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內(nèi)容編輯全景攝像機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用
全景攝像機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用
隨著攝像機(jī)從模擬走向網(wǎng)絡(luò)，“高清”日漸成為市場關(guān)注的熱點(diǎn)，它的出現(xiàn)讓人們可以看得更清楚，獲得更多的細(xì)節(jié)。但是，客戶在從之前“只能看見人臉”到現(xiàn)在“能看清人臉”的同時(shí)，又提出了另一方面的要求，那就是看得更廣，即在同一個(gè)場景中能看到更多的東西。對此，原來是通過用幾只攝像頭覆蓋一個(gè)區(qū)域，或用快球來回巡航掃描去解決。但在某些場合，這些方案還不能完全滿足客戶的要求，比如客戶需要在同一個(gè)畫面里確定人的移動(dòng)，或需要用同一個(gè)場景中監(jiān)看到的事物去說明一些問題，這個(gè)時(shí)候就需要全景攝像機(jī)，本文主要討論全景攝像機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用。
一、 全景攝像機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀
目前業(yè)內(nèi)對全景攝像機(jī)還沒有一個(gè)很明確的定義，對于能看得更廣、角度更大的攝像機(jī)，大家都稱之為全景攝像機(jī)。比如一個(gè)安裝在廣場或大門口的、短焦距的500萬像素?cái)z像機(jī)，它基本上能將大門口或廣場上的事物看清楚，于是很多人稱這種攝像機(jī)為全景攝像機(jī)。也有一些廠家把360度攝像機(jī)結(jié)合特定安裝方式的解決方案稱為全景攝像機(jī)，比如在會(huì)議室的天花板上裝一臺(tái)垂直向下的魚眼攝像機(jī)，幾乎能看到會(huì)議室的全景，這種方案也稱之為全景攝像機(jī)。
對于上述兩種定義的全景攝像機(jī)，海康威視都提供了相對應(yīng)的產(chǎn)品。比如高端的500萬像素 CCD網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或經(jīng)濟(jì)型的500萬像素CMOS網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，都能實(shí)現(xiàn)大視野、高清晰的場景監(jiān)控；另外，也有配合魚眼鏡頭再結(jié)合?？低暢C正解碼庫實(shí)現(xiàn)魚眼式全景監(jiān)控的全景攝像機(jī)。
目前魚眼式全景攝像機(jī)的產(chǎn)品形態(tài)包括多鏡頭式、單魚眼鏡頭式、混合式三種。
單魚眼鏡頭式：采用槍型攝像機(jī)或半球型攝像機(jī)加魚眼鏡頭的形式，這也是實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控的一種最簡單且最經(jīng)濟(jì)的方式，此種方式的關(guān)鍵點(diǎn)在于攝像機(jī)本身具有對魚眼“畸變”的矯正能力，或者可以結(jié)合特殊的處理軟件校正經(jīng)過魚眼鏡頭變形后的圖像，并且不留痕跡的處理成一幅正常圖像，使得人眼能夠接受，此類全景攝像機(jī)的代表廠家有Mobotix 、奇偶、騰龍、?？低暫鸵蠛频?，本文主要討論單魚眼鏡頭式的全景攝像機(jī)的應(yīng)用。
圖1 單魚眼鏡頭全景攝像機(jī)畫面“畸變”矯正
多鏡頭式：采用多鏡頭多角度監(jiān)控后拼接圖像實(shí)現(xiàn)360度的監(jiān)控，這種方式實(shí)現(xiàn)技術(shù)十分復(fù)雜，成本比較高，但卻少了魚眼全景攝像機(jī)帶來的魚眼畸變的困擾，此類全景攝像機(jī)的代表廠家有Arecont Vision和AVIGILON。
混合式：采用PTZ球機(jī)加魚眼鏡頭的形式，這種方式較為少見，攝像機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可當(dāng)作球機(jī)使用，當(dāng)球機(jī)鏡頭和魚眼鏡頭重合時(shí)，可當(dāng)作全景攝像機(jī)使用，此類全景攝像機(jī)的代表廠家有Axis。
二、 全景攝像機(jī)的應(yīng)用模式及特點(diǎn)
目前全景攝像機(jī)主要應(yīng)用于室外視野開闊的場所，譬如道路交通、露天廣場、小區(qū)樓宇、港口碼頭等，某些場所監(jiān)控寬度甚至達(dá)到百米以上，在看清全景圖像實(shí)現(xiàn)調(diào)度的同時(shí)，不可能也沒有精力再看清人臉、車輛牌照等細(xì)節(jié)。這些場合只需要在制高點(diǎn)安裝一臺(tái)魚眼攝像機(jī)即可以滿足一個(gè)場所內(nèi)的全景監(jiān)控。
與傳統(tǒng)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)相比，全景攝像機(jī)的優(yōu)勢包括:
? 超寬監(jiān)控視角
一枚魚眼鏡頭盡收360度全景，可取代傳統(tǒng)的多支攝像機(jī)：用戶只需要一枚專用的魚眼鏡頭便能直接觀看整個(gè)空間，四周的影像一次盡收眼底，完全消滅死角。
? 降低成本
全景攝像機(jī)的這種360度實(shí)時(shí)全景監(jiān)控能力，使得無需為涵蓋整個(gè)監(jiān)控區(qū)域而安裝多臺(tái)攝像機(jī)，因而節(jié)省了攝像機(jī)硬件投資。監(jiān)控?cái)z像機(jī)路數(shù)大大減少，可以節(jié)省配套設(shè)備，如鏡頭、防護(hù)罩、布線、電源、錄像、顯示等相應(yīng)配件和設(shè)備的成本，還可降低施工布線難度，節(jié)省安裝時(shí)間、人工費(fèi)用以及后續(xù)維護(hù)費(fèi)用。
