手动拍摄合成到发布全部过程。由于手动拍摄次数过多，很容易出错，所以设计全自动全景云台。

九、电子快门线

全自动云台的首要难题是如何控制相机拍照，由于数码相机PowerShot S3 IS不支持快门线，只能用CANON CHDK改造升级现有的数码相机，就可以实现利用数据线代替快门线。

十、CANON CHDK

CHDK是一款佳能数码相机的固件破解程序，主要目的是扩展相机的使用功能，它可以实现利用数据线脉冲信号代替快门线。到CHDK网站下载PowerShot S3 IS对应的升级文件。按照说明，以FAT16格式格式化SD卡，将文件ver.req和bootabla.exe和DISKBOOT.BIN都復制到你的SD卡根目录里。将SD卡置于写保护状态并安装到数码相机内备用。

十一、单片机控制

利用核心芯片是STC89C52单片机控制的双轴步进电机的驱动控制板。使用单片机编程软件工具Keil-51，用C语言编写程序，控制步进电机经过减速齿轮组减速，按指定的脉冲数控制步进电机水平方向与垂直方向二个轴旋转的角度。再输出电源脉冲信号经衰减电路到数码相机数据线接口，相机自动按指定的参数曝光。然后继续，直到拍摄结束。

十二、优化拍摄程序

由于受到手动节点云台机械设计限制，只能旋转指定的角度。用步进电机可以旋转任意角度，所以进一步优化拍摄角度及拍摄次数。最终方案34张。+90度（1张），+47度（10张），0度（12张），-47度（10张），-90度（1张）。

十三、自动拍摄

将数码相机安装到全自动全景控制云台，对齐镜头节点与全景云台旋转中心，手动调节数码相机曝光参数，按启动按钮，步进电机自动旋转，将镜头对向天空，驱动数据线，拍照。然后自动旋转到下一张位置拍摄，直到结束停止。最后，移除三脚架，拍摄修补地面素材照片。

十四、后期处理

打开Ptgui拼接图片工具软件，开启固定的模板（拍摄角度参数完全一致），导入照片，经简单的调整后直接输出球面全境照片。利用Pano2VR变换成六面体格式，使用PHOTOSHOP工具，修正地面，还原地面原貌。输出指定的格式，上传至网络平台发布。

十五、总结

使用全自动摄影云台可以提高工作效率，减少人工参与，省时省力。建议有条件全景爱好者使用单反相机配合鱼眼镜头，再配合全自动云台拍摄，感觉效果会更好。

参考文献：

https：//www.usa.canon.com/internet/portal/us/home/explore/learning-center/electronic-range-calculators/bctv-range-angleview

https：//chdk.fandom.com/wiki/CHDK

作者简介：

阎涛（1966-04-26），男，山东荣成人，本科，高级讲师，主要从事计算机专业教学工作，包括硬件维修，软件应用，网络工程，机械自动化控制。