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《跟我一起去追星:星空摄影指南》第9章 广域的冲击:全景拼接技术

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你见过那种 360°的全景风景照片吗?是不是感觉很壮观很有冲击力?在数码时代,拍摄这种全景照片不再需要专业的设备,只需要用普通相机拍摄一组照片,后期用软件拼接在一起即可。在天文摄影领域,有时也需要用到这样的拼接技术来表现一些宏大的场景,或者一些特别的视角。

1.拼接软件PTGui

拼接技术也属于后期处理的范畴,不过它能实现的效果比较独特,所以单独拿出来介绍。本章章首的照片是笔者在张北坝上草原拍摄的夏夜银河拱桥。在照片的左下角可以看到泛星彗星(上)仙女座大星系M 31(下),以及背景淡淡的绿色气辉。

如果你对PS已经比较熟悉,那么有个好消息,就是用PS即可实现全景照片的拼接,方法是点击“文件 -自动-Photomerge…”,在弹出来的对话框中,打开全景照片素材,点击确定,然后耐心等待,软件就会自动给你拼接好。

不过,这里要介绍的是一个更专业的专门做全景拼接的软件,叫作PTGui。它的功能非常强大,超乎你的想象。在这里,我们先用几张白天拍摄的风景照,来初步感受一下 PTGui的拼接功能。

要想拼接全景风景照,前期拍摄时要遵循一定的规则。首先,每张照片的拍摄参数要保持一致,包括镜头焦距、光圈、快门、感光度、白平衡等,如果直接用P 挡拍,在拍摄不同位置时这些参数可能会发生变化。所以,笔者的方法是,先用P 挡对着全景的中部拍一张照片,回放,如果你觉得这张照片曝光值合适,那么,记住这张照片的参数。然后,将拍摄模式改为M挡,按照那张曝光合适的照片设置光圈、快门、感光度,白平衡不要用自动,可以根据当时的环境手动设置日光、阴天、荧光灯等。如果使用变焦镜头,在拍摄全景过程中要保证焦距不要发生变化。对焦模式可以使用自动对焦,当然如果拍摄的都是较远的风景,那么自动对焦成功一次之后也可以改为手动对焦。

设置好拍摄参数后,再根据拍摄对象确定全景照片的拍摄方向。比如,一般的风景照可以从左向右或从右向左拍,拍摄高楼大厦的全景则可能要从上到下或从下到上拍。相机本身的取景角度,可以是横取景,也可以是竖取景。

确定好拍摄方向后,开始拍摄全景照片素材。以从左向右转为例,首先,用取景器框住风景的最左边,拍第一张,这一张要给风景的左边缘留出富余量,不要刚好撑满整个画面;然后向右转一定的角度,保证这一张跟前一张至少有1/4重叠;接着,拍摄下一张。转动时尽量保证平稳,且在上下方向上尽量保持不变,直到拍到风景的最右边。这样,就获得了一组全景照素材。

接下来,就该正式介绍PTGui的使用了,这里以该软件的9.1汉化版来进行介绍。

运行软件,下图是 PTGui的主界面,非常简洁(不过仔细看操作系统的任务栏,软件实际上打开了三个窗口,另外两个窗口叫“全景图编辑器”和“控制点”,此时我们暂时不用理会),大多数时候,你只需要使用“方案助手”下的三个简单步骤,就能够快速而全自动的获得一张漂亮的全景照。

●PTGui主界面。

第一步:点击“加载图像”,找到你存放图像的文件夹,将图像全部打开,加载到PTGui里。加载成功后的界面如下图所示,图片下方会显示出从相机的exif 数据里读出的相关拍摄参数。

● PTGui加载图片后界面。

第二步:点击“对准图像”,这时软件会对图像进行匹配分析。一般来说稍等一下,就会在一个新窗口(“全景图编辑器”窗口,下图)中弹出拼接完成后的效果图。拼接后的图像周围可能会有一圈白边,没关系,后期用PS 裁剪掉即可。

