全景攝像機的原理類(lèi)型以及發(fā)展特點(diǎn)

當一項技術(shù)始終無(wú)法吸引人們的眼球，卻活的無(wú)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(méi)有議論你，聽(tīng)到了沒(méi)?全景攝像機同學(xué)!

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

多鏡頭全景，雞肋?

此類(lèi)全景攝像機內部封裝多個(gè)傳感器，通過(guò)對分畫(huà)面進(jìn)行圖像拼接操作得到全景效果。換句話(huà)說(shuō)就是：類(lèi)似于將多臺槍機照向不同方向，再把畫(huà)面拼起來(lái)。其中數字處理與壓縮等核心技術(shù)被集成在前端固件上，將四個(gè)單獨的畫(huà)面按用戶(hù)需求集成為180°或者360°的高清全景畫(huà)面，再由網(wǎng)絡(luò )傳輸到后端管理平臺。相較占主流的魚(yú)眼全景攝像機，多鏡頭拼接全景攝像機的優(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的距離。同時(shí)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(kāi)等功能，方便用戶(hù)按監控重點(diǎn)調節畫(huà)面。

此類(lèi)產(chǎn)品有著(zhù)一個(gè)相當雞肋的定價(jià)：高于魚(yú)眼全景攝像機，少于直接安裝多個(gè)傳統攝像機。而且拼接技術(shù)對整套方案的需求更高，其中視場(chǎng)角的選擇，結構上如何互相完美搭配，算法上如何更好的無(wú)縫拼接，都決定著(zhù)此類(lèi)產(chǎn)品在未來(lái)能否取得更好的發(fā)展。又因為鏡頭的配合無(wú)法達到物理上的完美，故此在吊裝時(shí)無(wú)法避免正下方會(huì )出現一個(gè)錐形盲區。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，攝像機內部鏡頭俯仰角度可調，安裝時(shí)便可根據現場(chǎng)狀況一定程度上減少這個(gè)盲區的影響，另一方面，當其安裝高度達到三米以上時(shí)(最佳安裝高度為三米到五米)，攝像機產(chǎn)生的盲區大小基本與人體頭部的大小相似，其實(shí)也就是對實(shí)際監控沒(méi)有太大影響。

魚(yú)眼全景攝像機

魚(yú)眼全景攝像機是全景攝像機中的主流產(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到全景觀(guān)看的目的,攝影機硬件設計復雜度較低,可靠度與使用壽命都較長(cháng)。其中魚(yú)眼鏡頭因為其前端如魚(yú)眼般鼓起得名，應用于全景攝像機的魚(yú)眼鏡頭焦距必須在2mm以下，目前市場(chǎng)上此類(lèi)鏡頭產(chǎn)品相對而言已較為成熟。而魚(yú)眼全景攝像機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控人員提供人性化服務(wù)，亦即圖像矯正與虛擬ptz這兩個(gè)核心技術(shù)的實(shí)現，由上文也可看出正是這兩大技術(shù)決定著(zhù)魚(yú)眼全景攝像機的發(fā)展等級。

具體說(shuō)來(lái)，只要有魚(yú)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(guān)察習慣，必須經(jīng)過(guò)矯正以實(shí)現最終的兩分屏或四分屏的監控需求。虛擬PTZ技術(shù)則給了用戶(hù)猶如快球的監控體驗——在沒(méi)有機械部件的前提下實(shí)現對觀(guān)察范圍內任意監控點(diǎn)的重點(diǎn)觀(guān)測、圖像旋轉及放大等功能。

·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(chǎng)景的分割，虛擬PTZ、轉動(dòng)、放大，這些都是由核心算法帶動(dòng)的。

魚(yú)眼鏡頭所成的像，由于景深曲率的影響，圖像的畸變十分嚴重，不符合正常視覺(jué)感受。故需要圖像矯正技術(shù)消除魚(yú)眼鏡頭畸變。圖像矯正技術(shù)的思路并不復雜，一般是從原始餅圖拉出一個(gè)單獨扇形，再根據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(jiǎn)單四角拉伸，也能取得適合人眼觀(guān)看的圖像效果。

雖然具體到每一個(gè)廠(chǎng)家其核心算法必然會(huì )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重的圖形拉伸整合為適合觀(guān)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資源占用率共同決定了此算法的優(yōu)劣。至于虛擬PTZ，其實(shí)就是在圖像內部進(jìn)行像素抓取，以實(shí)現放大與旋轉等功能，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(shí)整合到前端固件與后端軟件上，實(shí)現對事實(shí)與事后錄像的雙向虛擬控制。

