全景攝像機(jī)的原理類型以及發(fā)展特點

當(dāng)一項技術(shù)始終無法吸引人們的眼球，卻活的無比堅挺，這就是所謂的“輕如鴻毛”一般的茍活吧!世上只有一件事比被人議論更糟糕的了，那就是沒有議論你，聽到了沒?全景攝像機(jī)同學(xué)!

在那個青蔥萌得出一把老血的年代，我曾天真的以為攝像機(jī)除了“槍機(jī)”以外應(yīng)該還有種東西叫做“炮機(jī)”，能一看看一片的那種。后來當(dāng)我找到全景攝像機(jī)才感慨：原來你丫就是!

多鏡頭全景，雞肋?

此類全景攝像機(jī)內(nèi)部封裝多個傳感器，通過對分畫面進(jìn)行圖像拼接操作得到全景效果。換句話說就是：類似于將多臺槍機(jī)照向不同方向，再把畫面拼起來。其中數(shù)字處理與壓縮等核心技術(shù)被集成在前端固件上，將四個單獨的畫面按用戶需求集成為180°或者360°的高清全景畫面，再由網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶蠖斯芾砥脚_。相較占主流的魚眼全景攝像機(jī)，多鏡頭拼接全景攝像機(jī)的優(yōu)勢是一定程度上擺脫了焦距的限制，在相同條件下可以看清楚更遠(yuǎn)的距離。同時其亦具有虛擬PTZ功能，可做到諸如周面裁剪，中間還原，保持180°展開等功能，方便用戶按監(jiān)控重點調(diào)節(jié)畫面。

此類產(chǎn)品有著一個相當(dāng)雞肋的定價：高于魚眼全景攝像機(jī)，少于直接安裝多個傳統(tǒng)攝像機(jī)。而且拼接技術(shù)對整套方案的需求更高，其中視場角的選擇，結(jié)構(gòu)上如何互相完美搭配，算法上如何更好的無縫拼接，都決定著此類產(chǎn)品在未來能否取得更好的發(fā)展。又因為鏡頭的配合無法達(dá)到物理上的完美，故此在吊裝時無法避免正下方會出現(xiàn)一個錐形盲區(qū)。經(jīng)過改進(jìn)，攝像機(jī)內(nèi)部鏡頭俯仰角度可調(diào)，安裝時便可根據(jù)現(xiàn)場狀況一定程度上減少這個盲區(qū)的影響，另一方面，當(dāng)其安裝高度達(dá)到三米以上時(最佳安裝高度為三米到五米)，攝像機(jī)產(chǎn)生的盲區(qū)大小基本與人體頭部的大小相似，其實也就是對實際監(jiān)控沒有太大影響。

魚眼全景攝像機(jī)

魚眼全景攝像機(jī)是全景攝像機(jī)中的主流產(chǎn)品，能占總份額的七八成以上。用一組鏡頭與傳感器即可達(dá)到全景觀看的目的,攝影機(jī)硬件設(shè)計復(fù)雜度較低,可靠度與使用壽命都較長。其中魚眼鏡頭因為其前端如魚眼般鼓起得名，應(yīng)用于全景攝像機(jī)的魚眼鏡頭焦距必須在2mm以下，目前市場上此類鏡頭產(chǎn)品相對而言已較為成熟。而魚眼全景攝像機(jī)之所以成為高端技術(shù)產(chǎn)品，在于原始畸變餅圖處理的難度，以及如何更好為后端監(jiān)控人員提供人性化服務(wù)，亦即圖像矯正與虛擬ptz這兩個核心技術(shù)的實現(xiàn)，由上文也可看出正是這兩大技術(shù)決定著魚眼全景攝像機(jī)的發(fā)展等級。

