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全景攝像機(jī)的原理類型以及發(fā)展特點(diǎn)

作者: 時(shí)間:2014-02-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

當(dāng)一項(xiàng)技術(shù)始終無法吸引人們的眼球,卻活的無比堅(jiān)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(gè)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(gè)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(tái)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(gè)單獨(dú)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_(tái)。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(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°展開等功能,方便用戶按重點(diǎn)調(diào)節(jié)畫面。

此類產(chǎn)品有著一個(gè)相當(dāng)雞肋的定價(jià):高于魚眼全景攝像機(jī),少于直接安裝多個(gè)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?yàn)殓R頭的配合無法達(dá)到物理上的完美,故此在吊裝時(shí)無法避免正下方會(huì)出現(xiàn)一個(gè)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(shí)便可根據(jù)現(xiàn)場狀況一定程度上減少這個(gè)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(shí)(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(shí)也就是對實(shí)際沒有太大影響。

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(jì)復(fù)雜度較低,可靠度與使用壽命都較長。其中魚眼鏡頭因?yàn)槠淝岸巳玺~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(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(jí)。

具體說來,只要有魚眼鏡頭就能在后臺(tái)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(shí)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(yàn)——在沒有機(jī)械部件的前提下實(shí)現(xiàn)對觀察范圍內(nèi)任意監(jiān)控點(diǎn)的重點(diǎn)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(chǔ)。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(dòng)、放大,這些都是由核心算法帶動(dòng)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(gè)單獨(dú)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(gè)廠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(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(shí)就是在圖像內(nèi)部進(jìn)行像素抓取,以實(shí)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(shí)整合到前端固件與后端軟件上,實(shí)現(xiàn)對事實(shí)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(qiáng)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(huì)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(jì),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(jì)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(gè)亮點(diǎn)功能,不同于其他攝像機(jī)的云臺(tái)控制,可以放大或移動(dòng)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(gè)圖像區(qū)域時(shí),不會(huì)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(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(yù)覽,顛覆了PTZ在傳統(tǒng)攝像機(jī)上只能分時(shí)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(gè)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(shí)會(huì)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(shí)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(xiàng)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?cái)z像機(jī)中非常關(guān)注的一項(xiàng)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(dòng)態(tài)的束縛

全景攝像機(jī)全方位的拍攝角度解決了各個(gè)位置的拍攝難題,但是對于特殊場景中需要調(diào)節(jié)的寬動(dòng)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(huì)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(gè)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(gè)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(tái)魚眼全景和一臺(tái)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(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(jí)單位掌握整個(gè)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(jí)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(gè)環(huán)境的同時(shí)也可利用快速球攝影機(jī)擷取重點(diǎn)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(diǎn)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。



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