·魚(yú)眼鏡頭

鏡頭的選擇將決定圖像質(zhì)量的性能上限，采集到的數據不清晰，后處理再強也不能“虛構”像素。從特性而言，魚(yú)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(jué)效果類(lèi)似于魚(yú)眼觀(guān)察水面上的景物。雖然視場(chǎng)角提供了無(wú)與倫比的享受，但卻是以犧牲原有監控畫(huà)面為前提獲得的，魚(yú)眼鏡頭這種變形的圖像一般稱(chēng)之為桶形畸變，這種畸變會(huì )隨著(zhù)視場(chǎng)角的擴大而嚴重，不過(guò)，這也是一種合理現象。杭州普維光電技術(shù)有限公司總經(jīng)理李捷表示：“魚(yú)眼鏡頭是按照折射光學(xué)原理設計，一種有多塊折射透鏡組合而成的超廣角鏡頭，能夠對超過(guò)2π立體角空間進(jìn)行拍攝，但是視場(chǎng)角和角分辨的設計受到制約。典型的表現就是靠近光軸的中央區域的目標角分辨很較高，但是遠離光軸的邊緣區域的目標角分辨率太低(邊緣圖像嚴重壓縮)”

·電子PTZ

電子PTZ是基于IP的全景攝像機的一個(gè)亮點(diǎn)功能，不同于其他攝像機的云臺控制，可以放大或移動(dòng)監控視野內的圖像區域，當轉變方向觀(guān)察另一個(gè)圖像區域時(shí)，不會(huì )發(fā)出任何噪音，隱秘且不易察覺(jué)。全景攝像機的PTZ不需要機械部件的參與，提高了產(chǎn)品的壽命和可靠性，同時(shí)其技術(shù)特點(diǎn)可以保證有多個(gè)PTZ的窗口可以被同時(shí)預覽，顛覆了PTZ在傳統攝像機上只能分時(shí)觀(guān)察不同區域的理解。

全景之殤

·厚此薄彼的分辨率

全景攝像機相對于普通攝像機而言一個(gè)很大的優(yōu)勢在于其超大的監控范圍，然而從分辨率密度上來(lái)考慮，同樣的像素的攝像機在監控更大的區域時(shí)會(huì )導致像素的分散和退化。這是由于監控范圍很大，在與傳統監控鏡頭共用大小相同的成像芯片上，就需要接收數倍的圖像信息，這就造成畫(huà)面分辨率的下降，因此只有在對視頻監控圖像畫(huà)面質(zhì)量要求不太高或使用高分辨率成像器件時(shí)才能使用。這就解釋了為什么300萬(wàn)像素的全景攝像機畫(huà)面質(zhì)量看上去像CIF分辨率。所以對于全景攝像機而言，提高畫(huà)面分辨率是未來(lái)一項重要的研究課題。

·難以普及的低照度

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

·寬動(dòng)態(tài)的束縛

全景攝像機全方位的拍攝角度解決了各個(gè)位置的拍攝難題，但是對于特殊場(chǎng)景中需要調節的寬動(dòng)態(tài)、白平衡、曝光度等功能來(lái)說(shuō)，在全景攝像機中處理起來(lái)要復雜得多。

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

魚(yú)眼全景+高速球，天作之合

全景攝像機一般都是高清攝像機，人們對其圖像質(zhì)量的期望較高。但是由于魚(yú)眼全景攝像機鏡頭的焦距很短，使得有效的監控范圍大受限制，大約在半徑5米內可以看清人臉，更遠的話(huà)就會(huì )顯得不夠清晰。也就是說(shuō)全景攝像機雖然滿(mǎn)足了“無(wú)死角監控”的需要，但是由于鏡頭焦距的問(wèn)題，也就很難滿(mǎn)足“看清所有細節”的需要，這是全景攝像機的推廣過(guò)程中遇到的一個(gè)瓶頸。而高速球機具備大變焦，可旋轉的功能，在監控細節呈現上做的非常出色，但是單個(gè)球機在快速定位和判斷方位等方面還是不夠方便快捷。

通過(guò)軟硬件結合的方式將一臺魚(yú)眼全景和一臺高速球進(jìn)行聯(lián)動(dòng)不失為一個(gè)“極好的”方法。在全景攝像機大場(chǎng)景、大視野監控的基礎上，高速球提升細節監控的能力，其就像是上級單位掌握整個(gè)畫(huà)面中所偵測到的事件，而高速球就像是部屬一般，接收到上級下達的指令后，隨即跟蹤監控可疑目標并透過(guò)高變倍鏡頭，可將目標影像放大至1080P以上的分辨率。讓使用者在透過(guò)魚(yú)眼攝影機監控整個(gè)環(huán)境的同時(shí)也可利用快速球攝影機擷取重點(diǎn)區域高畫(huà)質(zhì)的影像畫(huà)面。

結束語(yǔ)

總之，全景攝像機就像大炮一樣，屬于點(diǎn)對面的監控的利器，雖然在追求細節方面還存在死穴，但在掌控大局方面有著(zhù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢。