视界的极致 —— 理光THETA相机

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之乎
2015.10.29 18:35* 字数 5414

之乎 | 2014.04开篇 2015.10更新 | 原篇为《视界的极致》,摘出有删改

第八个希腊字母 Θ ,读作“Theta”,中文音译“西塔”。小写可用于表示平面角,大写则被用作世界地球日的标识。
这个字母也被作为理光于2013年发布的360度全景式相机(及相关系列)的名称(大陆译名似乎取作『景达』)。

这款相机最特别的地方就是,一次拍摄即可生成360度的全景照片,和制汉语称之为『全天球撮影』。

初代THETA机型

全天球概述


介绍产品,先要补补课,了解一下背景知识。

投影补习课

即便是问一个不太懂摄影的人,视角最广的镜头是哪一类,可能也会给出『鱼眼镜头』的回答。

鱼眼镜头Fish-eye Lens)是一类特殊的镜头,视角极广,而不像“正常”的镜头一般对于广阔的成像进行修正。这类镜头最早是为了气象观测记录目的设计出来——相机放在地上,镜头朝着天顶,来一张,就把两边从地平线开始的天穹都收录了进去。

柯达的**SP360**,单枚鱼眼镜头设计,颇有『坐地观苍穹』的气势

拍摄的图片,一般以圆周鱼眼镜头表现,是这样的:

NEX-6,Yasuhara 安原制造所 Madoka 镜头

涵盖半天球180度范围的照片,最左边的点和最右边的点刚好位于拍摄点正对的两侧——简单点说,在拍摄位置,拍摄者平展双手,两手指尖的位置。

将这样的半天球视野压缩到在平面上显示,有两种效果:

  • 一种是正投影而留下的球型图像,这样的鱼眼镜头被称作『圆周鱼眼』 Circular Fisheye
  • 另一种则被称作『对角线鱼眼』 Full-frame Fisheye

那么,我们放下镜头极限的顾虑,如果将半天球的范围继续扩展,直到全天球的360度范围,还有办法展现吗?
答案是可以的。

全天球摄影

事实上这种照片的制作,在一些爱好者中相当流行,被称作 Little Planet 或者 Tiny Planet,也就是『小行星』。
最终照片大概是这个样子的:

Alexandre Duret-Lutz于马里戈的拍摄,9张拼接

这种照片,比鱼眼拍摄的照片更进一步,收录了以拍摄点出发的所有角度。而要在二维平面上展现,就使用了较为特殊的投影方式,叫做『球极平面投影』 (stereographic projection)。

这样的图片处理工作,如果在模拟时代,是很难想象的;感谢数码暗房,感谢数字化图形处理,这样的操作,在现代的个人电脑上即可实现。事实上,根据选取的中心不同,名称是有所区别的。以天底nadir为中心的图称作小行星,以天顶zenith为中心的图称作 Tube 。

无忌网友硅虫siliconworm拍摄

图片来源

这样的图片其实有个特点,就是完整收录时,它的长宽比是2:1。
两种类型,都是相同的素材,可以根据需要,在数码暗房中自行变换。

理论说太多了,在实际中,以往拍摄这样的图片,是通过同一位置拍摄多张,后期拼接来实现的。
最简单的,是拍摄两张对立的鱼眼照片;但是鱼眼镜头其实保有量很小,所以更多的,是普通镜头拍摄然后叠加。

全景云台
图片来源

全天球的拍摄,一般需要使用脚架和专门设计的云台;
部分熟练操作者,且没有太接近的前景时,也可以挑战无三脚架的手持拍摄。
这类摄影,可以被称作『Spherical Panorama』,或可按日文汉字译作『全天球』是最为理想可达。
我的朋友有一段用NEX-6拍摄全天球场景,点击观看

事实上谷歌公司的开发者估计也玩这个,他们开发的APP『Photo Sphere』就可以让你的手机或者平板来进行拍摄,这个功能集成在安卓最新的相机中,同时也登陆了对家苹果的app store。