●“全景图编辑器”窗口。

第三步:如果第二步自动生成的全景图没什么问题,就回到主界面,点击“创建全景图”,进入“创建全景图”窗口(下图),在这里可以选择图像尺寸、格式、保存位置等,基本上保持默认就行。唯一要注意的是默认的图像格式是JPG,但笔者更喜欢保存成 TIFF格式,后期进 PS调整后再保存成JPG格式出图。确认好设置以后,点击“创建全景图”,软件开始正式拼接工作。稍等一会儿,一张壮观的全景图就拼接好了。

●“创建全景图”窗口。

2.星空常规拼接

有了拼接白天风景照全景图的经验,拼接星空照片就不是太难的事情了。拍摄星空时,本来就要求使用M挡,手动设置光圈、快门、感光度、白平衡等,所以拍摄全景照素材时只要注意焦距保持一致,且重叠部分足够多即可。

下页上方的照片是笔者拍摄的一张星空全景照,以此为例来说明星空常规拼接如何进行。

这张照片是笔者在京郊延庆一座山上露营时拍摄的,所用的器材是佳能6D 相机和 24mm f/1.4 镜头。左下方的城市是延庆县城,位于营地的东南,而右边的银河已经位于南略偏西的位置。笔者希望把城市的灯火和壮美的银河同时拍下来,但是现有的设备没有这么广的视场。由于没有鱼眼镜头,所以使用了拼接的方式。

●北京周边县城上空的星空。

下图是用佳能 6D 相机和 24mm f/1.4 镜头单张拍到的视场,可以看出,想实现上图的全景效果,横着拼一次是不够的。因此,需要先横着拍一圈地景和

●佳能 6D相机和 24mm f/1.4镜头单张拍到的视场。

低空的星空,然后抬高相机,再横着往回拍一圈,拍摄高一些的星空。这种情况,我称之为扫两圈(下图)。注意抬高后的那张和抬高前的那张也要有至少1/4的重叠。

● “扫两圈”的拍摄规划。先沿下方箭头拍三张,再抬高,沿上方箭头再拍三张。6个不同颜色的框代表了6次取景的范围,中间有大量的重叠部分。

笔者拍摄这两圈星空照的参数均为 ISO6400,f/2.0,15 秒。后期用PTGui打开,点击“对准图像”。因为星空照片比较复杂,特征不那么明显,所以软件很可能会弹出一个提醒,说有一些照片无法匹配,需要手动添加一些控制点。点“是”后,就进入设置控制点的界面(见下页图)。这个界面左右两个窗口会分别显示第0张和第1张照片,你只需要在两幅图上同样的位置处分别点击一下,就确定了一对控制点。一般来说,四对控制点就足够对齐两张图片了。不过,它们之间不要离得太近,最好上下左右分开一些,这样后期对齐会更准确。搞定两张照片后,点击照片上方的数字,可以切换到第1张和第2张,然后给它们添加控制点。如果你点击左边(或右边)窗口某个数字,右边(或左边)窗口上方的某个数字变成加粗的格式,就表示系统已经自动识别出了左右两边对应的图像之间的控制点,无需再手动添加了。另外,相机抬高前和抬高后的两张照片也需要添加四对控制点。而抬高后横着扫回去的第2张照片,既可以和右边那张一起添加控制点,也可以和下方那张一起添加控制点。

●添加控制点。

添加控制点,可以找两幅图上的同一颗亮星,同一个星团,或者同一个山尖。不过,这任务也没有看起来那么容易,尤其是对于超广角镜头,边缘变形较大,再加上取景角度的倾斜度不同,辨认同样的星点有时挺难的。所以,当直接证认不出来时,可以求助电子星图软件。或者,拍摄时重叠得多一些,重叠1/3甚至1/2。

