基于魚(yú)眼鏡頭的全景高清監控攝像機

全景視頻監控是近幾年視頻監控領(lǐng)域新興的監控模式，它是解決傳統監控攝像機視場(chǎng)角限制的最有效方案。不過(guò)，對于全景監控方案的設計，目前市場(chǎng)上還是停留在采用多支攝像機或是高速球機所構建的全景視頻監控系統，但無(wú)論是前者或后者，均不能實(shí)現真正意義上的全景無(wú)盲區監控。市場(chǎng)需求催生攝像機技術(shù)的不斷提升，基于單攝像機實(shí)現全景監控的方案也就是全景攝像機是需求與技術(shù)相結合的產(chǎn)物，其也是對全景視頻監控最好的詮釋。

　　在當前的安防市場(chǎng)上，全景攝像機主要有兩種類(lèi)型，一種是基于超廣角魚(yú)眼鏡頭的全景攝像機，另一種是在單支攝像機中設計多個(gè)攝像頭形成的全景成像，這兩種類(lèi)型全景攝像機雖然在技術(shù)與結構上都有區別，但兩者的本質(zhì)卻是一樣--實(shí)現全景監控。本文主要分析基于魚(yú)眼鏡頭技術(shù)的全景攝像機，并從技術(shù)層面與應用層面探討其呈現的特性。

　　“三合一”監控系統

　　在魚(yú)眼全景監控系統中，只需要一臺魚(yú)眼全景攝像機即可實(shí)現全景無(wú)盲區監控，沒(méi)有任何的機械部件，圖像通過(guò)超廣角的魚(yú)眼鏡頭攝取監控現場(chǎng)的全景圖像，根據安裝方式的不同，可達到180度或360的全景畫(huà)面，并通過(guò)內嵌或者是外置的圖像處理軟件將橢圓或圓形的變形圖像修正為正常的視頻圖像。如果嚴格來(lái)講，全景攝像機并不是一臺攝像機，它是由魚(yú)眼鏡頭+高清攝像機+圖像處理軟件構成的“三合一”全景監控系統。

　　這種特殊的攝像機稱(chēng)得上是對現有監控系統的改造與升級。一般的監控探頭視場(chǎng)角度在60度-90度左右，如果監控場(chǎng)所有大范圍的監控需求，就不得不依賴(lài)多支攝像頭實(shí)現對監控區域的覆蓋，這無(wú)疑會(huì )增加攝像頭成本與安裝成本，而且后端的顯示與存儲成本也會(huì )相應的增加；即便是球機可以通過(guò)云臺實(shí)現360度全范圍監控，但卻不能達到同時(shí)監控360度的范圍，而且在實(shí)際應用當中，多數球機都通過(guò)設置預置位對場(chǎng)景進(jìn)行監控，難以避免重要事件被“漏控”的情況出現。隨著(zhù)視頻監控盲點(diǎn)越發(fā)不被人們所忍受，市場(chǎng)對無(wú)盲點(diǎn)視頻監控系統的要求也愈來(lái)愈烈。而全景攝像機的出現可在真正意義上消除監控盲區，確保視頻的可靠性、完整性，對用戶(hù)乃至對社會(huì )而言意義非凡。

　　關(guān)鍵技術(shù)造就獨有特性

　　上述提到全景攝像機是由魚(yú)眼鏡頭搭配高清模塊到后端的圖像處理模塊構成無(wú)任何機械的全景監控系統，這也是從側面角度反應了全景攝像機的關(guān)鍵技術(shù)所在。具體而言，全景攝像機相比其他種類(lèi)攝像機所呈現的技術(shù)差異化與特性體現在魚(yú)眼鏡頭技術(shù)、高分辨率、后期軟件較正技術(shù)、虛擬PTZ技術(shù)。

魚(yú)眼鏡頭技術(shù)

　　魚(yú)眼鏡頭是構建全景視覺(jué)最簡(jiǎn)單有效的方法之一，它的突出特點(diǎn)是一次性可攝入超過(guò)180度視角內所有的信息，從而達到無(wú)盲區效果。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。它是一種短焦距鏡頭，一般焦距在F=6-16mm之間，根據光學(xué)成像原理，短焦距才能呈現出大視場(chǎng)的監控效果。

　　常見(jiàn)的魚(yú)眼鏡頭有兩種，一種是圓形成像，一種是矩形成像。前者可攝的三維角度相比后者要大，目前大多數全景攝像機選用的魚(yú)眼鏡頭均是第一種，因為其三維視角可達到360度x180度，達到理想的全景視角。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。

　　魚(yú)眼圖像較正技術(shù)

