Сферические картинки: Сферические aэропанорамы, фотографии и 360° виртуальные туры самых красивых городов и уголков нашей планеты, 360° панорамы вокруг света

Содержание

Обзор программ для просмотра сферических 3D панорам 360 на компьютере Windows и MacOS

Какую программу лучше всего использовать для просмотра панорамных 3D фотографий 360? В этой статье мы рассмотрим несколько вариантов подходящего софта и выберем лучший из них.

Сферические 3D панорамы получили большую популярность в последнее время. Такие панорамные фотографии можно снять при помощи камеры 360 или сделать, склеив несколько кадров в одно изображение.

Если открыть 3D панораму в обычном приложении для просмотра изображений, тогда она будет выглядеть как плоская фотография:

Эквидистантная проекция сферической фотопанорамы

Такой вид называется эквидистантной проекцией панорамы. На одном изображении мы видим все 360 градусов пространства вокруг точки съемки. В верхней и нижней части этих фотографий имеются большие искажения.

Если же воспользоваться специализированной программой, панораму 360 можно вращать в любую сторону. Как, например, в 3D туре по какому-нибудь ресторану:

Виртуальный тур по ресторану (клик для просмотра)

Среди прочих рассмотрим несколько программ, которые мы уже встречали в обзоре плееров для просмотра видео 360. Во многих случаях будет удобно, когда один софт воспроизводит сразу панорамные фотографии и видеоролики.

VideoStitch

  • Операционные системы: Windows, MacOS
  • Язык интерфейса: Английский
  • Цена: Бесплатно
  • Скачать: https://www.video-stitch.com/

VideoStitch – простой видеоплеер для видео 360 с возможностью просмотра панорамных фотографий. Эта программа не может похвастаться большим набором инструментов, но основные функции выполняет.

Подробнее

Интерфейс программы VideoStitch

Panorama Viewer

Panorama Viewer – не стандартный вариант приложения, а именно, сервис для воспроизведения сферических 3D панорам в браузере. Интерфейс крайне прост:

Подробнее

  • Выбор вида панорамы – цилиндрический или сферический.
  • 5 последних открытых изображений.
  • Кнопка выбора фотографии.
Интерфейс программы Panorama Viewer

Панораму также можно открыть, просто перетащив ее в окно браузера. Вращение панорамы осуществляется с помощью мыши, а приближение и удаление ее колесиком.

Большим недостатком можно считать невозможность просмотра фотографий весом более 40 Мб.


PTGui Viewer

  • Операционные системы: Windows, Mac OS X, Linux
  • Язык интерфейса: Английский
  • Цена: Бесплатно
  • Скачать: https://www.ptgui.com/

PTGui – программа для сшивки панорам из нескольких фотографий. В ее арсенале есть инструмент для просмотра сферических панорам — PTGui Viewer. Этот вариант будет полезен тем, кто склеивает панорамы в PTGui. Это достаточно удобно, но при этом, нет никаких дополнительных функций. Можно открыть только одну фотографию, покрутить и приблизить ее, оценив качество сборки панорамы.

Подробнее

Интерфейс программы PTGui Viewer

PTGui Viewer можно использовать отдельно от основного софта. Для этого достаточно кликнуть по изображения правой кнопкой мыши и выбрать «Открыть с помощью». Кстати, просмотр будет работать и в пробной версии ПТГуи.


FSPViewer

  • Операционные системы: Windows, Mac OS X, Linux
  • Язык интерфейса: Английский
  • Цена: Бесплатно
  • Скачать: http://www.fsoft.it/FSPViewer/download/

FSPViewer  — очень простая и быстрая программа для просмотра панорамных фотографий. Аналогично предыдущему варианту, FSPViewer подойдет профессионалам для оценки качества склейки сферических панорам. В нижней части окна отображаются параметры просмотра: угол поворота по горизонтали и вертикали, угол обзора. При необходимости, можно выставить собственные значения через меню «Tools > Set View Parameters».

Подробнее

Интерфейс программы FSPViewer

sView

  • Операционные системы: Windows 7 / 8.1 / 10 (64 бит), Mac OS X 10.6.8 и новее (с 64-битным процессором Intel), Linux
  • Язык интерфейса: Русский (в том числе)
  • Цена: Бесплатно
  • Скачать: http://www.sview.ru/en/download/

Эту программу мы выбрали лучшей для воспроизведения видео 360. Среди богатого функционала есть и возможность просмотра панорамных фотографий. В отношение управления панорамой ничего особенного – вращение курсором, приближение колесиком. Но в арсенале sView ряд инструментов, которыми не могут похвастаться другие программы.

Подробнее

Интерфейс программы sView
  • Просмотр панорам в стереоскопическом режиме. Для этого панорама изначально должна быть в формате горизонтальная или вертикальная стереопара. Для использования режима нужно выбрать формат входного изображения (кнопка «M») и указать способ воспроизведения. Доступно несколько вариантов от самого простого анаглиф (для красно-синих очков), до более продвинутых, например, затворные очки с 3D монитором.
  • Возможность настройки цветовой гаммы, яркости и насыщенности фотографий во время просмотра. Эта функция полезна в режиме стерео, когда необходимо изменить цвета изображения для более качественного просмотра.

В sView есть возможность быстрого перехода к другим изображениям при помощи стрелок «влево» и «вправо».


RICOH THETA

RICOH THETA – официальный софт от одноименного производителя камер для съемки видео 360. Использовать программу можно бесплатно даже без приобретения видеокамеры. Эта программа удобна в использовании и имеет достаточный функционал. RICOH THETA подойдет как любителям, так и профессионалам.

Подробнее

Интерфейс программы RICOH THETA

В программе можно переключаться между панорамными фотографиями, что очень удобно.

Интерфейс приложения прост и понятен. Все функциональные кнопки находятся в нижней части экрана:

  • Влево-вправо – кнопки перехода к следующей или предыдущей панораме. Поочередно открываются в папке.
  • Плюс-минус – кнопки приближения и удаления. Приблизить можно до реального размера пикселя, а удалить вплоть до проекции маленькая планета (круговая панорама).
  • Кнопка сброса настроек просмотра. Выставляются первоначальное положение и угол просмотра.
  • Автовращение панорамы.
  • Полноэкранный режим.

Vrap

Vrap – очень интересная программа, разработанная на основе популярного софта для создания виртуальных туров KRPano. Vrap собрал в себе массу полезных функций, которые будут полезны и рядовым пользователям, и профессиональным фотографам.

Подробнее

Интерфейс программы VRAP

В программе можно открыть сразу несколько панорамных фотографий. Чтобы увидеть все активные изображение, нужно нажать на кнопку в левой части экрана. Откроется панель предпросмотра, где можно выбрать необходимую фотографию.

Поочередно переключаться между панорамами позволяют кнопки внизу. Здесь же расположена кнопка захвата изображения. С ее помощью можно сделать скриншот части панорамы, которая в данный момент отображается в программе.

Правой кнопкой мыши открывается дополнительное меню. Здесь можно:

  • Изменить способ вращения – перетаскивать или указывать направление.
  • Выбрать вариант проекции.
  • Выбрать просмотр 360 или в плоском виде.
Меню программы VRAP

Разные варианты проекции меняют характер отображения панорамы. Например, Architectural – подойдет для просмотра зданий и строений, а Fisheye и Stereographic дают наибольший угол обзора.

На нижней панели расположена информация о фотографии и настройки просмотра, которые буду полезны для профессиональной работы. Здесь же можно настроить нужные параметры:

  • Разрешение, расширение, тип и название файла.
  • Угол поворота панорамы по горизонтали и вертикали относительно центральной точки.
  • Угол обзора.
  • Размер окна просмотра программы и разрешение отображаемой части панорамы.

После закрытия, в программе сохраняются последние просмотренные панорамы.


Выводы

Среди рассмотренных программ больше всего выделяются RICOH THETA и Vrap. В первую очередь, они лучше тем, что имеют возможность перелистывать панорамы. Кроме того, они обладают большим набором дополнительных функций, которые перекрою потребности большинства пользователей. Надеемся, что каждый найдет для себя лучшую программу для просмотра панорамных фотографий 360.

Редактирование надира сферической панорамы

Для сервисов Google

Надир и зенит — нижнее и верхнее направления сферической панорамы. С точки зрения Google не является ошибкой то, что в области надира сферической панорамы видны либо ножки от штатива, либо размазанный участок поверхности пола, отдаленно сочетающийся с окружающим интерьером. В свою очередь для кого-то может быть важно, чтобы на опубликованных панорамах отсутствовали участки которые портят интерьер помещения, пусть это сразу и не заметно. Лучше если еще до начала съемки заказчик будет знать об этом нюансе и решит, приемлемо для него это, или нет.

При редактировании для служб Google, в отличие от сферических панорам для сайта, нельзя ограничить угол обзора, или разместить в области надира рекламную картинку, это запрещено правилами. Выход один: на этапе сборки интегрировать в панораму дополнительный кадр области надира.