设置完所有的控制点后,点击任务栏中的“控制点”,可以打开控制点助手。如果该助手提示“已经包含足够的控制点”,恭喜你,最麻烦的任务完成了。

回到PTGui主界面,点击“方案助手”选项卡,再点一次“对准图像”,你的素材就能正确的对齐,然后,在“全景图编辑器”窗口,自动生成一张全景预览图。

在这里,你可以尝试将鼠标放在该窗口上方的一些工具上,这些工具会显示出名字。比较重要的工具有“适合全景图”、居中全景图”、拉直全景图”等,旁边还可以选择不同的投影模式,如“直线”、“柱面”、“等距圆柱”等。另外,用鼠标左键拖动全景图,能对全景图进行移动;右键拖动全景图,能旋转全景图的角度。你还可以尝试移动“全景图编辑器”窗口右侧和下方的滑块,看看全景图会有些什么有趣的变化。

●全景图编辑器详解。

这样,你就完成了一张星空全景照片的拼接。用PTGui输出后,再用PS进行裁剪,二次构图(有时可能还需要对少量瑕疵进行细微修补),最终得到240页上方图片所示的效果。

3.拍摄制作深度广域星空照片

拼接技术不仅用于单张照片无法直接拍下的风景。有的壮观的风景,用广角镜头可以直接拍下来,但是看大图就会发现,细节会比较粗糙和模糊。这时,如果使用中焦甚至长焦镜头,拍摄一组局部照再拼接在一起,就可以获得一张尺寸超大的图。即使缩小一些,细节也非常惊人。下页所示图片就是用等效100mm的中焦竖取景拍摄再拼接得到的梅里雪山日照金山的全景图,一共14张拼接,拼接后原图的长边分辨率超过 2万像素。

●梅里雪山日照金山全景。

天文摄影也如此,比如用超广角就能很容易地拍下来银河,但有人喜欢用等效50mm甚至85mm去拍摄局部细节再拼接到一起。又比如,用等效50mm很容易拍下猎户座全貌,但要想更加细致地表现这个星座中的天体细节,就需要用更长的焦距去拍摄然后拼接。246页的图片是笔者拍摄的一张猎户座照片,照片中丰富的各种星云和细节是不是让人叹为观止?这种尺度很广(涵盖了一个大星座的面积)、拍摄的东西又很深(把大量暗弱的星云表现了出来)的照片,被称为深度广域照片。

这种照片在拼接上没什么特别的,跟上一节介绍的星空常规拼接方法相同。不同之处在于前期拍摄。笔者使用佳能500D相机,85mm镜头,赤道仪跟踪, ISO800,f/3.5,每张曝光4分钟,每组拍摄 9张用于叠加,一共拍摄上中下三组用于拼接,同时还拍摄了几张暗场用于后期处理。另外,猎户腰带下方的猎户座大星云M42曝光值分布幅度很大,因此拍摄了好几组不同的曝光值,后期进行了HDR处理,保证星云从最亮的核心到暗弱的外围云气曝光都正确。

拼接完成后,再用PS进行了多次色阶、曲线等处理,最后才得到这样一张成品大图。

这个例子也说明,一幅好的天文摄影作品,背后隐藏着怎样的艰辛。

如果你没有赤道仪,但有中焦的超大光圈镜头,如 50mm f/1.4 镜头,或者 85mm f/1.2 镜头,可以尝试将光圈开到很大,将感光度开到 ISO6400 以上,然后用很短的曝光时间(如6~8 秒)拍摄星空的局部。这么短的曝光时间,星空拖线不明显。然后,仍然用多幅叠加,再拼接的方法,也能得到类似的深度广域照片(见 248页图片)。当然,画质肯定不如用赤道仪跟踪、低感光度和收一些光圈以后得到的图像画质好,但毕竟是没有赤道仪时的一种选择。

4.银河拱桥的拍摄和制作

到这里,我们终于可以学习银河拱桥该如何拍摄和处理了。银河拱桥一般会占据差不多半个天空,因此拍摄的数据量更大。以佳能6D相机和24mmf/1.4镜头为例,需要相机横置,下-中-上扫三圈,第一圈拍摄6张以上,第二圈拍摄5张以上,第三圈主要在天顶附近补上2~3张。

