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鱼眼全景+高速球——全景摄像机的另类监控纪元

2015-04-22

  [导读]全景摄像机虽然满足了“无死角监控”的需要,但是由于镜头焦距的问题,也就很难满足“看清所有细节”的需要,这是全景摄像机的推广过程中遇到的一个瓶颈。而高速球机具备大变焦,可旋转的功能……
当一项技术始终无法吸引人们的眼球,却活的无比坚挺,这就是所谓的“轻如鸿毛”一般的苟活吧!世上只有一件事比被人议论更糟糕的了,那就是没有议论你,听到了没?全景摄像机同学!
在那个青葱萌得出一把老血的年代,我曾天真的以为摄像机除了“枪机”以外应该还有种东西叫做“炮机”,能一看看一片的那种。后来当我找到全景摄像机才感慨:原来你丫就是!
多镜头全景,鸡肋?
多镜头全景摄像机内部封装多个传感器,通过对分画面进行图像拼接操作得到全景效果。换句话说就是:类似于将多台枪机照向不同方向,再把画面拼起来。其中数字处理与压缩等核心技术被集成在前端固件上,将四个单独的画面按用户需求集成为180°或者360°的高清全景画面,再由网络传输到后端管理平台。相较占主流的鱼眼全景摄像机,多镜头拼接全景摄像机的优势是一定程度上摆脱了焦距的限制,在相同条件下可以看清楚更远的距离。同时其亦具有虚拟PTZ功能,可做到诸如周面裁剪,中间还原,保持180°展开等功能,方便用户按监控重点调节画面。
此类产品有着一个相当鸡肋的定价:高于鱼眼全景摄像机,少于直接安装多个传统摄像机。而且拼接技术对整套方案的需求更高,其中视场角的选择,结构上如何互相完美搭配,算法上如何更好的无缝拼接,都决定着此类产品在未来能否取得更好的发展。又因为镜头的配合无法达到物理上的完美,故此在吊装时无法避免正下方会出现一个锥形盲区。经过改进,摄像机内部镜头俯仰角度可调,安装时便可根据现场状况一定程度上减少这个盲区的影响,另一方面,当其安装高度达到三米以上时(最佳安装高度为三米到五米),摄像机产生的盲区大小基本与人体头部的大小相似,其实也就是对实际监控没有太大影响。
鱼眼全景摄像机
鱼眼全景摄像机是全景摄像机中的主流产品,能占总份额的七八成以上。用一组镜头与传感器即可达到全景观看的目的,摄影机硬件设计复杂度较低,可靠度与使用寿命都较长。其中鱼眼镜头因为其前端如鱼眼般鼓起得名,应用于全景摄像机的鱼眼镜头焦距必须在2mm以下,目前市场上此类镜头产品相对而言已较为成熟。而鱼眼全景摄像机之所以成为高端技术产品,在于原始畸变饼图处理的难度,以及如何更好为后端监控人员提供人性化服务,亦即图像矫正与虚拟ptz这两个核心技术的实现,由上文也可看出正是这两大技术决定着鱼眼全景摄像机的发展等级。
具体说来,只要有鱼眼镜头就能在后台得到全景图片,但此原始图像为畸变的圆形饼图,不符合人眼正常的观察习惯,必须经过矫正以实现最终的两分屏或四分屏的监控需求。虚拟PTZ技术则给了用户犹如快球的监控体验——在没有机械部件的前提下实现对观察范围内任意监控点的重点观测、图像旋转及放大等功能。
鱼眼全景摄像机的核心
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·核心算法
上核心图像处理算法这块,直接影响系统资源占有率,直接影响码流、带宽和存储。核心算法的好坏直接影像图像边缘弯曲的矫正,场景的分割,虚拟PTZ、转动、放大,这些都是由核心算法带动的。
鱼眼镜头所成的像,由于景深曲率的影响,图像的畸变十分严重,不符合正常视觉感受。故需要图像矫正技术消除鱼眼镜头畸变。图像矫正技术的思路并不复杂,一般是从原始饼图拉出一个单独扇形,再根据比例及透视等原理进行一定变形及校正处理,拼合这些分别处理好的扇形图像便可得到符合监控需求的图像。对于需求不高的产品,可直接对圆形饼图进行简单四角拉伸,也能取得适合人眼观看的图像效果。