Съемка и интеграция дополнительного кадра, процесс довольно длительный и трудоемкий, поскольку съемка ведется «с руки» и на этапе сборки приходится производить много дополнительных манипуляций, чтобы получить «правильную» панораму. Естественно, что стоимость виртуального тура, состоящего из обработанных панорам выше.

Посмотрите примеры панорам, снятых в разное время, с обработанной областью надира, и областью без обработки (переход на панораму, при клике на картинку).

Не обработанная область на коврике

Область с кадром надира

Не обработанная область на плитке

Область с кадром надира

Не обработанная область на ламинате

Область с кадром надира

Не обработанная область на ковролине

Область с кадром надира

Область на тратуарном камне

Область с кадром надира

Область на декоративном камне

Область с кадром надира


Для вашего сайта

Зенит, при съемке на сверхширокоугольный объектив, полностью перекрывается, но в область надира неизбежно попадает штатив. Существует несколько способов для исключения штатива из области надира:

— ограничение угла просмотра;
— сокрытие штатива в области надира рекламной картинкой;
— дополнительный кадр области надира с последующей интеграцией в панораму


Ваши сферические фото в Facebook улучшает нейросеть • Голографика

Facebook использует программное обеспечение с элементами искусственного интеллекта, чтобы исправлять ошибки ориентации в 360-градусных фотографиях. Нейронные сети в центрах обработки данных корректируют «заваленный горизонт», делая просмотр контента более комфортным. Об этом компания сообщила на конференции @Scale в США.

Если оператор держит камеру с наклоном, сферический снимок будет восприниматься неестественно: из-за несоответствия реального положения головы и картинки в очках в нём разрушится ощущение присутствия. Система Facebook по мере возможности устраняет этот недостаток, поскольку компании очень важно не отвратить пользователей от просмотра контента, с которым она связывает большие надежды. Решение основано на нейронных сетях для распознавания изображений AlexNet. На данный момент они находятся в разработке, но демонстрируют многообещающие результаты.

Facebook вкладывает большие средства в формирование рынка виртуальной реальности и закрепление на нём в качестве лидера. В течение десяти лет она намерена широко распространить ВР, имея для этого финансовые и социальные рычаги. Залогом успеха здесь является контент. Его поток увеличился с релизом сферической фотосъёмки для приложений соцсети, но из-за применения обычных камер и стандартных механизмов создания панорам, вероятно, ухудшилось его среднее качество. Поэтому помощь нейросети очень кстати.

Не пропускайте важнейшие новости о дополненной, смешанной и виртуальной реальности — подписывайтесь на Голографику в ВКTwitter и Facebook

Далее: В Facebook Spaces заработали видеостримы для тех, кто без очков

А ещё у нас можно арендовать очки и аттракционы виртуальной и дополненной реальности.

Сферические искажения в камерах видеонаблюдения и способы их устранения

Большинство камер видеонаблюдения выдают картинку со значительными искажениями, называемыми дисторсией. Этот термин означает сферические искажения изображения за счет различного увеличения в разных зонах изображения.

Существует два основных вида сферических искажений (дисторсии):

  • бочкообразное искажение;
  • подушкообразное искажение.

При бочкообразном искажении наблюдается «выпуклый» эффект: увеличение изображения уменьшается с ростом расстояния от оптической оси. То есть, объекты в центре кажутся крупнее объектов на краях изображения. Для наблюдателя изображение выглядит так, будто оно было наложено на сферу.

При подушкообразном искажении наоборот наблюдается «вогнутый» эффект: увеличение изображения увеличивается с ростом расстояния от оптической оси. То есть, объекты в центре кажутся меньше объектов на краях изображения. Для наблюдателя изображение выглядит так, будто затянуто в воронку, вдавлено внутрь.

В видеонаблюдении чаще всего встречаются бочкообразные искажения.

Объективы с исправленной дисторсией дают картинку с наименьшими искажениями, но они редко применяются в видеонаблюдении.

Незначительные искажения дают узконаправленные объективы. Обычно в видеонаблюдении применяются подобные объективы с матрицей 1/4″-1/2.5″ и фокусным расстоянием f=6…8 мм и больше. Все остальные объективы, применяемые в системах наблюдения, искажают картинку.

В большинстве случаев искажениями можно пренебречь: стена дома или выгнутая дугой или вытянутые автостоянки не сказываются на обнаружении проникновения злоумышленников на объект.

И все же коррекция видеоизображения скорее желательна, чем нет, особенно там, где работают операторы видеонаблюдения, которым не очень-то удобно смотреть на сюрреалистические пейзажи на мониторах.

Впрочем, проблема не только в этом.  Существуют ситуации, где наличие искажений критично. Большинство широкоугольных объективов имеют очень сильные сферические искажения, из-за чего операторам уже сложно оценивать изображение. Например про отображении лица человека крупным планом, оно искажается настолько, что опознать объект очень сложно. Кроме того невозможно оценить соответствия расстояний и размеров любых объектов в разных частях изображения.

А ведь в видеонаблюдении довольно часто необходимо получать точную форму объектов на изображении. Что делать в этом случае?

Существует несколько методов решения проблемы сферических искажений:

  1. Использование высококачественных объективов. В этом случае сильно возрастает стоимость видеокамеры;
  2. Использование программного и/или аппаратного обеспечения, при котором используется специальный алгоритм коррекции изображения. Но в этом случае возрастает нагрузка на вычислительную систему.

Бочкообразное искажение в первую очередь радиально, поэтому оно может быть скорректировано с использованием простой модели, компенсирующей большую часть изображения. Работа алгоритма основана на переносе пикселей исходного изображения на расчётную позицию.

Чаше всего для исправления искажения используется модуль устранение сферических искажений IVISET.

Он предназначен для устранения сферических искажений на изображении с камер видеонаблюдения, что улучшает оценку операторами или модулями видеоаналитики размеров предметов в зоне видимости камер, расстояний до них, повышает точность модулей видеоаналитики по распознаванию и слежению за объектами.

Для работы модуля необходимо скачать программу IVISET и провести определенные настройки. О работе с программой читайте на нашем сайте, перейдя по этой ссылке.

Как создать сферическую панораму с помощью iPhone

Одним из интересных нововведений в операционной системе Android 4.2.x Jelly Bean стало почти полностью переработанное приложение камеры. Помимо улучшенного интерфейса пользователям стал доступен специальный режим съемки под названием «фотосфера». Он является эволюцией привычных панорамных снимков и создаёт снимок-сферу, которую можно рассмотреть с любой позиции изнутри.

Штука в том, что такая функциональность официально присутствует только в «чистой» Android-системе и более доступна только владельцам эталонных устройств линейки Nexus или флагманских телефонов других производителей со стоковой Android-прошивкой. Разумеется, Google не единственная, кто предложил пользователям возможность съемки круговых панорам, схожий функционал есть у нового iOS-приложения bubbli от компании Aria Glassworks.

bubbli добавляет в iOS отсутствующий режим съемки, позволяющий создавать сферические панорамы. Эта технология является логическим продолжением панорамной съёмки и гораздо шире реализует возможности камеры в современных смартфонах. Сразу после съемки панораму можно загрузить на сервис и поделиться с другими пользователями приложения или отправить друзьям по почте или в социальных сетях.

Как говорят разработчики bubbli, программа предоставляет владельцам iPhone новый удивительный способ поделиться своими впечатлениями. Это все равно, что взглянуть на мир глазами фотографа, практически по-настоящему побывать на месте, где он был. Снимок-сфера дает ощущение глубины, масштаба и присутствия, чего традиционное фото передать просто не может.

Несмотря на то, что bubbli не всегда идеально склеивает панорамы, это действительно интересное приложение для iOS. Те, кто часто использовал панорамную съёмку на iPhone, будут в восторге от него. Бесплатную утилиту можно скачать по этой ссылке.

сферических панорам | робертроз.фото | Роберт Роуз

Это особый тип изображения, похожий на Photo Sphere, который вы могли видеть в Google Street View. Их снимают камерой, которая вращается на 360° на специальной головке на штативе и охватывает как верх (зенит), так и низ (надир). В зависимости от фокусного расстояния объектива может получиться от 4 до 18 (и более!) снимков, которые необходимо сшить вместе на компьютере, чтобы получилась полная сферическая панорама.Для формирования изображения с расширенным динамическим диапазоном (как панорама «Скрытые тропы» ниже) необходимо три снимка в каждой позиции, что увеличивает число сшиваемых изображений до 54. Я использую PTGui на Macbook Pro. Изображение дополнительно обрабатывается для создания зеркального шара, который вы увидите над положением надира. На самом деле это зеркальное отражение всей сцены, созданное с помощью другой программы Pano2VR. Как войти в образ? Магия? Нет, беспроводной пульт дистанционного управления.

Полученное изображение с зеркальным шаром возвращается в PTGui и преобразуется в веб-формат. Пакет со специальной программой-плеером загружается на сервер моего сайта. Однако все, что вам нужно сделать, это нажать на одну из ссылок и поиграть с изображением.