后期,主要要注意的就是设置控制点时一定要耐心,仔细。因为整个过程可能较长,所以建议在操作过程中时不时点击“文件-保存方案”,将方案存盘,防止因为一些诸如软件崩溃之类的意外事件导致之前的工作付诸东流。

最后,在“全景图编辑器”窗口,选择一个合适的投影。一般来说软件会默认选择“等距圆柱”投影,这个选择多数时候是很好的。不过你也可以试试其他一些投影,以及用鼠标左键右键拖一拖全景图,也许会有意外的收获。

250页是笔者拍摄的一张冬夜银河拱桥,可和本章开篇的夏夜银河拱桥做一对比。图中中间往上偏左升起的淡淡光锥叫作黄道光。

◄猎户座深度广域照片。

5.营造小星球效果

最后,我们可以尝试终极挑战,就是拍摄整个天空和整个地景的照片(或者叫采集整个天空和地景的数据),然后,拼接成一张包含整个天地的超级全景照。这样的全景照的成品图如252页图片所示,中央是地面,周围是整个天空,像不像名著《小王子》里面描写的小王子居住的小星球?所以,这种照片叫作小星球效果。

小星球效果相比银河拱桥又高了一级,每扫一圈都要扫够360°,向上抬要一直抬到天顶,向下俯拍也要尽可能俯得很低。当然,一般来说,三脚架正下方那一小块区域无法拍摄,好在这块区域在后期的小星球效果上只是图中央的一小块空白,可以很容易修补,或者干脆用一个版权logo覆盖上去。

以佳能 6D 相机和 24mm f/1.4 镜头为例,拍摄地平线一圈 360°至少需要8~9张(每转45°拍一张),然后,向上再扫两圈,向上的第一圈稳妥起见也拍摄8张,第二圈可以只拍4张。最后,再向下扫一圈,拍摄8张。这样除了正下方,所有的数据都有了。

后期,就是比银河拱桥更长时间的拼接。由于数据量太大,对齐控制点可能会较慢,对齐后在“全景图编辑器”窗口,改变投影模式,或者拖动全景图,电脑反应可能会很卡,最后创建全景图也可能需要很长时间,这些都需要耐心去等待。

在投影模式里选择“小行星”,就可以获得小星球效果。不过,有了全天数据,我们也可以尝试其他效果。

比如,选择“等距圆柱”,就可以得到一幅狭长的全景照片,相当于加强版的银河拱桥,这种照片横向覆盖了整个360°,纵向则覆盖了从地面到天顶接近180°,所以可以称之为360°×180°全景图(例如254页所示图片)。在这个投影方式下,用鼠标左键左右拖动全景图,你会看到很有趣的现象。

●佳能 5D3+85mm f/1.2 镜头,不使用赤道仪,ISO6400,f/2.0,6 秒,6 张拼接银河中心广域照片。这个曝光值加上合适的后期处理,已经能够很好的体现银河的细节。虽然星星稍有拖线,但拼接后缩小一点就完全看不出来。(杨勇供图)

再比如,选择“圆形”,再用鼠标左键上下拖动全景图,就能把星空拖到中央,周围分布着地景,这样可以得到类似全天鱼眼镜头拍到的效果,而放大看细节的精细程度会远超过全天鱼眼直接拍成的照片(如253页图片),可用于在天象厅里投影到球幕上。

这些就是 PTGui软件的常见全景拼接方法,更多更强大的功能留待大家自己去发掘。至此,与天文摄影有关的各种常见的后期处理方法的介绍告一段落。希望大家勤加练习,只有练得多,自己的技术、感觉才会慢慢进步。

●冬夜银河拱桥和黄道光。

●小星球效果的星空+地面的全景照片。

●类似全天鱼眼镜头拍摄的全景效果,可用于球幕投影。

●星空+地面的360°×180°全景图。