魚(yú)眼全景監(jiān)控?cái)z像機(jī)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(tǒng)資源占有率、碼流、帶寬和存儲(chǔ)。圖像邊緣彎曲的矯正，場(chǎng)景的分割，虛擬PTZ、轉(zhuǎn)動(dòng)、放大等功能的實(shí)現(xiàn)，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(yán)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(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(duì)于需求不高的產(chǎn)品，可直接對(duì)圓形餅圖進(jìn)行簡(jiǎn)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(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)圖像的電子放大與旋轉(zhuǎn)等功能。對(duì)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(xiàn)對(duì)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(jī)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(jī)所有的功能實(shí)現(xiàn)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(jī)內(nèi)部的固件上，與此同時(shí)，其后臺(tái)PC機(jī)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(yù)計(jì)此類(lèi)全景攝像機(jī)最多只能處理到五百萬(wàn)像素。隨著高清化的推進(jìn)，能否突破此瓶頸將是這類(lèi)全景攝像機(jī)今后最大的發(fā)展難題。

2、后端軟件實(shí)現(xiàn)

此類(lèi)全景攝像機(jī)所有功能皆由安裝在后端PC機(jī)上的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，前端攝像機(jī)只負(fù)責(zé)抓取圖片，因此產(chǎn)品在成本與售價(jià)上都有優(yōu)勢(shì)。依賴(lài)后端PC機(jī)強(qiáng)大的軟件處理能力，此類(lèi)產(chǎn)品沒(méi)有清晰度升級(jí)方面的瓶頸限制，在實(shí)現(xiàn)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(duì)后端PC機(jī)與網(wǎng)絡(luò)資源消耗較高，應(yīng)用在大型項(xiàng)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(shù)據(jù)不清晰，后端處理再?gòu)?qiáng)也不能“虛構(gòu)”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(jiān)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)隨著視場(chǎng)角的擴(kuò)大而嚴(yán)重，不過(guò)，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(yú)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^(guò)2π立體角空間進(jìn)行拍攝，但是視場(chǎng)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)角分辨率較高，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，不同于真實(shí)的快球攝像機(jī)的云臺(tái)控制，其在放大或移動(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(jué)。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。

分辨率

全景攝像機(jī)相對(duì)于普通攝像機(jī)而言一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)在于其超大的監(jiān)控范圍，然而從分辨率密度上來(lái)考慮，同樣像素的攝像機(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)控鏡頭同有大小相同的成像芯片上，需要接收數(shù)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(duì)視頻監(jiān)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(jī)。這就解釋了為什么300萬(wàn)像素的全景攝像機(jī)畫(huà)面質(zhì)量看上去像CIF分辨率。所以對(duì)于全景攝像機(jī)而言，提高畫(huà)面分辨率是未來(lái)一項(xiàng)重要的研究課題。

魚(yú)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(duì)其圖像質(zhì)量的期望較高。但是由于魚(yú)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(huà)就會(huì)顯得不夠清晰。也就是說(shuō)全景攝像機(jī)雖然滿(mǎn)足了“無(wú)死角監(jiān)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(xì)節(jié)”的需要，這是全景攝像機(jī)推廣過(guò)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和快捷。

通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式將一臺(tái)魚(yú)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)能實(shí)現(xiàn)大場(chǎng)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(huà)面中所偵測(cè)到的事件，而快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(guò)高變倍鏡頭，可將目標(biāo)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(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(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。