Поскольку исполняемый файл находится на сервере, на вашей стороне ничего не нужно загружать или устанавливать; вам не нужно устанавливать Flash или Java, что означает, что он должен работать в любом современном браузере или мобильном устройстве (iOS или Android; он был протестирован на iPhone, iPad и телефоне Samsung Galaxy).Если вы используете мобильное устройство, планшет или телефон, вы можете перемещать телефон, чтобы перемещать изображение, как если бы вы смотрели в окно! Или вы можете перетащить изображение, свести два пальца, чтобы увеличить масштаб, или развести два пальца, чтобы уменьшить масштаб. Если вы вытащите изображение из центра в течение 3 секунд, программа вернется к горизонту и возобновит вращение. Панорамы можно смотреть в VR очках (даже дешевых из Китая).

На компьютере или ноутбуке навигация будет осуществляться с помощью вращающейся мыши, в которой вы можете перемещать изображение с помощью мыши или сенсорной панели.Если вы переместите точку фокусировки, изображение перестанет вращаться на 3 секунды, а затем возобновится. Вы можете использовать клавишу Shift, чтобы увеличить масштаб, и клавишу Command (на Mac) или клавишу Windows (на ПК), чтобы уменьшить масштаб.

Наслаждайтесь,

Willow Grove, Эскондидо, день

Willow Grove, Эскондидо, ночные

Скрытые Трассы Backyard вид

Интерьер ГОСТИНАЯ

Скрытые Трассы и Willow Tree, Эскондидо

TownePlace Suites и SpringHill Suites, Хендерсон, Невада

TownePlace Suites Close View

Добро пожаловать в Лас-Вегас Знак, Лас-Вегас, Невада

Дом Хендерсона

Офис в Эскондидо

Картонный дисплей для очков виртуальной реальности 

3 Здесь есть что-то интересное.Если вы используете пару очков виртуальной реальности или программу просмотра Cardboard, выберите эту ссылку. Это даст вам разделенный дисплей, идеально подходящий для использования в Cardboard Viewer.

Дом Хендерсона

Оценка полусферических фотографий, извлеченных из сферических панорамных изображений смартфона, для оценки структуры полога леса и освещенности леса

Abstract

Полусферическая фотография (HP) — один из наиболее часто используемых методов для оценки структуры полога леса и освещенности подлеска.Традиционные методы требуют дорогостоящего специализированного оборудования, утомительны в развертывании и чувствительны к настройкам экспозиции. Напротив, современные камеры смартфонов легко доступны и используют постоянно улучшающееся программное обеспечение для получения изображений с высоким динамическим диапазоном и четкостью, но не имеют подходящих полусферических линз. Таким образом, несмотря на то, что почти все экологи и лесоводы носят в карманах мощные устройства для обработки изображений, нам еще предстоит использовать их в полной мере для целей сбора данных.В качестве альтернативы полусферические изображения могут быть извлечены из сферических панорам, созданных многими приложениями для камер смартфонов. Я сравнил полусферические фотографии, сделанные цифровой зеркальной камерой с одним объективом и объективом 180°, с фотографиями, полученными из сферических панорам смартфона (SSP) для 72 участков, представляющих различные типы и плотность полога. Я оценил общие параметры кроны и освещенности (открытость кроны, индекс площади листвы и глобальный коэффициент сайта), а также показатели качества изображения (общая площадь зазора, количество зазоров и относительный размер зазора) для сравнения методов.В методе SSP HP используются встроенные функции смартфонов текущего поколения, включая замер экспозиции в ограниченном поле зрения, тональную коррекцию с широким динамическим диапазоном, вычислительную резкость, высокую плотность пикселей и автоматическое выравнивание с помощью встроенного в телефон гироскопа. точная альтернатива традиционному HP в оценке купола. Хотя процесс объединения нескольких фотографий иногда приводит к появлению артефактов на изображениях SSP HP, оценки открытости кроны и глобального фактора сайта сильно коррелируют с оценками, полученными традиционными методами (R 2 > 0.9) и сравнимы с недо- или переэкспонированием традиционных HP на 1-1,5 стопа. В дополнение к превосходному качеству изображения, SSP HP не требует дополнительного оборудования или настроек экспозиции и, вероятно, окажется более устойчивым к неравным условиям освещения за счет отказа от широкоугольных объективов и использования изображений HDR.

1. Введение

Экологические закономерности и процессы в лесах критическим образом опосредованы пологом леса. Структура полога напрямую изменяет световой режим и микроклимат под пологом, что косвенно влияет на характеристики микросреды, такие как влажность почвы, снежный покров и растительное сообщество подлеска (Jennings, Brown and Sheil, 1999).Из-за его фундаментальной важности как лесоустроителям, так и экологам требуются методы для точного количественного определения структуры полога и освещенности.

В последние десятилетия цифровая полусферическая фотография (HP) стала самым популярным методом выборки для измерения растительности, чему способствовали достижения в области оборудования для цифровой фотографии и программного обеспечения для анализа изображений (Promis, 2013; Chianucci, 2020). В этом методе используются сверхширокоугольные объективы с полем зрения (FOV) 180°, которые проецируют всю полусферу обзора на датчик камеры, в результате чего получается круглое полусферическое изображение (Rich, 1990).Затем пиксели в изображении классифицируются на бинарные элементы неба (белые) или элементы купола (черные) вручную или алгоритмически с использованием глобальных или локальных пороговых значений (Glatthorn and Beckschäfer, 2014). По бинарным изображениям можно оценить такие параметры структуры кроны, как раскрытость кроны, индекс площади листа, доля просвета и т. д. (Frazer, Trofymow and Lertzman, 1997; Gonsamo, D’odorico and Pellikka, 2013; Chianucci, 2020). Нанося траекторию солнца на бинарное изображение, можно использовать структуру полога для вывода о световых режимах подлеска или факторов местоположения, учитывая оценки преобладающего над пологом прямого и рассеянного излучения (Андерсон, 1964).Значения освещенности можно интегрировать с течением времени, чтобы получить сезонные оценки освещенности на основе одной выборки (Frazer, Trofymow and Lertzman, 1997) (или, по крайней мере, двух выборок в лиственных пологах (например, Halverson et al. , 2003)). Таким образом, HP предлагает эффективный неразрушающий метод оценки особенностей лесной микросреды.

Однако у HP есть методологические недостатки, связанные со сложностью захвата изображений в полевых условиях и чувствительностью оценок к изменениям при получении изображений (Beckschäfer et al., 2013; Бьянки и др. , 2017). Традиционно HP требует зеркальную камеру с одним объективом (или, что чаще встречается в настоящее время, цифровую зеркальную камеру с одним объективом (DSLR)) со специальным полусферическим объективом и самовыравнивающимся штативом. Для наиболее точных оценок изображения должны быть получены на фоне однородно облачного неба или мимолетного света в сумерках или на рассвете, когда камера находится на уровне горизонта и с тщательно откалиброванной экспозицией. Использование цифровых зеркальных камер связано с необходимостью ручной точной настройки экспозиции и преимуществами больших сенсоров.Большие датчики записывают больше пикселей на область обзора и больше информации на пиксель, что обеспечивает более точную классификацию щелей в куполе. Тщательная настройка параметров экспозиции имеет решающее значение, чтобы избежать серьезных неточностей в окончательных оценках (Zhang, Chen and Miller, 2005; Beckschäfer et al. , 2013).

Стандартные системы камер и полусферических объективов дороги и сложны в использовании в полевых условиях. В ответ на это исследователи попытались разработать новые методы, включая использование смартфонов с клипсами (Tichý, 2016; Bianchi et al., 2017) и отказа от специализированных нивелиров (Origo и др. , 2017) с переменным успехом. Смартфоны ограничены небольшими датчиками и низким качеством объективов «рыбий глаз» после продажи. Другие исследователи разработали методы, в которых используются стандартные камеры с объективами с уменьшенным полем зрения и учитываются неполусферические изображения (т. е. фотографии с ограниченным обзором), чтобы оценить структуру навеса с меньшей чувствительностью к экспозиции камеры при максимальном использовании полного кадра сенсора (Chianucci, 2020).Тем не менее, без полной полусферы обзора этот метод нельзя использовать для оценки освещенности. Таким образом, несмотря на то, что почти все экологи и лесоводы носят в карманах мощные устройства для обработки изображений, нам еще предстоит использовать их в полной мере для целей сбора данных.

Здесь я тестирую новый метод получения HP из сферических панорам смартфона (SSP HP) для оценки размеров кроны. Этот метод использует преимущества фотосъемки с ограниченным обзором и полезность смартфонов для создания настоящей круглой HP с более высоким разрешением, чем у традиционной DSLR HP, без необходимости в дополнительном оборудовании (т.е. нивелир или линза). Я сравниваю оценки изображений HP, извлеченных из SSP HP, с традиционными изображениями DSLR HP и альтернативным методом смартфона с объективом типа «рыбий глаз», предложенным Bianchi et al. (2017).