具體說來，只要有魚眼鏡頭就能在后臺得到全景圖片，但此原始圖像為畸變的圓形餅圖，不符合人眼正常的觀察習(xí)慣，必須經(jīng)過矯正以實現(xiàn)最終的兩分屏或四分屏的監(jiān)控需求。虛擬PTZ技術(shù)則給了用戶猶如快球的監(jiān)控體驗——在沒有機(jī)械部件的前提下實現(xiàn)對觀察范圍內(nèi)任意監(jiān)控點的重點觀測、圖像旋轉(zhuǎn)及放大等功能。

·核心算法

上核心圖像處理算法這塊，直接影響系統(tǒng)資源占有率，直接影響碼流、帶寬和存儲。核心算法的好壞直接影像圖像邊緣彎曲的矯正，場景的分割，虛擬PTZ、轉(zhuǎn)動、放大，這些都是由核心算法帶動的。

魚眼鏡頭所成的像，由于景深曲率的影響，圖像的畸變十分嚴(yán)重，不符合正常視覺感受。故需要圖像矯正技術(shù)消除魚眼鏡頭畸變。圖像矯正技術(shù)的思路并不復(fù)雜，一般是從原始餅圖拉出一個單獨扇形，再根據(jù)比例及透視等原理進(jìn)行一定變形及校正處理，拼合這些分別處理好的扇形圖像便可得到符合監(jiān)控需求的圖像。對于需求不高的產(chǎn)品，可直接對圓形餅圖進(jìn)行簡單四角拉伸，也能取得適合人眼觀看的圖像效果。

雖然具體到每一個廠家其核心算法必然會有所不同，但圖像矯正技術(shù)的中心思想都是采用一定算法把邊緣畸變嚴(yán)重的圖形拉伸整合為適合觀看的正常比例圖像。其中所用算法的合理性、編程水平的高低及最終系統(tǒng)資源占用率共同決定了此算法的優(yōu)劣。至于虛擬PTZ，其實就是在圖像內(nèi)部進(jìn)行像素抓取，以實現(xiàn)放大與旋轉(zhuǎn)等功能，對比校正算法它主要的困難不是如何取得更為優(yōu)秀的圖片效果，而是如何更好地同時整合到前端固件與后端軟件上，實現(xiàn)對事實與事后錄像的雙向虛擬控制。

·魚眼鏡頭

鏡頭的選擇將決定圖像質(zhì)量的性能上限，采集到的數(shù)據(jù)不清晰，后處理再強也不能“虛構(gòu)”像素。從特性而言，魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭，這種攝影鏡頭的前鏡片直徑且呈拋物狀向鏡頭前部凸出，其視覺效果類似于魚眼觀察水面上的景物。雖然視場角提供了無與倫比的享受，但卻是以犧牲原有監(jiān)控畫面為前提獲得的，魚眼鏡頭這種變形的圖像一般稱之為桶形畸變，這種畸變會隨著視場角的擴(kuò)大而嚴(yán)重，不過，這也是一種合理現(xiàn)象。杭州普維光電技術(shù)有限公司總經(jīng)理李捷表示：“魚眼鏡頭是按照折射光學(xué)原理設(shè)計，一種有多塊折射透鏡組合而成的超廣角鏡頭，能夠?qū)Τ^2π立體角空間進(jìn)行拍攝，但是視場角和角分辨的設(shè)計受到制約。典型的表現(xiàn)就是靠近光軸的中央?yún)^(qū)域的目標(biāo)角分辨很較高，但是遠(yuǎn)離光軸的邊緣區(qū)域的目標(biāo)角分辨率太低(邊緣圖像嚴(yán)重壓縮)”

·電子PTZ

電子PTZ是基于IP的全景攝像機(jī)的一個亮點功能，不同于其他攝像機(jī)的云臺控制，可以放大或移動監(jiān)控視野內(nèi)的圖像區(qū)域，當(dāng)轉(zhuǎn)變方向觀察另一個圖像區(qū)域時，不會發(fā)出任何噪音，隱秘且不易察覺。全景攝像機(jī)的PTZ不需要機(jī)械部件的參與，提高了產(chǎn)品的壽命和可靠性，同時其技術(shù)特點可以保證有多個PTZ的窗口可以被同時預(yù)覽，顛覆了PTZ在傳統(tǒng)攝像機(jī)上只能分時觀察不同區(qū)域的理解。

