街景应用的研究探讨

街景应用的研究探讨

摘要街景的出现使得人们足不出户就可以游览世界的每一个角落，随着街景技术的成熟，应用范围越来越广。本文概要介绍了街景、全景的相关技术，对街景的制作方法、流程方案等方面做了一些研究和探讨。

关键词街景；全景摄影；地图服务

0 引言

目前的街景均是在全景摄影的基础上采用多镜头移动摄影的方法采集制作。全景摄影的后期提供了很多的投影方式来展示图片，由于目的不同街景均采用等矩形投影，这样的全景包括了一个360度的水平视野和一个180°的垂直视野。就如同人站在街道的某一点，可以环视周围所有的位置，符合人的视觉结构特征，给人一种沉浸感。

1 街景简介

2005年1月，亚马逊旗下搜索引擎A9在本地搜索服务中首先推出了街景查看功能，2007年5月谷歌推出谷歌街景（Google Street View），2008年谷歌街景正式结合至谷歌地球4.3内，目前已发展到十多个国家。受谷歌街景成功的巨大影响国内外许多机构开始研究并且推出自己的街景，如微软的Bing Streetside和Street Slide，国内的SOSO地图街景服务等，这些街景服务各有特点，但其基本的技术路线是相似的。

2 全景技术

2.1 全景的概念

全景图是一种广角图，英文名称是Panorama。全景图能使使用者能依本身的需要旋转照片，产生一种身临其境的视觉效果。为了产生这样的照片，有了各种全景摄影技术的发明。早期的全景摄影是透过相机环绕一周，记录下水平一圈360°的景物，但是没办法处里天空与地面的问题。随着摄影和计算机技术的发展该问题得到了很好的解决，目前的全景图通常是指包含天地的360°完整场景。

2.2.全景图的类型

全景图的类型中主要的有以下几种：

1）对象全景图

对象全景图是对对象进行旋转拍摄，拍摄时转动对象，每转动一个角度，拍摄一张，顺序完成。然后拼接成全景图，展示对象的3D全貌。对象全景主要应

用于艺术品展示等方面。

2）柱面全景图

把旋转拍摄的照片投影到以相机视点为中心的圆柱体内表面，相机的旋转运动即等同于柱面上的坐标平移运动。柱面全景表现的是水平方向360°，垂直方向小于180°的视野。柱面全景较为简单，实现方便，效果震撼，主要用来制作宽幅照片。

3）立方体全景图

立方体全景图由六个平面投影图像组成，视点位于立方体的中心，可以实现水平方向360°、垂直方向180°的视野。展示效果与球形全景类似。

4）球面全景图

球面全景图是指将源图像首先拼接成一个平面图像，然后以视点为球心投影到球体的内表面。球面全景图可以实现水平方向360°，垂直方向180°的视野。球面全景图的生成需要将平面图像投影成球面图像。该投影类似绘制世界地图的投影，但是是内投影。目前最广泛使用的是等距长方形投影（equirectangular），生成的全景照片的长宽比例为2：1。目前街景采用的全景图都是这种形式。下图是该投影的生成示例，XYZ是世界坐标，xyz是以相机为中心的坐标。

2.3 全景图的拼接

图像拼接是根据相邻两幅图像重叠区域的相关性来实现的。全景图拼接的主要步骤是：1）输入图像；2）分析相邻图像的重叠区域，提取匹配特征点；3）计算匹配特征点对；4）拼接融合，输出成果。具体流程如下图所示：

目前很多软件都提供了成熟的图像匹配融合模块。本文所涉及软件主要是Kolor Autopano Giga。

3 本文涉及的街景实现

3.1 街景数据采集

3.1.1 兴趣点采集

对于一些感兴趣的建筑，需要拍摄其内部，建筑物内部的物距比较小，由于全景摄影的特点，拍摄物距较小的场景对于节点的精度要求比较高。虽然手持拍摄也可以完成，但是实际工作多数需要借助云台。

镜头节点是全景摄影中一个重要的基础概念，节点是镜头的光学中心，是相机内部的一个点，在此点上光线聚集并反转。以光学中心旋转镜头，前后的物体

透视不会发生变化，镜头中前后的物体不会发生位移。在拍摄全景时，以节点为轴心转动相机，可以消除由于视差造成的图像失配。这对于后期拼片很重要。因此在拍摄全景时，相机的转动必须以节点为轴心，即节点应该就在云台的转动轴心上。将相机架设在云台上，观察反光镜里的前景和远景，反复观察两者的相对运动，并沿着镜头的轴向前后移动相机，当看到前景和远景之间没有相对运动时，此时相机所在的位置就是节点位置。由于采用的是鱼眼镜头，所以环拍一圈，然后拍上天顶和底面就可以，一般一个场景拍摄六张照片。

3.1.2 车载采集街景

在本文实现涉及的街景数据采集中，使用了3台鱼眼镜头的相机，一台GPS，一台数据处理电脑以及相关配套软件。针对软硬件的状况以及街景拍摄的特点，要求拍摄距离间隔25m，时间间隔4s，车速在2km～20km之内。一次拍摄3张照片。一个场景3张照片为一组，同时记录GPS坐标信息。

采集过程以及一些情况的处理：先拍摄主要路段，后拍摄次要路段。遇高架桥先拍摄桥上，后拍摄桥下。遇立交桥时要对立交桥的所有各匝道依此拍摄。遇高楼大厦、桥下等位置会造成GPS信号丢失的情况，这种情况视具体情况处理，重新拍摄或者参照影像图进行内业纠正。

拍摄之前要根据外景光线，通过调整快门速度和ISO的值，以及相机镜头的对焦距离，从而达到满意的拍摄效果。

3.2合成全景图

Kolor Autopano Giga 软件提供了和其他软件的接口以及批量处理的功能，本文涉及全景图的合成使用KRPanoGUI车载控制系统和Kolor Autopano Giga软件全自动处理。主要步骤：1）KRPanoGUI车载控制系统首先调用Kolor Autopano Giga对全景图进行拼接，实际工作中由于数据采集精度问题需要对拼接好的全景图进行检查，有问题的需要重新拼接；2）对拼接好的全景图进行切割和分块，切割是指将场景切割成六面体图片，并在漫游目录中形成漫游项目；分块是指将场景图片切割细化，从而提高整个漫游项目的浏览速度；3）生成热点，生成热点是指将漫游项目批量标注在地图上，同时在场景中生成步进点，步进点相当于浏览中的观测点，可以一步一步点击沿着街道前进。

3.3 成果发布

成果发布使用KRPanoGUI。将处理好的兴趣点和街景数据放到KRPanoGUI 软件生成的工程文件中，进行后期编辑，然后发布为网页形式。将发布成果挂接到天地图，作为天地图的一项服务。

4 结论

本文对全景图的生成，街景的制作做了详细的介绍和研究，在此基础上成功