我朋友kmnet醉心全景摄影日久,在微信上开设公众号『全景旅行者』,如果读者对这方面有疑问,可以去骚扰他。

话说回来,理光公司的THETA相机,则不仅让这种照片制作变得简单,同时还以一种新的互动化方式来进行呈现。下面就说说THETA。

关于THETA


设计演变

THETA机身在一个近乎板状的空间内完成了全景相机设计,相比同时代其他设计(参见『多镜头数码全景机』),确实非常吸睛。
那么,THETA究竟做了什么特别的设计?
首先请看官方的外部示意图:

镜头部:
因为单枚镜头无法在一次拍摄条件下完成全天球影像捕捉,所以自然会使用多镜头方案。
然而和使用普通镜头的常规方案不同,THETA设计更加回归问题本源——直接使用两枚鱼眼镜头拍摄吧~
可以看到,在一开始的技术验证机/试制品(Prototype)中,镜头部分类似双髻鲨头部(莫名想到本科时期做的小锤子),镜头前组伸出了中心位置过多。

CP+ 2013 Prototype

图片来源

但即便是只有两枚镜头,它的镜后光路也不短,所以镜头轴线伸出部分会很长,这又是影响便携的一大障碍。
于是,在最终量产产品中,我们看到了采用了类似卡片机中使用的潜望式设计,利用反射光路,缩小了光学组的体积。

理光官方公布的原理图,相当精妙

回溯来看,如果使用原型机的设计,双镜头接缝中间的位置不可避免会留出许多空白,增加全天球的拼合难度。

相比上一个段落说的全景拍摄方案,仅使用两枚镜头的设计,对于图像拼合的处理,有利有弊:

  • 图像处理量减少了
  • 拼合的精准要求增加了

两两拼合这个概念需要总数大于等于三才可以实现,而这就意味着THETA的双镜头设计要互相支援,各自负责半天球的空间成像。

事实上,THETA拍摄的画面也不是严格的全天球收录,这一点在日经BP的测试中有展现。

日经BP的记者 **中道 理**,做了一个非常有意思的同心圆测试

(其实日经BP的图是禁止转载,这里收录用于解释说明有法律风险,感兴趣的朋友还请移步注册观看

除了设计上存在的障碍,倒不如说是一种刻意 —— 其自身机体位置不会在拍摄时收录,而使得最终画面显得更为完美。

偶有细心的人才会发问,『相机去哪里了?』。

Sample2中的样张,相机几乎隐藏了自己,而突出了狭小工作间的存在感
看到相机了吗?

THETA机身与参数

理光公司的THETA相机目前有3代:

  • THETA (2013)
  • THETA Model15 (2014,也被称作 THETA m15)
  • THETA S (2015)
  • THETA SC (2016)

第一代产品于2013年推出时十分轰动;
第二代产品则追加了多款机身颜色选择(蓝黄红,以及与初代一样的白色),并且加入了视频功能,单段限制3分钟,而2015年的固件更新延长到5分钟。这个『15』意义不明,但是也许是内部的迭代编号?我并没有看到这样的采访手记,只是推测。

第三代的THETA S产品,外观不变,感光元件升级到1/2.3英寸,镜头也对应传感器变化使用了新的设计,6群7枚,开放光圈达到F2。静止图像支持最高5376×2688分辨率,视频拍摄时间延长到15分。外观回归刚健朴实,只有黑色。


初代、M15以及参数升级的S型 [图片来源](http://dc.watch.impress.co.jp/docs/review/newproduct/20151016_725963.html)

其他方面:

  • 最近对焦距离大约10cm,机器本身还具备正负两档的曝光补偿选项
  • ISO100-1600
  • 内置锂电池,使用机身底部的USB口充电。底部还有一个标准的三脚架孔位。新款的S型,底部还有HDMI的Type D接口。
  • 外形尺寸约42×129×22.8mm,重95g。