虽然具体到每一个厂家其核心算法必然会有所不同,但图像矫正技术的中心思想都是采用一定算法把边缘畸变严重的图形拉伸整合为适合观看的正常比例图像。其中所用算法的合理性、编程水平的高低及最终系统资源占用率共同决定了此算法的优劣。至于虚拟PTZ,其实就是在图像内部进行像素抓取,以实现放大与旋转等功能,对比校正算法它主要的困难不是如何取得更为优秀的图片效果,而是如何更好地同时整合到前端固件与后端软件上,实现对事实与事后录像的双向虚拟控制。
·鱼眼镜头
镜头的选择将决定图像质量的性能上限,采集到的数据不清晰,后处理再强也不能“虚构”像素。从特性而言,鱼眼镜头是一种超广角的特殊镜头,这种摄影镜头的前镜片直径且呈抛物状向镜头前部凸出,其视觉效果类似于鱼眼观察水面上的景物。虽然视场角提供了无与伦比的享受,但却是以牺牲原有监控画面为前提获得的,鱼眼镜头这种变形的图像一般称之为桶形畸变,这种畸变会随着视场角的扩大而严重,不过,这也是一种合理现象。杭州普维光电技术有限公司总经理李捷表示:“鱼眼镜头是按照折射光学原理设计,一种有多块折射透镜组合而成的超广角镜头,能够对超过2π立体角空间进行拍摄,但是视场角和角分辨的设计受到制约。典型的表现就是靠近光轴的中央区域的目标角分辨很较高,但是远离光轴的边缘区域的目标角分辨率太低(边缘图像严重压缩)”
·电子PTZ
电子PTZ是基于IP的全景摄像机的一个亮点功能,不同于其他摄像机的云台控制,可以放大或移动监控视野内的图像区域,当转变方向观察另一个图像区域时,不会发出任何噪音,隐秘且不易察觉。全景摄像机的PTZ不需要机械部件的参与,提高了产品的寿命和可靠性,同时其技术特点可以保证有多个PTZ的窗口可以被同时预览,颠覆了PTZ在传统摄像机上只能分时观察不同区域的理解。
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全景之殇
·厚此薄彼的分辨率
全景摄像机相对于普通摄像机而言一个很大的优势在于其超大的监控范围,然而从分辨率密度上来考虑,同样的像素的摄像机在监控更大的区域时会导致像素的分散和退化。这是由于监控范围很大,在与传统监控镜头共用大小相同的成像芯片上,就需要接收数倍的图像信息,这就造成画面分辨率的下降,因此只有在对视频监控图像画面质量要求不太高或使用高分辨率成像器件时才能使用。这就解释了为什么300万像素的全景摄像机画面质量看上去像CIF分辨率。所以对于全景摄像机而言,提高画面分辨率是未来一项重要的研究课题。
·难以普及的低照度
一直以来,低照度都是监控摄像机中非常关注的一项指标。随着监控需求的日益扩大,大家对低照度的应用也是愈发的看重。不过,采用高像素图像传感器的全景摄像机在低照度方面的表现并不尽如人意。
·宽动态的束缚
全景摄像机全方位的拍摄角度解决了各个位置的拍摄难题,但是对于特殊场景中需要调节的宽动态、白平衡、曝光度等功能来说,在全景摄像机中处理起来要复杂得多。也正是基于这些因素,全景摄像机对监控环境的光线要求和安装的位置角度等都有比较苛刻的要求。
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鱼眼全景+高速球,天作之合
全景摄像机一般都是高清摄像机,人们对其图像质量的期望较高。但是由于鱼眼全景摄像机镜头的焦距很短,使得有效的监控范围大受限制,大约在半径5米内可以看清人脸,更远的话就会显得不够清晰。也就是说全景摄像机虽然满足了“无死角监控”的需要,但是由于镜头焦距的问题,也就很难满足“看清所有细节”的需要,这是全景摄像机的推广过程中遇到的一个瓶颈。而高速球机具备大变焦,可旋转的功能,在监控细节呈现上做的非常出色,但是单个球机在快速定位和判断方位等方面还是不够方便快捷。
通过软硬件结合的方式将一台鱼眼全景和一台高速球进行联动不失为一个“极好的”方法。在全景摄像机大场景、大视野监控的基础上,高速球提升细节监控的能力,其就像是上级单位掌握整个画面中所侦测到的事件,而高速球就像是部属一般,接收到上级下达的指令后,随即跟踪监控可疑目标并透过高变倍镜头,可将目标影像放大至1080P以上的分辨率。让使用者在透过鱼眼摄影机监控整个环境的同时也可利用快速球摄影机撷取重点区域高画质的影像画面。
结束语
总之,全景摄像机就像大炮一样,属于点对面的监控的利器,虽然在追求细节方面还存在死穴,但在掌控大局方面有着无可比拟的优势。