魚(yú)眼全景監控攝像機大解剖 讓你更懂它

核心算法

核心圖像處理算法這塊，直接影響系統資源占有率、碼流、帶寬和存儲。圖像邊緣彎曲的矯正，場(chǎng)景的分割，虛擬PTZ、轉動(dòng)、放大等功能的實(shí)現，這些同樣也是由核心算法帶動(dòng)的。

魚(yú)眼鏡頭所成的圖像，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)看的正常視覺(jué)比例的圖像。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)現圖像的電子放大與旋轉等功能。對比校正算法，它主要的困難不是如何取得更為優(yōu)秀的圖像效果，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)現對實(shí)時(shí)與事后錄像的雙向虛擬控制。

目前的魚(yú)眼全景攝像機有兩種方式集成核心算法。

1、軟件前端固件集成

此類(lèi)攝像機所有的功能實(shí)現軟件，包括圖像矯正、虛擬PTZ、智能部件以及壓縮算法等全部被集成在攝像機內部的固件上，與此同時(shí)，其后臺PC機亦可提供虛擬PTZ等功能，這種前端集成方式大大釋放了后端服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò )的資源。另一方面，由于前端固件在技術(shù)上的限制，預計此類(lèi)全景攝像機最多只能處理到五百萬(wàn)像素。隨著(zhù)高清化的推進(jìn)，能否突破此瓶頸將是這類(lèi)全景攝像機今后最大的發(fā)展難題。

2、后端軟件實(shí)現

此類(lèi)全景攝像機所有功能皆由安裝在后端PC機上的軟件來(lái)實(shí)現，前端攝像機只負責抓取圖片，因此產(chǎn)品在成本與售價(jià)上都有優(yōu)勢。依賴(lài)后端PC機強大的軟件處理能力，此類(lèi)產(chǎn)品沒(méi)有清晰度升級方面的瓶頸限制，在實(shí)現基本多分割顯示、虛擬PTZ等功能的同時(shí)，原始圖像的保留亦使得后期可進(jìn)行更多的信息收集與處理工作。另一方面，此類(lèi)產(chǎn)品對后端PC機與網(wǎng)絡(luò )資源消耗較高，應用在大型項目時(shí)需要配置更多的后端服務(wù)器。

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，后端處理再強也不能“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)面的真實(shí)感為前提而獲得的，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率較高，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，不同于真實(shí)的快球攝像機的云臺控制，其在放大或移動(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。

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，在與傳統監控鏡頭同有大小相同的成像芯片上，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)才能使用全景攝像機。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。

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和快捷。

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。在全景攝像機能實(shí)現大場(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，而快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或以上的分辨率。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。我們有理由相信和高速球“聯(lián)姻”將是魚(yú)眼全景的宿命之一。