到了第四……第四期的SC,称之为了代际的升级好像已经不合适了,并没有功能升级,倒是有了轻量化的改造。提供了4种颜色(仍然有稳妥的白色),售价下调(中国大陆售价¥1999)。

S和SC 当然,它们其实是一个大小

操控方面,基本不需要取景,举起用拇指按快门即可。对于远程拍摄,架好用 app wifi 连接拍摄。目前遥控程序支持 Android 和 iOS ,Play商店 和 App Store 都有提供。中国大陆区的app是特别版本,无法连接海外购买机型中国大陆的app相对特殊,提供中文界面,但是在版本更新时,往往要过一段时间才会有更新版本。

如果有进阶的拍摄需求,可以看看笔者的半年度的体验文。

全景相机


顺便说说全景相机~
(这段落是我的好为人师的坏习惯,讲东西就把知道的背景给朋友们介绍清楚)
其实自19世纪以来,人们对于拍摄全景的热情就一直很高。

其中有两条分支:

  • 一条是广角镜头拍摄,然后拼接(Image Stitching)——英文名其实非常有历史感,没错,一开始用的就是照片和胶带;
  • 另外一条则是让镜头摇动起来,所谓 摇头机Rotation Camera)是也。
1851年的旧金山全景照片,拼贴痕迹很明显吧~ Martin Behrman拍摄,Gelatin Silver输出

前一条的玩法其实也延续到现在,使用诸如PTGui、hugin等基于开源Panorama Tools软件也可以在普通器材上完成『不得了的拍摄』,而且得益于技术的发展,拍摄稍加注意,就会得到比上方1851年照片更加天衣无缝的结果。

摇头式全景机

说来惭愧,自己另外有一篇《拼接与全景》,还在坑里未完成。里头有提及半自动摇头机的代表:

  • Widelux (1958~2000,日产)
  • Horizon (可追溯到1966,苏联产)
Widelux 图片来自维基百科
Horizon 图片也来自维基百科

拍摄的时候,最前方的镜头与狭缝会转动,来在胶片上分别进行曝光,最后得到较大角度内的全景,当然,并不完全为环绕一圈的景物。
这样的摇头机,并不能用于动体拍摄,但是在风光展现上有其独特魅力。

行踪神秘的摄影师 Josef Koudelka (寇德卡) 也曾经用摇头机拍摄过不少作品。

图片来自玛格南

这种超宽的图片,后来在诸如Xpan这样的机型,使用固定单镜头实现,成为了另外的风潮,此是后话,按下不表。
所以说往往大师都潮得很,看起来严肃,其实玩的东西啊『比你们高不知道哪里去了』~

另一方面,摇头机也没有消亡,很多会议或学校毕业的大合照场景,还需要请出摇头机来。上海的鲁班路附近,即有几张做全景的商行,专攻这方面市场。

线扫描数码全景机

摇头机到了数码时代,直接的继承者就是使用线性排列的一列传感器扫描来得到影像。
缺点一样是不能拍摄动体,但是可以在传感器技术相对不是很成熟的早期,得到一个等效较大画幅的效果。

这类相机一般会被称作『Rotating Line Camera』,比较有代表性的有Panoscan公司的产品。
有兴趣的可以自查(已经发现越扯越远了)。

多镜头数码全景机

以多镜头同时曝光,是近些年兴起的设计思路,解决了摇头机拍摄同时性不好的问题。

triops

triops是由Franziska Faoro团队推出的一个概念设计品,大概也是以早期的全景机为基础,拍出来的是360度一圈,但是没有天顶与地底的部分。

triops 花色倒是多样

3枚镜头,水平方向上可以连接为360度的环形。
这个设计相当简洁,入围了 Braun Prize 2007,不过似乎只是概念设计,最终并未看到量产化的一天。

作为后话,Franziska Faoro这支团队后来还为诺基亚设计了801和1020,那些倒是量产了。

Panono

Panono是2013年底在indiegogo上筹款的项目,硬件上使用36枚镜头球形布置来进行拍摄之后合成,合成像素为一亿八千万。
一共筹款到了1,250,028美刀($1,250,028USD raised by 2,608 people)。
摄像头众多(太多,36个啊!),所以就布置成球,直径约11cm,重量300g。