　　通過(guò)魚(yú)眼鏡頭采集的圖像會(huì )出現嚴重的變形失真情況，概括而言，魚(yú)眼圖像失真可分為三種：徑向失真、非正交失真與中心偏移。徑向失真是由于魚(yú)眼鏡頭徑向曲率的不規則引起；非正交失真是由于魚(yú)眼光軸與傳感器平面不能完全正交所致；中心偏移是由于魚(yú)眼鏡頭光軸不可能正好穿過(guò)傳感器的中心產(chǎn)生的。不可避免的失真現象會(huì )讓人難以辨別視頻監控圖像，也不符合人們正常的視覺(jué)習慣，所以魚(yú)眼較正技術(shù)變得尤為重要。目前，主要的較正方式有兩種：一是需要PC基于軟件對魚(yú)眼桶形畸變視頻進(jìn)行修正，另一種是基于監控前端的解決方案。

　　基于PC的軟件校正：這種較正技術(shù)是早期也是大多數廠(chǎng)家沿用至今的圖像修正技術(shù)，通過(guò)PC上的修正軟件對變形的圖像進(jìn)行處理，最后得到一種或多種視角的正常矩形圖像，雖然可以改善圖像效果，但在實(shí)際的監控應用中，要想在PC軟件處理圖像的同時(shí)獲得實(shí)時(shí)視頻基本是不可能實(shí)現；另外，增加一臺PC也就等于增加了系統成本。

　　基于監控前端的較正技術(shù)：該技術(shù)是將魚(yú)眼視頻修正算法加入到前端全景攝像機SoC當中或另加一塊具備魚(yú)眼修正算法的FPGA編程邏輯芯片，也就相當于在前端攝像機內部加載魚(yú)眼圖像處理軟件。前端CCD或CMOS透過(guò)魚(yú)眼采集到變形圖像，經(jīng)過(guò)芯片處理，最后以標準矩形輸出并提供經(jīng)校正的圖像，一般可以得到一個(gè)360度或兩個(gè)180度的高分辨率畫(huà)面或四個(gè)90度的標準分辨率畫(huà)面，也可同時(shí)呈現，處理后的畫(huà)面清晰可辨，也符合人們的觀(guān)看習慣。這種處理方式可直接往后端傳輸正常的圖像，不僅可以減輕網(wǎng)絡(luò )帶寬壓力和磁盤(pán)存儲壓力，也可降低后端平臺軟件的負荷。

填補市場(chǎng)空缺前景廣闊

　　相比傳統的視頻監控探頭，全景攝像機屬于“小弟”級產(chǎn)品，雖然它的強勢出爐對安防監控市場(chǎng)產(chǎn)生了一定震撼力，但其市場(chǎng)鋪設與民眾接受程度并未見(jiàn)成熟，市場(chǎng)需求還處于萌芽階段，所以在應用層面上并不太理想。當然，這并不能否認其發(fā)展態(tài)勢，畢竟全景攝像機可以填補特定監控場(chǎng)所因視場(chǎng)角受限而需要跟換前端探頭的市場(chǎng)空缺，恰恰這個(gè)空缺也只有全景攝像機產(chǎn)品能勝任。

　　全景攝像機特殊的構造造就其獨有的無(wú)盲區監控，讓其在民用、商用、警用或是特殊領(lǐng)域中的應用都十分適合。具體而言，全景攝像機的實(shí)際應用需求一般可分為高分辨率監控需求和標準分辨率監控需求。高分辨率的場(chǎng)所是指在那些容易發(fā)生搶劫、盜竊等安全事件的場(chǎng)合，如銀行、商場(chǎng)、超市等，這類(lèi)場(chǎng)所需要高清晰的圖像畫(huà)質(zhì)，不僅需要將整個(gè)作案過(guò)程全景監控錄像，更需要清晰的辨認嫌疑人的面孔，對后期的刑偵調查提供便利。標準分辨率的監控場(chǎng)所只要求監控全范圍局勢，對視頻細節要求不高，如空曠的廣場(chǎng)、運動(dòng)場(chǎng)館、大范圍的公共場(chǎng)所、交通路口、交通樞紐等。這類(lèi)場(chǎng)所只需要有清晰的大范圍監控畫(huà)面從而實(shí)現監控調度即可，對視頻質(zhì)量要求并不高，而且也很難專(zhuān)為監控攝像機建立太多的支點(diǎn)，所以在制高點(diǎn)設置一臺全景攝像機完全可以滿(mǎn)足應用需求。

　　上述的兩種監控需求也不全然是固定的模式，應用環(huán)境也是重要的決定性因素。在室內場(chǎng)合的應用如展廳、倉庫、辦公室大廳、4S店等對攝像機的防護性要求普通達標即可，但在諸如電站、煤礦、銀行保險庫、重要機房等或是炎熱干旱地區、多雨多霧地區的監控場(chǎng)所，就需要全景攝像機具備耐高低溫、防暴性、防水等防護性能達到一定的標準，這是對機器一項耐受性能的挑戰。

　　技術(shù)與應用的發(fā)展推動(dòng)

　　雖然全景攝像機問(wèn)世時(shí)間不長(cháng)，但觀(guān)近兩年各地安防展會(huì )上展示全景攝像機的廠(chǎng)商卻在逐年增多，這種現象很好的喻示了全景攝像機的市場(chǎng)正在逐步開(kāi)花。不過(guò)，我們也要意識到全景攝像機技術(shù)和應用上存在的短板。在技術(shù)層面上，受限于魚(yú)眼鏡頭的特殊結構，監控距離短是其致命的缺陷，對此廠(chǎng)商也是無(wú)能為力，只能在清晰度上下功夫，但高清視頻意味著(zhù)更高的帶寬與更大的存儲，這也是不得不考慮的問(wèn)題；在應用層面上，用戶(hù)對全景攝像機認知的不足與昂貴的造價(jià)是市場(chǎng)推廣緩慢的主要原因，單是魚(yú)眼鏡頭造價(jià)就比普通的攝像機要昂貴許多，即便全景攝像機是理想的全景監控產(chǎn)品，但客戶(hù)在成本面前卻不得不低頭。

　　所以，對于全景攝像機的前景發(fā)展，拋開(kāi)客觀(guān)存在的缺陷，我們需要理性的去定位全景攝像機，從而在技術(shù)與應用上揚長(cháng)避短，充分利用其特殊的優(yōu)勢。

　　在技術(shù)上，更高的分辨率在全景攝像機的體現是毋庸置疑的，它不僅可以讓機器得到更清晰的圖像，還可以通過(guò)虛擬PTZ看到任何細節；另外，可通過(guò)全景攝像機與煙感探頭、開(kāi)關(guān)量報警、火宅報警、紅外探測器等各種傳感器進(jìn)行防盜報警聯(lián)動(dòng)，在全景畫(huà)面中可迅速定位；全景攝像機結合智能視頻分析模塊可達到最優(yōu)化的事件邏輯判斷，如移動(dòng)偵測、事件計數、丟失報警、越線(xiàn)報警等，還有智能視頻錄制，當發(fā)生相應的觸發(fā)事件時(shí)才對監控畫(huà)面進(jìn)行錄制，可在很大程度上減少后端的存儲壓力；全景攝像機全天候的生存能力，中國是個(gè)地域遼闊的國家，東西南北氣候差異極大，夏天南方的道路溫度可以達到60度，冬天漠河的最低氣溫可以達到零下40多度。南方的梅雨季節或夏天的雨后，空氣的相對濕度達90%以上，這就要求戶(hù)外的攝象機有足夠的生存能力。

　　在應用上，加大市場(chǎng)宣傳力度是必然的，這樣即可加深用戶(hù)對全景攝像機的認知度，也可潛移默化的使用戶(hù)接受全景攝像機，才能便于全景攝像機市場(chǎng)的推動(dòng)和深入發(fā)展。當全景攝像機逐步得到普及應用時(shí)，產(chǎn)量的增加與同行之間的競爭迫使全景攝像機產(chǎn)品不得不對價(jià)格進(jìn)行調整，而只有價(jià)格控制在一定范圍內時(shí)，全景攝像機才能實(shí)現全面開(kāi)花。

　　高分辨率

　　談到全景攝像機，離不開(kāi)“高清”賦予它的另一層意義。高分辨率的圖像傳感器對于全景攝像機而言是不可或缺，因其本身在視場(chǎng)角得天獨厚的優(yōu)勢令其擁有豐富強大的視頻信息，所以信息處理量就非常大，如果傳感器分辨率不夠高的話(huà)，圖像放大后用戶(hù)就會(huì )看得不夠清晰，這樣即便是擁有無(wú)盲點(diǎn)監控優(yōu)勢卻不能夠辨別監控物體，不得不讓人覺(jué)得形同虛設。所以市場(chǎng)上少則200萬(wàn)像素，高則300萬(wàn)像素、500萬(wàn)像素的高清分辨率產(chǎn)品比比皆是，為用戶(hù)呈現的是一場(chǎng)全景高清的視覺(jué)盛宴，也是安防高清時(shí)代對于高清攝像機的應用升級

　　虛擬PTZ技術(shù)

　　虛擬PTZ是全景攝像機獨有的技術(shù)特性，該技術(shù)使得用戶(hù)可以查看圖像的任何細節部分，相當于在一個(gè)詳細的地圖上我們用放大鏡可以找到所需的一切，類(lèi)似于高速球機的云臺控制，但其卻無(wú)任何機械部件，在很大程度上減少設備功耗與發(fā)熱，減少器件損耗，延長(cháng)設備和系統的使用壽命。