? 虛擬PTZ技術(shù)
采用虛擬PTZ技術(shù)，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。由于沒有機(jī)械移動(dòng)部件，不需要時(shí)刻的進(jìn)行機(jī)械化運(yùn)轉(zhuǎn)，全景攝像機(jī)不會(huì)發(fā)生任何磨損，產(chǎn)品結(jié)實(shí)耐用，使用壽命大大延長。全景環(huán)視的圖像失真矯正可對多個(gè)圖像區(qū)進(jìn)行，這樣，與機(jī)械PTZ攝像機(jī)不同，全景攝像機(jī)能同時(shí)觀察和攝錄多個(gè)不同的區(qū)域。
三、 全景攝像機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)
判斷一款全景攝像機(jī)性能是否優(yōu)良大約有兩點(diǎn)：一、有效覆蓋的視場角有多大，能看清的場景有多全；二、看到場景中像素點(diǎn)的清晰度有多少。全景攝像機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)包括：
? 高分辨率的實(shí)現(xiàn)
高像素的產(chǎn)品不僅是Sensor的選取，ISP的處理、編碼以及與網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的配合都很重要，并且在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、工藝等要求上，要比普通攝像機(jī)嚴(yán)格數(shù)倍。
? 魚眼展開矯正的準(zhǔn)確性
在將魚眼攝像機(jī)所產(chǎn)生的圓形圖像展開為人眼能接受的普通平鋪圖像的過程中，反畸變、反扭曲的算法是非常重要的。因?yàn)閺溺R頭選型開始，就需要通過鏡頭的曲率特征分析、光學(xué)折射線路分析，以及結(jié)合透光亮考慮分析，才能取得一個(gè)比較好的圖像源，以達(dá)到大景深、高分辨率，且畫面周邊和中心的解像力要均衡。對于全景攝像機(jī)的開發(fā)，海康威視除了嚴(yán)格篩選以確保鏡頭的高品質(zhì)的同時(shí)，對于魚眼展開算法也做了長期、深入的研究。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對魚眼鏡頭所產(chǎn)生的圓形圖像進(jìn)行有效展開及處理，獲得了人眼習(xí)慣的平鋪圖像，并且在沒有畸變和扭曲的細(xì)節(jié)基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化，保證了整體圖像的清晰、準(zhǔn)確。
四、 全景攝像機(jī)的發(fā)展趨勢
全景攝像機(jī)發(fā)展至今已有十年有余，而真正的推廣卻是從近兩年才開始的。因其高昂的價(jià)格、復(fù)雜的圖像處理技術(shù)以及圖像校正后的低分辨率等因素的限制，全景攝像機(jī)并沒能像其他普通攝像機(jī)那樣進(jìn)入大眾的生活，而是主要定位在專業(yè)應(yīng)用市場，比如大場景環(huán)境或易于垂直安裝的場合。
目前，市場對于全景攝像機(jī)的認(rèn)知度還不是很高，更多的是廠家的宣廣和引導(dǎo)工作。其實(shí)業(yè)界對于全景攝像機(jī)的技術(shù)并沒有太多的爭議或質(zhì)疑，并且個(gè)人認(rèn)為，對于全景攝像機(jī)的定義也沒有必要進(jìn)行過多的辯論，關(guān)鍵是要看產(chǎn)品能否滿足客戶的需要，是否解決使用者的具體問題。越來越多的客戶會(huì)要求“看得更多、看得更清”，所以全景攝像機(jī)必然有著很大的市場。為此，?？低曇沧隽舜罅康耐度胫铝τ谌皵z像機(jī)的研發(fā)，如今已經(jīng)推出了全系列的產(chǎn)品，包括高200萬像素CCD、CMOS，500萬像素CCD、CMOS等系列全景攝像機(jī)，以及200萬像素魚眼、500萬像素魚眼攝像機(jī)，可滿足不同應(yīng)用場景、不同價(jià)位要求的客戶需求。
多技術(shù)融合是未來全景攝像機(jī)發(fā)展的主要方向：
? VMS支持
全景攝像機(jī)的圖像處理需要VMS（視頻管理軟件）的支持，但由于目前的魚眼展開算法都是廠家私有的，導(dǎo)致VMS支持范圍非常有限。如何將魚眼展開算法實(shí)現(xiàn)互通共享，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口，是未來設(shè)備廠家和集成商需要共同努力的方向。
? 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。
? 低照度
全景攝像機(jī)大多數(shù)都沒有ICR（機(jī)械式紅外濾色片），導(dǎo)致其低照度效果很難令人滿意。因?yàn)樵谝院蟮陌l(fā)展中會(huì)更多關(guān)注全景攝像機(jī)的夜間效果，譬如采用ICR+紅外補(bǔ)光或者提升感光器的感光性能來提升低照度效果。
? 寬動(dòng)態(tài)
以魚眼攝像機(jī)為例，其采用具有360度超大視角的魚眼鏡頭監(jiān)控整個(gè)場景，如此大范圍的監(jiān)控勢必會(huì)導(dǎo)致全景攝像機(jī)在白平衡以及曝光等方面的處理困難。正是由于這點(diǎn)，限制了全景攝像機(jī)在室內(nèi)的應(yīng)用。解決好全景攝像機(jī)的寬動(dòng)態(tài)效果，能夠推動(dòng)未來全景攝像機(jī)在室內(nèi)環(huán)境的應(yīng)用。
? 智能
如何解放安防的人力一致是智能分析的發(fā)展方向，特別是在全景攝像機(jī)的無死角監(jiān)控的條件下實(shí)現(xiàn)智能分析一定能夠帶來更好的安防應(yīng)用。
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