……啧啧啧

因为镜头多,所以手持或者放置台上很容易有遮挡,一般拍摄都选择使用空抛然后触发快门来进行。

Bublcam

Bublcam比Panono摄像头少,使用4枚镜头实现,号称“零盲点”。支持TF扩展 。
支持Oculus Rift,可以用于创建AR。
说起来,再迟钝的人也应该看出来,今年AR和VR市场会有大量产品问世~

比楼上那款好多了

目前在kickstarter上筹款。补:808 backers pledged $346,122
据说主力人员之前是谷歌公司街景产品的干活~所以大概多少是有点相关。
而且他们的产品,目的性也很明确,就是全方位的视频交流,比如视频会议。

其他

在THETA发布之后,几乎雨后春笋一般,出现很多全景相机。
如Centr,以及在Photokina披露的一些,如GIROPTIC公司的“360Cam”,EyeSee360公司的“360Fly”等。


360Cam 我为长者续一秒

2014年的APEC会场也出现某国产产品,并且介绍中出现『720度』词汇。信息有限~
甚至还出现想拿多个GoPro组建阵列的方案。相信这些东西,对于关注科技新闻的朋友,也算是多有耳闻。

近闻(2015.06-09),国内有一创业型厂家,推出的全景相机,外观便是辨识度很高的双镜头设计(好像在哪里见过?),以及打出了4k视频的噱头 —— 前文也叙述过,这类图像生成的是2:1比例规格,与4k的分辨率并不搭边;提供的帧率,也是视频中罕见的18fps。在此不对创新性企业的所谓创新做评断,有兴趣的朋友可以自行搜索

应用场景


全景摄影,或者特别的,这种“一次快门成像”的全景相机,可以有什么样的应用呢?
脑补如下:

  1. 建筑物室内展现
    日本还真的有房地产关系商做这方面尝试,zenkei
  2. 风景风貌记录
    日本有一个Space Balloon Project,用气象气球把东西带入高空的,曾经就带着小型化的THETA上去。
  3. 纪实
    因为器材的发展,而导致摄影发生质变是有可能的。比如纪实摄影来说,摄影师毕竟还能保持自己对画面的控制,可以保持焦点,影响观众的观看。
    但是THETA的画面是观众自选的焦点,可能会有“1000个读者,1000个哈姆雷特”的效果。这样对纪实本身是好是坏?只能让时间来诉说。
    很有意思,今年国内的澎湃新闻开始用THETA作为纪实记录;它们也很务实,不进行补地操作,直接打了一个logo上去。
  4. 运动相机
    比GoPro还广,有兴趣吗?

    图片来源
  5. 全天球拍摄延时?
    这个想法曾经觉得是自己脑洞大,但是2015年3月,Youtube支持了全景视频回放,好像这个问题可以讨论了。(首批支持机型有:Giroptic 360cam、IC Real Tech Allie、Kodak SP360以及RICOH THETA)

此外,宝马已经使用THETA拍摄了广告宣传,相当有意思。

附件


附件是用来改善体验的,或者说用来赚钱的好领域。大家有兴趣就随便看看吧~
挂链
感觉这是理光不厚道的地方,明明在机身上就可以直接完成的设计,另外做了一个附件出来。
当然,五色可选,对于现在把相机作为装饰的一部分的人们来说,也是一个可以打造的亮点。
五种颜色为:蓝橙绿黑灰 补:二代4色机型出来后,感觉搭配更多了(当然,我个人还是喜欢白色)


