拆解全景相机RICOH THETA

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在平坦的机身上配置两个鱼眼镜头的全新类型的数码相机于2013年11月8日在日本上市（图1）。这款相机名为“RICOH THETA”，是理光开发的可拍摄全景图像的产品。

iPhone用应用。左为远程操作画面，右为拍摄图像一览画面。

以前也有可拍摄全景图像的数码相机，但都配备了很多镜头和摄像元件，尺寸较大，主要是面向专业或半专业人士的。

THETA在2013年12月时售价约为4万日元（约2300元人民币），在全景相机中算是比较便宜的，理光表示，“该产品面向的是想把日常生活中的场景拍下来与朋友共享的普通用户”。

本文将详细介绍THETA的易用性和构造等。

图1：简约的外观 机身只有快门按钮、电源按钮、无线LAN功能的开关按钮，构造非常简单。

THETA的操作与普通卡片机相比非常简单。其机身没有配备用来调整曝光和变焦的按钮等，只有快门按钮、电源按钮和Wi-Fi按钮。其中，Wi-Fi按钮用来打开或关闭Wi-Fi功能，该功能用来与智能手机连接。理光表示，“设想的用法是通过智能手机浏览图像，因此省去了液晶显示屏，非常注重简单性”。

THETA利用快门按钮或者智能手机上安装的应用的操作画面来拍摄。操作画面上还可以手动调整曝光。拍摄的图像保存在机身内的microSD卡中。要想浏览拍摄的图像，要通过Wi-Fi把图像数据发送到智能手机上，或者通过USB连接线发送到个人电脑上，无论是手机还是电脑都要使用专用软件浏览图像（图2）。

图2：用专用应用浏览图像 用面向iPhone开发的专用应用浏览图像时。可以缩放某个特定部分，或者旋转图像改变视点。

利用应用浏览时，拍摄的图像看起来好像是把正常图像贴在了球面内侧。把手指放在图像上上下左右移动，视点就会发生变化。缩小图像时，图像会失真，但放大后，失真基本就消失了。一边上下左右旋转一边浏览图像的感觉是以往的相机不具备的。

此次日经技术在线还调查了这种球面图像文件是如何保存的。用USB连接线把THETA连接到个人电脑上，可以看到THETA的microSD卡的文件夹。该文件夹中保存着JPEG格式的文件。用普通的JPEG文件阅览器打开后，看到的是横向的失真图像（3584×1792像素，图3）。

图3：原文件是横向的JPEG文件 是将全景图像投影到了长方形上。

专用应用是把该JPEG图像投影到球面上，因此看到的是球形全景图像。

反应慢令人不满

使用THETA时有两点不太满意。一是通过智能手机拍摄时反应慢。用机身的快门按钮拍摄时，拍完后1秒左右就能接着拍下一张，而通过智能手机拍摄时，拍完一张大约要等10秒才能拍下一张。估计是因为用智能手机拍摄时，每次都要把拍摄好的图像发送到智能手机上。

还有一点令人介意的是拍摄的图像。这款相机不支持全景图像特有的广动态范围。

比如在拍摄正上方为晴空、但旁边有阴影的建筑物时，针对建筑物曝光的话，建筑物上方就会因为过度曝光而发白。反之，针对靠近天空的位置曝光的话，建筑物下方又会太黑。此时就非常需要最近的数码相机常见的高动态范围（HDR）功能，可以拍摄曝光不同的多张图像合成到一起。

THETA的特点是摄像模块有两个鱼眼镜头，该模块是理光的开发人员最重视最用心的部分，也是最“费钱”的部分。理光介绍说，“我们原来委托进行生产的厂商造不出可高精度集中180度视角范围光线的鱼眼镜头，也不能将两个鱼眼镜头高精度组合在一起。因此把这部分工作全面委托给了拥有光学专业技术的理光光学公司”。

将该摄像模块拆下来后发现，采用的是用树脂熔接镜头的构造（图4（a））。拆解时曾试着用螺丝刀等剥离镜头，不过最后认为只能进行机械性破坏才能剥离镜头，因此放弃了观察镜头内部的想法。

图4：利用鱼眼镜头和棱镜拍摄360度图像 摄像模块由两个鱼眼镜头反向连接构成（a）。进入镜头的光线通过棱镜90度弯曲，到达摄像元件（b）。（图（b）由理光提供）

从理光的资料可以了解到，该模块采用了使射入镜头的光通过棱镜90度拐弯后进入摄像元件的构造（图4（b））。

内部构造与数码相机类似

除摄像模块以外，THETA的内部非常简单，其构成与普通的卡片机类似（图5）。结构也很简单，主板上只安装了可能是用于散热的铜片、锂离子充电电池和Wi-Fi模块。摄像模块与主板之间用两个柔性线路板连接。

图5：内部与普通数码相机类似 内部采用与普通数码相机类似的部件。重叠两张图像的处理估计使用了FPGA。部件用途、企业名称和型号等由日经技术在线推测。

主板上的元件为双面封装。正面有富士通半导体的图像处理器“MB91696AM”、罗姆的电源IC、钜景科技的NAND闪存和DDR3内存混载芯片。背面有赛灵思的FPGA“Spartan-6 LX”和microSD卡插槽。microSD卡插槽中插入了4GB的microSD卡。

估计全景图像是通过以下处理实现的：首先通过各鱼眼镜头拍摄两张图像保存，然后利用FPGA进行合成，得到最终图像。据理光介绍，“利用各摄像元件拍摄的图像的视角的详情不便透露，不过超过了180度。通过对重合的部分进行处理，努力作成了无缝全景图像”。

沿着机身形状剪切图像

THETA等全景相机的最大问题是将相机本身拍入照片中。制作360度全景图像的话，图像下部肯定会拍到相机机身。对此，THETA是如何处理的呢？

为了得到答案，笔者在A3纸上画了一些同心圆，把THETA放到圆心进行了拍摄（图6）。从得到的图像可以看出，THETA的机身的影像完全消失，而且消失的部分并未专门进行插值，好像只是单纯地切下一部分使剩下的部分连起来。

图6：从合成图像中去掉了机身部分 拍摄360度图像的话，肯定会拍到相机本身。为调查THETA是如何去掉机身影像的，笔者试着拍摄了画有同心圆的测试表。

进一步仔细观察图像就会发现，同心圆中心部分失真最严重，越靠近外侧，失真现象越轻。估计是沿着THETA的机身形状去掉了其影像。（作者：中道 理，日经技术在线！供稿）