拆解全景相機RICOH THETA

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在平坦的機身上配置兩個魚眼鏡頭的全新類型的數位相機於2013年11月8日在日本上市（圖1）。這款相機名為「RICOH THETA」，是理光開發的可拍攝全景圖像的產品。

iPhone用應用。左為遠程操作畫面，右為拍攝圖像一覽畫面。

以前也有可拍攝全景圖像的數位相機，但都配備了很多鏡頭和攝像元件，尺寸較大，主要是面向專業或半專業人士的。

THETA在2013年12月時售價約為4萬日元（約2300元人民幣），在全景相機中算是比較便宜的，理光表示，「該產品面向的是想把日常生活中的場景拍下來與朋友共享的普通用戶」。

本文將詳細介紹THETA的易用性和構造等。

圖1：簡約的外觀

機身只有快門按鈕、電源按鈕、無線LAN功能的開關按鈕，構造非常簡單。

THETA的操作與普通卡片機相比非常簡單。其機身沒有配備用來調整曝光和變焦的按鈕等，只有快門按鈕、電源按鈕和Wi-Fi按鈕。其中，Wi-Fi按鈕用來打開或關閉Wi-Fi功能，該功能用來與智慧型手機連接。理光表示，「設想的用法是通過智慧型手機瀏覽圖像，因此省去了液晶顯示屏，非常注重簡單性」。

THETA利用快門按鈕或者智慧型手機上安裝的應用的操作畫面來拍攝。操作畫面上還可以手動調整曝光。拍攝的圖像保存在機身內的microSD卡中。要想瀏覽拍攝的圖像，要通過Wi-Fi把圖像數據發送到智慧型手機上，或者通過USB連接線發送到個人電腦上，無論是手機還是電腦都要使用專用軟體瀏覽圖像（圖2）。

圖2：用專用應用瀏覽圖像

用面向iPhone開發的專用應用瀏覽圖像時。可以縮放某個特定部分，或者旋轉圖像改變視點。

利用應用瀏覽時，拍攝的圖像看起來好像是把正常圖像貼在了球面內側。把手指放在圖像上上下左右移動，視點就會發生變化。縮小圖像時，圖像會失真，但放大後，失真基本就消失了。一邊上下左右旋轉一邊瀏覽圖像的感覺是以往的相機不具備的。

此次日經技術在線還調查了這種球面圖像文件是如何保存的。用USB連接線把THETA連接到個人電腦上，可以看到THETA的microSD卡的文件夾。該文件夾中保存著JPEG格式的文件。用普通的JPEG文件閱覽器打開後，看到的是橫向的失真圖像（3584×1792像素，圖3）。

圖3：原文件是橫向的JPEG文件

是將全景圖像投影到了長方形上。

專用應用是把該JPEG圖像投影到球面上，因此看到的是球形全景圖像。

反應慢令人不滿

使用THETA時有兩點不太滿意。一是通過智慧型手機拍攝時反應慢。用機身的快門按鈕拍攝時，拍完後1秒左右就能接著拍下一張，而通過智慧型手機拍攝時，拍完一張大約要等10秒才能拍下一張。估計是因為用智慧型手機拍攝時，每次都要把拍攝好的圖像發送到智慧型手機上。

還有一點令人介意的是拍攝的圖像。這款相機不支持全景圖像特有的廣動態範圍。

比如在拍攝正上方為晴空、但旁邊有陰影的建築物時，針對建築物曝光的話，建築物上方就會因為過度曝光而發白。反之，針對靠近天空的位置曝光的話，建築物下方又會太黑。此時就非常需要最近的數位相機常見的高動態範圍（HDR）功能，可以拍攝曝光不同的多張圖像合成到一起。

THETA的特點是攝像模塊有兩個魚眼鏡頭，該模塊是理光的開發人員最重視最用心的部分，也是最「費錢」的部分。理光介紹說，「我們原來委託進行生產的廠商造不出可高精度集中180度視角範圍光線的魚眼鏡頭，也不能將兩個魚眼鏡頭高精度組合在一起。因此把這部分工作全面委託給了擁有光學專業技術的理光光學公司」。

將該攝像模塊拆下來後發現，採用的是用樹脂熔接鏡頭的構造（圖4（a））。拆解時曾試著用螺絲刀等剝離鏡頭，不過最後認為只能進行機械性破壞才能剝離鏡頭，因此放棄了觀察鏡頭內部的想法。

圖4：利用魚眼鏡頭和稜鏡拍攝360度圖像

攝像模塊由兩個魚眼鏡頭反向連接構成（a）。進入鏡頭的光線通過稜鏡90度彎曲，到達攝像元件（b）。（圖（b）由理光提供）

從理光的資料可以了解到，該模塊採用了使射入鏡頭的光通過稜鏡90度拐彎後進入攝像元件的構造（圖4（b））。

內部構造與數位相機類似

除攝像模塊以外，THETA的內部非常簡單，其構成與普通的卡片機類似（圖5）。結構也很簡單，主板上只安裝了可能是用於散熱的銅片、鋰離子充電電池和Wi-Fi模塊。攝像模塊與主板之間用兩個柔性線路板連接。

圖5：內部與普通數位相機類似

內部採用與普通數位相機類似的部件。重疊兩張圖像的處理估計使用了FPGA。部件用途、企業名稱和型號等由日經技術在線推測。

主板上的元件為雙面封裝。正面有富士通半導體的圖像處理器「MB91696AM」、羅姆的電源IC、鉅景科技的NAND快閃記憶體和DDR3內存混載晶片。背面有賽靈思的FPGA「Spartan-6 LX」和microSD卡插槽。microSD卡插槽中插入了4GB的microSD卡。

估計全景圖像是通過以下處理實現的：首先通過各魚眼鏡頭拍攝兩張圖像保存，然後利用FPGA進行合成，得到最終圖像。據理光介紹，「利用各攝像元件拍攝的圖像的視角的詳情不便透露，不過超過了180度。通過對重合的部分進行處理，努力作成了無縫全景圖像」。

沿著機身形狀剪切圖像

THETA等全景相機的最大問題是將相機本身拍入照片中。製作360度全景圖像的話，圖像下部肯定會拍到相機機身。對此，THETA是如何處理的呢？

為了得到答案，筆者在A3紙上畫了一些同心圓，把THETA放到圓心進行了拍攝（圖6）。從得到的圖像可以看出，THETA的機身的影像完全消失，而且消失的部分並未專門進行插值，好像只是單純地切下一部分使剩下的部分連起來。

圖6：從合成圖像中去掉了機身部分

拍攝360度圖像的話，肯定會拍到相機本身。為調查THETA是如何去掉機身影像的，筆者試著拍攝了畫有同心圓的測試表。

進一步仔細觀察圖像就會發現，同心圓中心部分失真最嚴重，越靠近外側，失真現象越輕。估計是沿著THETA的機身形狀去掉了其影像。（作者：中道 理，日經技術在線！供稿）