Сферические панорамы можно создавать на любом современном смартфоне с предустановленным программным обеспечением, таким как Google Camera (Google LLC), или бесплатными приложениями, такими как Google Street View (Google LLC) (доступно для ОС Android или iOS). С помощью Google Camera сферические панорамы состоят из 36 отдельных изображений с ограниченным полем зрения (57° FOV с Google Pixel 4a).Изображения получаются путем вращения камеры вокруг центральной точки, ориентируясь на пространственную карту камеры и используя внутренний гироскоп и компас устройства. Программное обеспечение камеры смартфона автоматически объединяет отдельные изображения в сферическую проекцию, используя обнаружение точки интереса и преобразование инвариантных к масштабу признаков, чтобы приспособиться к несовершенному расстоянию просмотра и углу обзора между изображениями (Szeliski and Shum, 1997; Brown and Lowe, 2007). Сферические панорамы записываются в равнопрямоугольной проекции, из которой верхняя половина может быть легко переназначена в полярную проекцию в виде кругового НР (рис.1).

Рис. 1. Сферические панорамы

(A) сохраняются и выводятся со смартфонов в виде 2D-изображений с равнопромежуточной проекцией (B). Поскольку сферические панорамы автоматически выравниваются с помощью гироскопа телефона, верхняя половина равнопрямоугольного изображения соответствует верхней полусфере сферической панорамы. Затем верхнюю часть равнопрямоугольного изображения (B) можно переназначить на плоскость полярных координат, чтобы создать круглую полусферическую фотографию (C). На всех изображениях зенит и азимут обозначены Θ и Φ соответственно.

Современные смартфоны преодолевают физические ограничения небольшой оптики и датчиков за счет использования методов вычислительной фотографии, которые объединяют несколько изображений для создания одного изображения с высоким разрешением (Barbero-García et al. , 2018). В результате получается составное изображение, которое сохраняет самые четкие элементы и наиболее равномерную экспозицию каждой отдельной фотографии, которая является более резкой (Gunturk, 2017) и с большим динамическим диапазоном, чем любая отдельная фотография (Lukac, 2017). Современная компьютерная фотография с небольшими датчиками может конкурировать с изображениями, полученными с помощью гораздо больших датчиков размером с DSLR (Ignatov et al., 2017).

2. Методы

Я оценил структуру кроны деревьев и освещенность по двум источникам: полусферическим фотографиям, сделанным цифровой зеркальной камерой (Canon 60D; Canon Inc., Токио, Япония), оснащенной круглым полусферическим объективом (Sigma 8mm f3.5 EX). DG; Sigma Corp., Ронконкома, штат Нью-Йорк, США) и сферические панорамные изображения, снятые с помощью смартфона (Pixel 4a; Google LLC, Менло-Парк, Калифорния, США) и собственного программного обеспечения для сферических панорам (Google Camera v.8.1.011.342784911). Кроме того, я смоделировал изображения, чтобы приблизиться к методу, предложенному Bianchi et al.(2017).

Я получил изображения с 35 участков в Йельском заповеднике, Нью-Хейвен, Коннектикут, США, и 37 участков в собственности Роксток, Вудсток, Нью-Йорк, США, 4 июля 2020 г. и 27 сентября 2020 г. соответственно. Участки для фотографий были выбраны, чтобы представить распределение видов кроны (лиственные, хвойные и смешанные), открытость и размер просвета. Все изображения были сняты на высоте груди (около 1,3 м) в равномерно пасмурные дни, а изображения со смартфона были сделаны сразу после каждого снимка DSLR.

2.1 Протокол DSLR

Перед получением изображения я установил настройки экспозиции на две ступени передержки относительно открытого неба, следуя указаниям Brown et al. (2000) и Beckchafer et al. (2013) с максимальными значениями ISO 1000 и минимальной выдержкой 1/100 с (Chianucci and Cutini, 2012). Изображения были записаны в формате Canon RAW (.CR2), при этом камера была ориентирована перпендикулярно силе тяжести с помощью двухосевого подвеса, а верхняя часть изображения была ориентирована на магнитный север.

Даже в пасмурные дни яркость неба со временем меняется.Чтобы учесть это, я скорректировал значения точки белого в Adobe Lightroom 5.7.1, чтобы гарантировать, что значение серого самых ярких пикселей неба выровнено с полностью белым цветом (Beckschäfer et al. , 2013 г.), и экспортировал изображения в полном разрешении ( 5184 x 3456 пикселей) файлы JPEG. Эти изображения считаются стандартным эталоном для сравнения в дальнейшем анализе.

Чтобы сравнить несоответствие из-за методов получения изображения с несоответствием из-за неправильной экспозиции, я дополнительно создал выходные файлы со значениями экспозиции, скорректированными на 1, 2, 3, 4 или 5 значений выше и ниже исходной экспозиции в Adobe Lightroom.Я включил круглую маску по периметру круглого изображения, чтобы блики на полях не влияли на последующие оценки.

2.2 Протокол сферической панорамы смартфона

Я создал сферические панорамы с помощью смартфона Pixel 4a — модели смартфона среднего класса от Google — с приложением Google Camera. Сферические панорамы состоят из 36 перекрывающихся изображений всего поля зрения на 360 градусов. Каждую последовательность сферических изображений я начинал лицом к магнитному северу (азимут 0°; после обработки он становится вершиной круглого полусферического изображения).Для этого исследования я сначала установил северный курс с помощью внешнего компаса для изображений DSLR HP и использовал его для ориентации SSP HP. Однако угол рыскания из метаданных полученного изображения SSP HP можно использовать для поворота изображения при постобработке в правильную ориентацию независимо от направления захвата (Li and Ratti, 2019). Первое изображение панорамы должно быть снято с выровненным к горизонту телефоном; программное обеспечение камеры облегчает это, помещая точку на экран и запрещая изображения со слишком большим шагом или креном для камеры.Последующие изображения также ориентируются на цели на экране. Двенадцать изображений, центрированных вдоль горизонта, охватывают зенит от 72° до 108°. Девять изображений в верхней и нижней полусферах охватывают зенит от 36° до 72° или от 108° до 144° соответственно. Точно так же три изображения составляют оставшуюся площадь на полюсах. Хотя приложение не указывает порядок, я следовал одному и тому же порядку захвата для каждой сферической панорамы, сначала вращая, чтобы последовательно захватить двенадцать изображений вокруг горизонта. Затем я последовательно сделал девять изображений для зенита от 36° до 72°, а затем три изображения для зенита от 0° до 36°.Затем я следовал тому же порядку в нижней сфере. Внутренний гироскоп телефона используется для автоматического выравнивания горизонта сферы. Необходимо соблюдать осторожность при вращении и панорамировании камеры смартфона, рассматривая камеру как центральную точку, а не вращая камеру вокруг тела.

Сферические панорамы создаются путем объединения нескольких плоских изображений в геодезический многогранник, а затем сшивания изображений в сферическое всенаправленное изображение, которое можно просматривать в 3D (Fangi and Nardinocchi, 2013).Сферические изображения отображаются в двух измерениях в соответствии с равнопрямоугольной проекцией, в которой зенитный угол соответствует прямоугольной оси y, а азимутальный угол соответствует прямоугольной оси x (Fangi and Nardinocchi, 2013) (рис. 1). Удобно, когда сфера выровнена по горизонту, верхняя половина прямоугольного панорамного изображения изображает верхнюю полусферу обзора и может быть обрезана и переназначена в полярную проекцию (например, Li and Ratti, 2019).

Я извлек верхнюю половину файла JPEG равнопрямоугольной панорамы (т.е. верхней полусферы) и преобразовал его в круглое изображение полусферы с помощью полярной проекции в GIMP (Gnu Image Manipulation Program v.2.10.20) с пакетной обработкой, реализованной в BIMP (плагин Batch Image Manipulation Plugin v.2.4) (файлы настроек включены в архив данных вместе со скриптами для альтернативной обработки из командной строки с помощью ImageMagick v.7.0.10).

Преобразование равнопрямоугольной проекции в полярную с квадратными пикселями требует либо субдискретизации пикселей ближе к полюсу, либо интерполяции пикселей ближе к горизонту, либо и того, и другого.Я сохранил ширину равнопрямоугольного изображения при преобразовании в полярную проекцию, в результате чего получилось изображение SSP HP с диаметром, равным ширине равнопрямоугольной проекции. Таким образом, окружность ГП в зените 57° градусов (~1 радиан), равна ширине равнопрямоугольного изображения. Пиксели, описывающие зенитные углы больше или меньше 57°, увеличиваются или уменьшаются соответственно. Область от 0° до 57° в зените важна для оценки растительного покрова, поскольку измерения доли просвета в этой части полушария нечувствительны к углу наклона листа, что позволяет оценить LAI без учета ориентации листа.В результате получается настоящий HP с более чем 900% разрешением традиционных цифровых зеркальных камер HP. Поскольку площадь SSP HP больше, чем верхняя половина равнопрямоугольного изображения (т. е. масштабирование больше, чем масштабирование вниз), я проверяю влияние разрешения ниже.