全景之殤

·厚此薄彼的分辨率

全景攝像機(jī)相對于普通攝像機(jī)而言一個很大的優(yōu)勢在于其超大的監(jiān)控范圍，然而從分辨率密度上來考慮，同樣的像素的攝像機(jī)在監(jiān)控更大的區(qū)域時會導(dǎo)致像素的分散和退化。這是由于監(jiān)控范圍很大，在與傳統(tǒng)監(jiān)控鏡頭共用大小相同的成像芯片上，就需要接收數(shù)倍的圖像信息，這就造成畫面分辨率的下降，因此只有在對視頻監(jiān)控圖像畫面質(zhì)量要求不太高或使用高分辨率成像器件時才能使用。這就解釋了為什么300萬像素的全景攝像機(jī)畫面質(zhì)量看上去像CIF分辨率。所以對于全景攝像機(jī)而言，提高畫面分辨率是未來一項重要的研究課題。

·難以普及的低照度

一直以來，低照度都是監(jiān)控攝像機(jī)中非常關(guān)注的一項指標(biāo)。隨著監(jiān)控需求的日益擴(kuò)大，大家對低照度的應(yīng)用也是愈發(fā)的看重。不過，采用高像素圖像傳感器的全景攝像機(jī)在低照度方面的表現(xiàn)并不盡如人意。

·寬動態(tài)的束縛

全景攝像機(jī)全方位的拍攝角度解決了各個位置的拍攝難題，但是對于特殊場景中需要調(diào)節(jié)的寬動態(tài)、白平衡、曝光度等功能來說，在全景攝像機(jī)中處理起來要復(fù)雜得多。

也正是基于這些因素，全景攝像機(jī)對監(jiān)控環(huán)境的光線要求和安裝的位置角度等都有比較苛刻的要求。

魚眼全景+高速球，天作之合

全景攝像機(jī)一般都是高清攝像機(jī)，人們對其圖像質(zhì)量的期望較高。但是由于魚眼全景攝像機(jī)鏡頭的焦距很短，使得有效的監(jiān)控范圍大受限制，大約在半徑5米內(nèi)可以看清人臉，更遠(yuǎn)的話就會顯得不夠清晰。也就是說全景攝像機(jī)雖然滿足了“無死角監(jiān)控”的需要，但是由于鏡頭焦距的問題，也就很難滿足“看清所有細(xì)節(jié)”的需要，這是全景攝像機(jī)的推廣過程中遇到的一個瓶頸。而高速球機(jī)具備大變焦，可旋轉(zhuǎn)的功能，在監(jiān)控細(xì)節(jié)呈現(xiàn)上做的非常出色，但是單個球機(jī)在快速定位和判斷方位等方面還是不夠方便快捷。

通過軟硬件結(jié)合的方式將一臺魚眼全景和一臺高速球進(jìn)行聯(lián)動不失為一個“極好的”方法。在全景攝像機(jī)大場景、大視野監(jiān)控的基礎(chǔ)上，高速球提升細(xì)節(jié)監(jiān)控的能力，其就像是上級單位掌握整個畫面中所偵測到的事件，而高速球就像是部屬一般，接收到上級下達(dá)的指令后，隨即跟蹤監(jiān)控可疑目標(biāo)并透過高變倍鏡頭，可將目標(biāo)影像放大至1080P以上的分辨率。讓使用者在透過魚眼攝影機(jī)監(jiān)控整個環(huán)境的同時也可利用快速球攝影機(jī)擷取重點區(qū)域高畫質(zhì)的影像畫面。

結(jié)束語

總之，全景攝像機(jī)就像大炮一樣，屬于點對面的監(jiān)控的利器，雖然在追求細(xì)節(jié)方面還存在死穴，但在掌控大局方面有著無可比擬的優(yōu)勢。