皮套
THETA两侧的鱼眼镜头外凸,虽然有做一定的防护设计,但是平常还是比较担心意外撞击的。
『鞘 -SAYA -』是专为THETA设计的皮革制套件

轻松挂在胸前,差不多测光表大小。
同时不干扰上自拍杆~

同时,日亚上还有『ABITAX 5720 Pocket LS』的软包可以考虑~


脚架
脚架其实是通用产品,但是如果一定要说给THETA找合适的,也有轻量级的脚架可以提及。
Manfrotto PIXI
曼富图推出的 MTPIXI 桌面三脚架是比较大众的选择,本来就是为CSC/EVIL这类微型相机设计的,使用于THETA这类相机也没有问题~


但是使用桌面三脚架的话,地面部分会有很大缩减。
于是可以考虑下面这款产品~

SLIK STAPOD
SLIK 记得是和图丽一个集团的,也是三脚架的老牌厂商,生产的这款三脚架其实更像一个能自行站立的独脚架。


自拍棒
没什么好说的……
THETA底部有标准孔,可以直接安装。

记得如果要自拍,不要把自己放在镜头完全侧面的位置。

云端设备
PQi Air Pen
这是PQI公司的个人云产品,基于一个微型AP,支持插入TF卡,做成一个共享存储。可以和THETA配合。

『扩展阅读』部分,我还加了两个有关THETA的破解控制研究。

防水壳
官方的附件『Hard Case TH-1』,防水壳,但是需要注意是防滴溅,而不能进行潜水浸泡。于2015年7月追加。3,250円。

请不要想歪

其他


THETA的画质,其实不是强项——如果你用惯了大传感器机型,来看THETA的画质,是很难满意的。
但是不是每个人都是全景车,可以带着复杂的设备出行;当去到一个广阔无边,或是终生难忘的地方,它可以在口袋里,大概是最好的状态。
理光公司也了解这一点,而要下手,传感器很重要;THETA S于是升级了。然而两枚鱼眼的方案,还是会有弱项,比如用镜头边缘拍摄,比中心自然是会差一些。不过还可以期待。

为什么写这篇?
因为觉得有意思,所以想介绍。
可是之前介绍起来,发现有太多的脉络要解释。
这个世界上不少有意思的东西,要用超过140个字节去描述;而不仅仅是快餐般地出现、然后消逝。

我写了维基的条目,不够;我去了展会询问工作人员,不够;还是有很多问题。
还好,这个世界上还有很多其他的好奇宝宝;把大家的发现集结起来,为它写一篇介绍。这样在未来的某个时点,可以帮助到别人。

本文图片来自官方、日经BP的报道、Watch Impress的相关报道以及维基媒体。

扩展阅读


【拆解】全景相机RICOH THETA —— 日经BP (中道 理)
http://techon.nikkeibp.co.jp/article/MAG/20131225/324779/
之乎之前在购物推荐网站写过的简单介绍
http://haitao.smzdm.com/youhui/91375
小さな惑星のように写る「ゼンズ・プラネット」 Watch Impress 关于『小行星摄影』的一篇专刊
http://dc.watch.impress.co.jp/docs/review/omoshiro/20140324_640465.html
拍摄全天球照片的相关器材准备
http://internet.watch.impress.co.jp/docs/column/chizu/20140206_634107.html
triops的介绍
http://www.franziskafaoro.de/casestudies/triops.html
Panono的筹款页面
https://www.indiegogo.com/projects/panono-panoramic-ball-camera
Bulbcam的筹款页面
https://www.kickstarter.com/projects/bublcam/bublcam-360o-camera-technology-for-everyone
关于THETA的hack研究
http://mobilehackerz.jp/contents/Review/RICOH_THETA
关于THETA的自制遥控器研究
http://mobilehackerz.jp/contents/Review/RICOH_THETA/Remote
Space Balloon Project 空间气球计划,使用THETA拍摄
http://goccojapan.com/sbp/






留影魔匣
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