В отличие от изображений DSLR, белую точку не нужно настраивать для изображений со смартфона, так как это автоматически контролируется процедурой расширенного динамического диапазона (HDR) устройства. Однако процедура HDR дает более однородную гистограмму и объединяет значения пикселей в средних тонах (рис.2), что может затруднить алгоритмам бинаризации различение пикселей неба и купола. Контрастное растяжение может облегчить классификацию пикселей (Macfarlane et al. , 2014). Чтобы проверить эффект контрастного растяжения, я вывел два набора SSP HP с расширением тонового диапазона на 5 (2%) и без него в GIMP перед преобразованием полярной проекции.

Рисунок 2.

Сравнение полусферических фотографий сферической панорамы со смартфона (SSP HP) (справа B и C) с полусферическими фотографиями традиционной цифровой зеркальной фотокамеры (DSLR HP) (слева B и C), снятых в одном и том же месте.Детали одного и того же участка купола, обозначенные оранжевыми прямоугольниками, расширены на C. Бинаризованные изображения показаны ниже цветных изображений на B и C. Гистограммы изображений различаются распределением значений яркости в синей цветовой плоскости (A). На панели E часть купола из SSP HP с полным разрешением (слева), SSP HP с пониженной дискретизацией (в центре) и DSLR HP (справа) дополнительно расширена, чтобы продемонстрировать влияние четкости изображения на классификацию пикселей. Пример несоответствующего артефакта, возникающего из-за смещения в сферической панораме, обведен синим цветом на A и расширен на D.

Круглые полусферические изображения с цифровых зеркальных фотокамер (диаметр: 2885 пикселей; площадь: 6,5 МП) значительно меньше изображений, получаемых с фотосфер (диаметр: 8704 пикселей, площадь: 59,5 МП). Разрешение может повлиять на оценку купола, поскольку в каждом пикселе усредняются большие части полушария, что приводит к более высокой доле смешанных пикселей и недооценке небольших зазоров (Macfarlane, 2011). Чтобы проверить влияние увеличения разрешения SSP HP, я экспортировал в GIMP дополнительный набор изображений с уменьшенной дискретизацией, чтобы они соответствовали диаметру фотографий DSLR (2885 p).

2.3 Моделирование линзы «рыбий глаз»

Bianchi et al. (2017) предложили метод аппроксимации полусферических фотографий из двух перпендикулярных изображений смартфона с использованием адаптера объектива типа «рыбий глаз» с углом обзора 150° по диагонали. Чтобы сравнить этот метод с методом SSP HP, предложенным в этом исследовании, я использовал SSP HP для имитации изображений, снятых с двух перпендикулярных фотографий Pixel 4a. Я уменьшил разрешение SSP HP до 6049 пикселей и применил черную маску, которая имитирует размеры изображения Pixel 4a (5802 x 4352 пикселей) с углом обзора 150°.

3. Анализ

3.1 Бинаризация и оценка купола

Вышеуказанные этапы обработки дали 16 наборов изображений HP в формате JPEG (рис. S1): стандартный DSLR HP (без регулировки экспозиции), десять наборов DSLR HP с поправкой на экспозицию , четыре набора SSP HP с полным или низким разрешением с регулировкой контрастности или без нее и один набор HP типа «рыбий глаз» с соответствующей регулировкой контрастности. С этого момента все изображения прошли одинаковые этапы обработки.

Я бинаризировал изображения с помощью Hemispherical 2.0 (Beckschäfer, 2015) для ImageJ v.1.51k, который использует «минимальный» алгоритм (Prewitt and Mendelsohn, 1966), применяемый к каналу синего цвета изображения для автоматической классификации пикселей и вывода бинарных изображений в формате TIFF (Beckschäfer, 2015). При бинаризации программа оценивает общую площадь гэпа и количество гэпов, которые я записал для дальнейшего анализа. Я конвертировал двоичные файлы TIFF в формат BMP в пакетном режиме с помощью ImageJ.

Я использовал Gap Light Analyzer v.2.0 (Frazer, Canham and Lertzman, 1999) для оценки дополнительных показателей структуры полога и светопропускания.Я использовал одинаковые параметры конфигурации для всех наборов изображений за двумя исключениями. Во-первых, я настроил параметры проекции объектива для каждой камеры. Во-вторых, я скорректировал координаты, высоту и склонение для каждого местоположения. Изображения HP, созданные из сферических панорам, соответствуют истинной полярной проекции, тогда как полусферический объектив Sigma, используемый для изображений DSLR HP, соответствует эквидолинейной проекции (см. файлы параметров и конфигурации объектива в архиве данных). Gap Light Analyzer реализован в графическом интерфейсе без возможности ввода из командной строки.Итак, я написал собственный макрос-скрипт в AutoHotKey v.1.1.33.02 для пакетной обработки изображений (скрипт доступен в архиве данных). Я записал открытость кроны, индекс площади листьев и глобальные показатели фактора сайта с помощью анализатора Gap Light Analyzer для дальнейшего анализа.

3.2 Статистический анализ

Все статистические анализы были выполнены в R версии 3.6.2 (R Core Team, 2019 г.). Я использовал обычную регрессию методом наименьших квадратов, чтобы сравнить различия между несколькими наборами изображений. Я сосредоточился на трех характеристиках изображения HP — количестве зазоров, общей площади зазора и относительном размере зазора — чтобы оценить разницу в качестве изображения между методами.Я сосредотачиваюсь на трех показателях растительного покрова — раскрытости растительного покрова (CO), индексе эффективной площади листьев (LAI) и глобальном факторе участка (GSF) — чтобы оценить сходство оценок растительного покрова между методами. Доля зазора, соотношение белых и черных пикселей, является наиболее важным показателем HP. Открытость купола аналогична доле зазора, но взвешивает пиксели по зенитному углу и является более подходящей мерой при сравнении HP с различными искажениями объектива, которые смещают размер зазора при разных зенитных углах (Frazer, Trofymow and Lertzman, 1997; Gonsamo, D’odorico and Пелликка, 2013).Я рассчитал относительный размер зазора как площадь среднего зазора в пологе, стандартизированную по общему размеру изображения и равную CO, деленную на количество зазоров. LAI представляет собой сравнение площади листьев относительно горизонтальной площади земли, интегрированной по зенитным углам от 0 до 60 градусов (Chianucci, 2020). GSF – это мера излучения древесного покрова как средневзвешенная доля прямой и непрямой радиации, прошедшей через древесный покров, по сравнению с излучением, прошедшим над кроной (Anderson, 1964). Три показателя навеса являются функцией показателей качества изображения и представляют диапазон выводов, для которых исследователи используют HP.

Я сделал ряд выводов, определяющих различные наборы изображений в качестве эталона или сравнения. Во-первых, я использовал стандартные изображения DSLR HP, чтобы определить, различаются ли размеры растительного покрова между участками из двух мест, рассматривая местоположение как независимую переменную, а каждый показатель растительного покрова как зависимые переменные, соответственно. Во-вторых, я рассмотрел влияние корректировки контраста на уменьшение ошибочных выбросов бинаризации путем сравнения полного разрешения и пониженной дискретизации SSP HP с растяжением контраста и без него (наборы сравнения) со стандартным набором HP DSLR (эталонный набор).В-третьих, я сравнил эффекты субдискретизации на изображениях SSP HP, рассматривая изображения с полным разрешением в качестве эталона и вычисляя процентную разницу в размерах кроны по сравнению с набором SSP HP с низким разрешением.

Кроме того, я проверил различия между всеми наборами изображений, используя стандартные изображения DSLR HP в качестве эталона. Я вычислил процентные различия и подогнал модели линейной регрессии с помощью сравнительного изображения, установленного в качестве независимых переменных. Таким образом, размер эффекта несходства между наборами изображений измеряется величиной отклонения наклона от 1 или точки пересечения от 0, а коэффициент корреляции указывает на уместность сравнения в качестве альтернативного приближения эталона.Кроме того, я сравниваю оценки купола между SSP HP и стандартной DSLR HP, используя изменчивость настроек экспозиции DSLR HP в качестве качественной меры размера эффекта от разницы в методах. Наконец, я сравнил SSP HP, созданный из сферических панорам, с HP, созданным из изображений смартфона, снятых с помощью объектива «рыбий глаз».

4. Результаты

Навесы, изученные в этом исследовании, варьировались от плотно закрытых (CO мин = 1%, GSF мин = 1) до умеренно открытых (CO макс = 40%, GSF макс = 63).Большинство участков склоняются к более плотным пологам (CO IQR = 2–6%, GSF IQR = 3–9). Это выгодно для целей настоящего исследования, так как оценки по густым пологам значительно более чувствительны к параметрам HP (Beckschäfer et al. , 2013). Не было существенной разницы между местоположениями (все p > 0,08; таблица S1).

Изображения HP, созданные из сферических панорам, были заметно четче, чем изображения, снятые с помощью DSLR и полусферического объектива (рис.2С и 2Е). Повышенная резкость привела к большей четкости тонкой структуры растительного покрова даже при масштабировании до того же разрешения (рис. 2E). При внимательном осмотре смартфона HP обнаруживаются случайные неточности, возникающие в процессе сшивки панорам (рис. 2D). Эти артефакты проявляются в виде разрывов или перекрытий элементов навеса.

