鱼眼全景监控摄像机大解剖 让你更懂它

  核心图像处理算法这块,直接影响系统资源占有率、码流、带宽和存储。图像边缘弯曲的矫正,场景的分割,虚拟PTZ、转动、放大等功能的实现,这些同样也是由核心算法带动的。

  鱼眼镜头所成的图像,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视觉比例的图像。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,以实现图像的电子放大与旋转等功能。对比校正算法,它主要的困难不是如何取得更为优秀的图像效果,而是如何更好地同时整合到前端固件与后端软件上,实现对实时与事后录像的双向虚拟控制。

  此类摄像机所有的功能实现软件,包括图像矫正、虚拟PTZ、智能部件以及压缩算法等全部被集成在摄像机内部的固件上,与此同时,其后台PC机亦可提供虚拟PTZ等功能,这种前端集成方式大大释放了后端服务器以及网络的资源。另一方面,由于前端固件在技术上的限制,预计此类全景摄像机最多只能处理到五百万像素。随着高清化的推进,能否突破此瓶颈将是这类全景摄像机今后最大的发展难题。

  此类全景摄像机所有功能皆由安装在后端PC机上的软件来实现,前端摄像机只负责抓取图片,因此产品在成本与售价上都有优势。依赖后端PC机强大的软件处理能力,此类产品没有清晰度升级方面的瓶颈限制,在实现基本多分割显示、虚拟PTZ等功能的同时,原始图像的保留亦使得后期可进行更多的信息收集与处理工作。另一方面,此类产品对后端PC机与网络资源消耗较高,应用在大型项目时需要配置更多的后端服务器。

  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,后端处理再强也不能“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的真实感为前提而获得的,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率较高,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是基于IP的全景摄像机的一个亮点功能,不同于真实的快球摄像机的云台控制,其在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。

  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,在与传统监控镜头同有大小相同的成像芯片上,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全景摄像机。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。

  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和快捷。

  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。在全景摄像机能实现大场景、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,而快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或以上的分辨率。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。我们有理由相信和高速球“联姻”将是鱼眼全景的宿命之一。

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