4.1 Влияние увеличения контрастности на SSP HP

В отличие от большинства изображений DSLR HP, которые демонстрируют бимодальное распределение тонов пикселей, предварительная обработка HDR камер смартфонов создает изображения с тональными значениями с нормальным распределением, сосредоточенным вокруг средней точки (рис. .2А). Это создает проблему для алгоритмов бинаризации, которые итеративно ищут глобальный минимум вдоль гистограммы и могут привести к чрезмерной переклассификации пикселей неба при более низких разрешениях или ограниченном поле зрения. Одно изображение SSP HP с полным разрешением (1%) и три изображения SSP HP с низким разрешением (4%) были неправильно классифицированы. Двенадцать HP-изображений типа «рыбий глаз» (17%) были классифицированы неправильно. Я применил контрастное растяжение на 2 % ко всем изображениям SSP HP и до 8 %, если это необходимо, для изображений HP типа «рыбий глаз», чтобы избежать ошибочной классификации.Для дальнейшего анализа были сохранены только изображения с поправкой на контраст.

4.2 Влияние разрешения на SSP HP

Понижение разрешения изображений SSP HP с 59,5 МП до 6,5 МП (−815 %), чтобы соответствовать разрешению изображений DSLR HP, привело к почти половине количества пробелов (−48 %) по сравнению с более крупными относительно размер (+91%) по сравнению с изображениями SSP HP с полным разрешением (таблица 1). Однако понижение частоты дискретизации оказало минимальное влияние на структуру кроны деревьев и оценки освещенности (таблица 1). Снижение частоты дискретизации привело к снижению CO и GSF всего на 1% по сравнению с изображениями SSP HP с полным разрешением.Даунсемплинг имел минимальный эффект увеличения LAI (1%). Уменьшение разрешения незначительно увеличило дисперсию CO (1%), GSF (1%) и LAI (4%), но значительно уменьшило дисперсию количества пробелов (-61%) и площади пробелов (-89%). Изображения с пониженной частотой дискретизации продемонстрировали большую дисперсию относительного размера зазора (+107%).

Таблица 1.

Сравнение изображений SSP HP при полном разрешении и низком разрешении при субдискретизации до той же области, что и изображения DSLR HP.

4.3 Сравнение с DSLR HP

SSP с полным разрешением HP сохранил больше зазоров (591%) и меньший относительный размер зазора (-74%) по сравнению с DSLR HP (таблица S2).Хотя субдискретизация уменьшает разницу, изображения SSP HP с тем же разрешением, что и DSLR HP, демонстрируют больше (261%) пробелов меньшего относительного размера (-53%) (таблица S2). Разница в относительном размере щели увеличивается с большей раскрытостью полога (рис. 3). Несмотря на большую разницу в количестве зазоров, общая площадь зазоров на изображениях смартфонов с пониженной частотой дискретизации была всего на 51% больше, чем на эталонных изображениях DSLR HP (таблица S2).

Рисунок 3.

Относительный размер зазора по отношению к открытости купола для стандартной DSLR HP (серый), SSP HP с пониженной дискретизацией (светло-оранжевый) и SSP HP с полным разрешением (темно-оранжевый).Значения были объединены в три порога раскрытия купола (0-5, 5-10, 10-15). Значения выше CO 15 были исключены из-за отсутствия участков с высокими значениями.

Оценки SSP HP были выше для CO (полный = +63%, низкий = +60%), выше для GSF (полный = +57%, низкий = 53%) и ниже для LAI (полный = −21% , Low = −20%) по сравнению с эталонной DSLR HP (рис. 4, таблица S3). Эти различия сравнимы с последствиями переэкспонирования изображений DSLR на 1–1,5 ступени. Оценки SSP HP для CO и GSF сильно коррелировали с оценками HP DSLR (R 2 > 0.9), в то время как LAI был умеренно коррелирован (R 2 = 0,64) (рис. 5, таблица S4).

Рисунок 4.

Разница в структуре навеса и оценках освещенности между эталоном (стандартная DSLR HP) и SSP HP с полным разрешением (темно-оранжевый), SSP HP с низким разрешением, пониженная дискретизация для соответствия стандартному разрешению DSLR (светло-оранжевый), HP «рыбий глаз» (синий ) и DSLR HP с настройкой экспозиции от +5 до −5 (от светлого до темного). Изображения SSP HP были созданы из сферических панорам, снятых с помощью Google Pixel 4a и Google Camera.Изображения HP «рыбий глаз» были смоделированы со смартфона HP для двух пересекающихся изображений с углом обзора 150°, полученных с Pixel 4a. Цифровые зеркальные камеры HP были сняты с помощью Canon 60D и полусферического объектива Sigma 4,5 мм f2,8.

Рис. 5. Коэффициенты корреляции

из независимых регрессионных моделей МНК, предсказывающих структуру кроны и значения освещенности для эталона (стандартная цифровая зеркальная фотокамера HP) по SSP высокого разрешения с полным разрешением (темно-оранжевый), SSP HP с низким разрешением, понижающая дискретизация для соответствия стандартному разрешению цифровой зеркальной фотокамеры (светло-оранжевый) ), HP «рыбий глаз» (синий) и HP DSLR с настройкой экспозиции от +5 до −5 (от светлого до темного).

4.4 Сравнение с изображением «рыбий глаз» HP

с углом обзора 150°

HP-изображения, имитирующие перпендикулярное изображение «рыбий глаз» с углом обзора 150°, коррелировали от умеренной до высокой с референсными изображениями DSLR HP для CO (R 2 = 0,87), GSF (R 2 = 0,89) и LAI (R 2 = 0,47), но меньше, чем истинное ВП, создаваемое сферическими панорамами (рис. 4, табл. S3). Значения изображения HP «рыбий глаз», как правило, приводили к завышению оценок CO (+78%) и GSF (+73%) больше, чем круговой SSP HP (таблица S3). Однако ограниченное поле зрения изображений «рыбий глаз» было немного более точным при оценке LAI по сравнению с эталонными изображениями (-17%) по сравнению с SSP HP (таблица S3).Оценки по методу HP «рыбий глаз» сравнимы с изображениями DSLR HP, переэкспонированными на 1–2 ступени.

5. Обсуждение

Смартфоны стали почти повсеместными, однако исследователи, как правило, не используют даже часть их потенциала в качестве исследовательского инструмента. HP, созданный из сферических панорам смартфона, предлагает высокоточную альтернативу традиционным DSLR HP с корреляцией более 90% с традиционными методами для обычных измерений купола и освещения. Разница между оценками структуры полога и светового окружения по сферическим панорамам отличается от эталонных фотографий примерно на столько же, сколько пере- или недоэкспонированных снимков на 1-1.5 остановок.

Основные различия между SSP HP и DSLR HP заключаются в том, что первая создает более крупные изображения, более четкое разрешение и более равномерный тональный диапазон по всему изображению. SSP HP, созданные с помощью смартфона Google Pixel 4a, более чем в девять раз больше, чем изображения, полученные с помощью DSLR. Однако простое увеличение разрешения не объясняет разницу в четкости, поскольку изображения SSP HP с пониженной частотой дискретизации по-прежнему сохраняют более тонкую структуру, чем изображения DSLR HP того же размера. При сравнении изображений DSLR HP с изображениями от SSP HP с тем же разрешением становится ясно, что DSLR HP имеет тенденцию недооценивать количество зазоров в куполе.Это происходит из-за низкой четкости, из-за которой соседние пиксели накладываются друг на друга, даже при создании с помощью стандартного объектива и камеры. Таким образом, самые маленькие промежутки, как правило, теряются, о чем свидетельствует более высокий относительный размер промежутка при любой плотности полога, а маленькие промежутки имеют тенденцию быстрее сжиматься в более крупные промежутки. Этот второй момент можно увидеть в том, как относительный размер зазора увеличивается с раскрытием купола намного быстрее для изображений DSLR HP. Таким образом, хотя изображения SSP HP содержат гораздо больше общих пробелов, общая площадь пробелов аналогична, хотя и с немного большей относительной площадью пробелов вследствие сохранения небольших пробелов.

Разница в четкости, скорее всего, является результатом ограниченного поля зрения отдельных фотографий, включенных в панораму, улучшенной резкости за счет компьютерной фотографии и однородного тона в зенитных областях. Напротив, изображения DSLR HP страдают от бликов и дымки, связанных с объективами с чрезвычайно широким полем зрения. Кроме того, зеркальные камеры изо всех сил пытаются равномерно экспонировать все полушарие за одну экспозицию. По этим причинам SSP HP, вероятно, будет гораздо более устойчивым к неоптимальным условиям освещения, но необходимы дополнительные исследования в условиях переменного неба.Дополнительным преимуществом SSP HP является то, что, в отличие от методов DSLR, автоматическая экспозиция с помощью HDR эффективно устраняет необходимость в утомительных ручных настройках экспозиции. Хотя это может привести к ошибкам при бинаризации, минимальное растяжение контраста, по-видимому, решает проблему. Улучшения в классификации пикселей, выходящие за рамки простой пороговой обработки (например, Диас, Негри и Ленсинас, 2021 г.), скорее всего, сделают эту проблему несущественной даже в условиях прямого солнечного света.

Артефакты, созданные в процессе сшивки панорамы, не оказали заметного влияния на оценку купола и освещенности, но являются потенциальным источником ошибок.Однако осторожность во время захвата изображения может уменьшить большинство случаев несоответствия. Программное обеспечение для создания сферических панорам предполагает, что все изображения получаются путем вращения камеры вокруг одной точки в пространстве (Fangi and Nardinocchi, 2013). При съемке вручную легко сместить телефон и, следовательно, плоскость изображения при вращении. Практика в устойчивом позиционировании помогает. Кроме того, возможность немедленного просмотра панорам на экране телефона или стереооптических гарнитурах позволяет исследователям выявлять ошибки и переснимать панорамы в полевых условиях.Эта проблема будет уменьшаться по мере того, как программное обеспечение для сшивания смартфонов будет продолжать совершенствоваться (Luhmann, 2004).

Сферическая панорама смартфона HP предлагает практические преимущества по сравнению с другими методами, поскольку не требует дополнительного оборудования, кроме смартфона. Выравнивание осуществляется автоматически с помощью гироскопа телефона. Географические координаты, высота и ориентация сохраняются в метаданных изображения и могут быть легко интегрированы в конвейер анализа. Тот факт, что водонепроницаемые корпуса для смартфонов дешевы и легко доступны, является еще одним преимуществом полевых работ, которое нельзя упускать из виду.В сочетании с тем фактом, что SSP HP не требует утомительных настроек экспозиции, этот метод очень удобен для гражданских научных проектов с неподготовленными сборщиками данных. Хотя между смартфонами, вероятно, будут различия, которые должны быть проверены в будущих исследованиях, отсутствие линз с идиосинкразическими проекциями устраняет основной источник изменчивости. Все изображения SSP HP имеют полярную проекцию в силу того, что они возникают как сферические изображения.

Представленный здесь метод превосходит другие методы захвата HP с помощью смартфонов с помощью съемных объективов типа «рыбий глаз».Моделирование метода Bianchi et al. (2017) показало, что потеря информации из-за ограничения изображений до 150° FOV приводит к искаженным, но все еще относительно точным оценкам структуры кроны деревьев и освещенности. Тем не менее, сравнение является щедрым в том смысле, что смоделированный «рыбий глаз» HP не пострадал от плохого оптического качества, связанного с небольшим размером сменных объективов для смартфонов.

В этом исследовании из сферических панорам была выделена только верхняя полусфера, но другие части панорамы могли быть выделены для других целей.Например, горизонтальную панораму можно использовать для оценки базальной площади (Fastie, 2010) или картографирования насаждений (Lu et al. , 2019). Нижняя полусфера может быть полезна для наблюдения за растениями подлеска или составом напочвенного покрова. Исследователи могут даже войти в сферическое изображение с помощью гарнитуры виртуальной реальности, чтобы идентифицировать виды после выхода из поля.

SSP HP решает многие проблемы, связанные с традиционным HP, предлагая множество практических преимуществ для полевых приложений.Повсеместное распространение смартфонов и их постоянно улучшающееся качество программного и оптического оборудования только расширит спектр приложений сферических панорамных изображений в лесоводстве и лесной экологии в будущем.

Дополнительные материалы

Доступны следующие дополнительные материалы: дополнительные сводные таблицы данных, диаграмма с подробным описанием рабочего процесса, используемого в этом исследовании, код R, используемый для проведения статистического анализа и создания рисунков, макроскрипт AutoHotKey для автоматизации программного обеспечения Gap Light Analyzer и Код рецепта плагина BIMP для пакетной обработки сферических панорам в GIMP.Из-за размера файла файлы изображений доступны у автора по запросу.

Доступность данных

Код для анализа и обработки изображений доступен в дополнительных материалах. Из-за больших размеров файлов необработанные изображения доступны по запросу автора.

Благодарности

Я хотел бы поблагодарить Винса Моу за доступ к собственности Рокстока и Йельского университета за доступ к Йельскому заповеднику. Я благодарю доктора Дэвида Скелли, Логана Билле, Дан-Янг Донга и доктораMarlyse Duguid за мысли о методах и рукописи.

Финансирование этого проекта было предоставлено Йельским институтом биосферных исследований.

Список литературы

  1. Фасти, С. Л. (2010) «Оценка базальная часть стенда с лесных панорам », в материалах Международной конференции Fine по гигапиксельным изображениям для науки.Международная конференция Fine по гигапиксельным изображениям для науки, Университет Карнеги-Меллона, стр. 1–7.

  2. ↵ ↵ ↵
  3. ↵ ↵ ↵
  4. ↵ ↵ ↵
  5. ↵ ↵

    Lukac, R. (2017) Вычислительная Фотография: методы и приложения . КПР Пресс.

  6. Кронаи Шум, Х.-Ю. (1997) «Создание панорамных мозаик с полным обзором и карт окружающей среды», в материалах 24-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным методам. США: ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co. (SIGGRAPH’97), стр. 251–258.

Камера, способная снимать 360-градусные сферические изображения за один раз: RICOH THETA Z1 51GB Новое обновление включает в себя хранилище большой емкости для множества высококачественных 360° изображений

    TOKYO 900, 25 марта 2021 г. RICOH COMPANY, LTD.и RICOH IMAGING COMPANY, LTD. объявила сегодня о выпуске RICOH THETA Z1 51GB, последней модели, пополнившей семейство передовых 360-градусных камер RICOH. Компания RICOH усовершенствовала свою модель высокого класса, которая может снимать сферические изображения высокого разрешения за один снимок, значительно увеличив объем внутренней памяти с 19 ГБ до 51 ГБ и поддерживая разрешение приблизительно 23 мегапикселя (6720 x 3360 пикселей) 360-градусную фотосъемку картинки.

    С тех пор, как в 2013 году RICOH выпустила первую в мире потребительскую камеру с обзором 360° *1 , компания остается в авангарде этой новой технологии, поскольку она продолжает развиваться и становится неотъемлемым инструментом для развивающихся отраслей виртуальной реальности (VR). ), социальные сети, бизнес, недвижимость и многое другое.В последнее время, в связи с необходимостью сбалансировать практику безопасности для здоровья с экономической деятельностью, ожидается, что использование 360-градусного контента будет расширяться в новых областях, таких как удаленный просмотр объектов недвижимости, а также мониторинг и управление ходом строительных работ.

    RICOH THETA Z1 51GB — флагманская модель этой серии. RICOH использует превосходные оптические технологии и технологии обработки изображений, разработанные в течение многих лет разработки высокопроизводительных камер, чтобы обеспечить самое высокое разрешение и качество на сегодняшний день.При сохранении выдающейся производительности RICOH THETA Z1 объем внутренней памяти был значительно увеличен с 19 ГБ до 51 ГБ. Компактный основной корпус оснащен 1,0-дюймовым CMOS-датчиком изображения с задней подсветкой, обеспечивающим прибл. 360-градусные неподвижные изображения с разрешением 23 МП. Он поддерживает различные режимы съемки, такие как приоритет диафрагмы, что позволяет пользователям делать высококачественные изображения независимо от условий — на улице, ночью, в помещении, на тропических пляжах или в заснеженных горах — нет ничего запретного.Кроме того, благодаря исключительной 3-осевой стабилизации вращения для компенсации дрожания при вращении можно снимать довольно плавные и захватывающие 360-градусные видеоролики в формате 4K (3840×1920 пикселей) и 30 кадров в секунду (fps).

    С 0,93-дюймовым органическим электролюминесцентным монитором и функциональной кнопкой (Fn) основной корпус камеры предоставляет пользователям доступ к множеству информации с первого взгляда, включая количество возможных снимков, настройки экспозиции и многое другое, таким образом значительно улучшая работоспособность самой камеры.В дополнение к JPEG, RICOH THETA Z1 теперь поддерживает формат Adobe ® DNG (RAW), так что пользователи могут наслаждаться профессиональным редактированием изображений, как с обычной цифровой зеркальной камерой. Операционная система на базе Android™ теперь обеспечивает повышение производительности за счет гибкости в отношении количества подключаемых модулей расширения, которые пользователь может установить на Z1. Общая функциональность последней модели RICOH отвечает высоким требованиям серьезных фотографов и обеспечивает оптимальную производительность как для профессионалов, так и для любителей.

    * 1 В качестве потребительского продукта массового производства, способного захватывать сцену вокруг, над и под устройством в полностью сферическом изображении (по состоянию на октябрь 2013 г., на основе исследования RICOH).

    ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

    1. Разрешение 23 МП с использованием 1,0-дюймового датчика изображения CMOS с задней подсветкой, одного из самых больших для потребительских 360-градусных камер. А механизм многоуровневой диафрагмы позволяет пользователям устанавливать число F на один из трех уровней F2.1, F3.5 и F5.6.
    2. Высокопроизводительный алгоритм обработки изображений позволяет получать изображения с низкой и высокой чувствительностью, низким уровнем шума и высоким разрешением. Компенсация динамического диапазона (DR) автоматически выполняется для обычной съемки, эффективно уменьшая размытые и черные как смоль тени для наружных мест с яркостным контрастом.
    3. Высококачественные 360-градусные видеоролики 4K с новейшей 3-осевой стабилизацией вращения во время видеосъемки для демонстрации превосходной стабилизации изображения.
    4. Интуитивно понятный пользовательский интерфейс (UI) основного корпуса имеет 0.93-дюймовый органический EL (OLED) монитор, отображающий съемочную информацию в нижней части основного корпуса.
    5. Формат JPEG, RAW (Adobe ® DNG) и файлы JPEG можно сохранять в камере. RICOH THETA Stitcher, приложение, позволяющее сшивать изображения в Adobe ® Photoshop ® Lightroom ® Classic, будет предоставляться бесплатно.
    6. Пользователи могут напрямую публиковать 360-градусные сферические изображения, снятые с помощью камеры, на Facebook или загружать их на theta360.com и делиться ими в социальных сетях, таких как Twitter и Tumblr. Уникальные обрезанные изображения также можно публиковать в Instagram. Также можно отправлять захваченные сферические видео в 360-градусные каналы и изображения в Google Maps .
    7. Корпус камеры изготовлен из легкого и прочного магниевого сплава. Он обеспечивает прочность, способную выдержать суровые условия эксплуатации, а нанесение текстуры на поверхность придает роскошную текстуру, подходящую для модели высокого класса.
    8. В камере используется процессор Qualcomm Snapdragon™ и операционная система на базе Android.Обновления прошивки способствуют постоянному расширению функций и повышению производительности. Пользователи могут получить доступ к множеству расширенных функций, установив оригинальные подключаемые модули Ricoh, а также подключаемые модули, выпущенные основными разработчиками в рамках партнерской программы подключаемых модулей RICOH THETA.
    9. Дополнительные характеристики:
      • Большой объем памяти 51 ГБ, позволяющий записывать примерно 6350 изображений в формате jpeg.
      • Можно снимать с высокой выдержкой до 1/25000 секунды.
      • Приложение THETA+ можно использовать для редактирования неподвижных изображений и экспорта файлов данных изображения для печати.
      • Двойная связь с использованием Bluetooth ® и беспроводной локальной сети.
      • Простое беспроводное подключение из базового приложения для смартфонов .

     

    RICOH THETA Z1 51 ГБ будет доступен для покупки через Интернет и у некоторых розничных продавцов в конце мая по цене 1049,95 долларов США. Для получения дополнительной информации и просмотра дополнительных спецификаций продукта посетите сайт theta360.com.

    Рабочий процесс для создания 360 сферических (равноугольных) панорам

    Рабочий процесс создания 360 сферических (равноугольных) панорам

    Пол Бурк
    Декабрь 2013 г.

    Ниже описан рабочий процесс обработки панорамных изображений 360×180 градусов, снятых с зеркальной камерой и объективом «рыбий глаз» на 180 градусов.Хотя есть варианты с более высоким разрешением с участием большего количества снимков камеры и моторизованных установок, описанный здесь процесс подходит для случаев, когда необходимо снять большое количество панорам за короткий промежуток времени. Используемое здесь оборудование, только один из многих вариантов, — это Canon 5D MK III и Canon 8-15 мм. линза рыбий глаз. Эту конфигурацию можно использовать двумя способами, тремя снимками с камеры. в ландшафтном режиме или для более высокого разрешения 4 снимка камерой в портретном режиме и «рыбий глаз» увеличен по вертикали.Первый использует высоту сенсора камеры и позже ширина, для Canon 5D первая приводит к сферическому изображению примерно 8000 пикселей в поперечнике, последний в изображении шириной 12000 пикселей. В этом документе будет использоваться вариант с тремя выстрелами.

    Вышивание с помощью AutoPano Pro

    Документ, подобный этому, может быстро устареть по мере изменения версий программного обеспечения или появления нового/лучшего программного обеспечения. приходит на рынок. Цель здесь состоит в том, чтобы задокументировать одно решение, которое, надеюсь, читатель сможет адаптировать это к меняющимся обстоятельствам в будущем.Таким образом, оптимальные настройки для AutoPano Pro не будет обсуждаться, читатель должен прочитать руководство и изучить программное обеспечение для сшивания, которое они выбирают.


    Проверьте фокусное расстояние объектива и правильность обнаружения рыбьего глаза. При использовании объектива, который не соответствует спецификациям данных EXIF ​​(например, «рыбий глаз» Sunex 5,6 мм), введите информацию вручную.


    Проверьте круговое обнаружение «рыбий глаз», иногда он может путаться с объективом. блики и внутренние отражения от кольца объектива.Отрегулируйте окружность с помощью желтый кружок и обычно применяются к другим изображениям типа «рыбий глаз».


    Как правило, визуализируются как 16-битные PSD-файлы, что дает максимальные возможности для настройки изображения. на следующем шаге без ошибок квантования. Типичное сшитое изображение, показанное ниже, будет иметь артефакты в вверху и внизу, именно в этих областях сказывается нелинейность объектива. Они будут также возникают, когда линза вращается вокруг точки, отличной от узловой.


    Редактирование

    Общие функции редактирования включают регулировку теней/бликов, вибрацию и, возможно, повышение резкости.Хотя автор использует Adobe Photoshop, существуют и другие альтернативы, такие как GIMP, которые по большей части имеет те же инструменты. Результат цветокоррекции экспортируется в виде 8-битного TGA, в данном случае называемого «pano.tga».


    Создание кубических карт

    Редактировать сферическую панораму практически невозможно из-за самых распространенных областей. нуждается в редактировании, находясь на северном и южном полюсах изображения, где максимально искажение. Решение, разработанное автором, заключается в рендеринге кубических карт с полем зрения 6 x 90 градусов. стандартные перспективные проекции для редактирования с последующим их объединением в сферическая проекция (при необходимости).Следующая командная строка (авторское ПО) создавайте кубические карты, каждый из которых имеет квадрат 2048 пикселей с суперсэмплингом 3×3.

       сфера2куб -w 2048 -a 3 pano.tga
     

    В результате получилось 6 файлов TGA с именами «l_pano.tga», «r_pano.tga», «t_pano.tga», «d_pano.tga», «f_pano.tga» и «b_pano.tga». Префикс довольно очевиден: влево, вправо, вверх, вниз, вперед, назад. Как и в случае со сферической панорамой, комбинированная Кубические карты представляют собой полную запись сцены. Обратите внимание на отверстия в центре верхней и нижней граней развернутого куба.

    Редактирование граней куба в PhotoShop

    Как правило, необходимо редактировать верхнее и нижнее изображения, обратите внимание, что в этом случае камера был ручным, и поэтому зоны редактирования довольно большие. Со штативом и осторожно выравнивания узловой точки камеры/объектива области редактирования будут значительно меньше. Левое, переднее, правое и заднее изображения нуждаются в редактировании только в том случае, если фотографы тень уходит в эти зоны.

    Редактирование обычно включает в себя использование инструмента «Штамп», копирование пикселей из аналогичного близлежащую часть изображения, чтобы закрыть дыру или тень.Если есть постоянный цвет небо большой круговой выбор и размытие по Гауссу могут скрыть эффекты сжатия на Северный полюс. В противном случае читателю остается развивать свои навыки. Необходимо соблюдать осторожность при редактировании границы грани куба, так как это ребро должно совпадать с другим ребром грани куба.

    Создание сферической проекции из кубических карт

    Обратная операция применяется для превращения кубических карт обратно в сферические. (равноугольная) проекция, но теперь без артефактов на полюсах.Следующее создает изображение шириной 8192 пикселя с размером 3×3. суперсэмплинг сглаживание, опять же с использованием авторов программное обеспечение командной строки. Результирующий файл будет иметь префикс «s», поэтому «s_pano.tga».

       cube2sphere -w 8192 -a 3 %c_pano.tga
     

    Приложение

    Само собой разумеется, что камера должна быть установлена ​​в автоматический режим, чтобы получить состоял из цвета/экспозиции на трех изображениях. Это в равной степени относится и к таким вещам, как баланс белого. Если изменение действительно происходит, стратегия, которая хорошо работает, состоит в том, чтобы использовать гистограмму. соответствие между двумя фотографиями и третьим.Совпадающая гистограмма, как правило, самый насыщенный цвет (master.png). Инструмент, используемый автором, — это скрипт «bcmatch», который использует инструменты «Магия изображения». Если два изображения для гистограммы соответствуют мастеру являются a.png и b.png, тогда преобразование командной строки может быть следующим.

    bcmatch -c rgb master.png a.png a2.png
    bcmatch -c rgb master.png b.png b2.png
     

    Это, очевидно, самый первый шаг, применяемый к исходным изображениям «рыбий глаз». В чтобы большая область черного цвета вокруг рыбьего глаза не искажала результаты изображений должен быть выбран по кругу, а область за пределами круга «рыбий глаз» должна быть прозрачной.

    .
    Сферические картинки: Сферические aэропанорамы, фотографии и 360° виртуальные туры самых красивых городов и уголков нашей планеты, 360° панорамы вокруг света

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Пролистать наверх