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鱼眼全景摄像机:点亮监控新应用

文章出处:amzhang 发布时间: 2011/08/31 | 2892 次阅读

  只采用1台摄像机,怎样可以实现无死角地去监控一个房间?这在以前,采用传统摄像机是无法实现的,而全景摄像机却可以轻而易举地实现这个要求。因此,全景摄像机的出现颇受关注,作为一款监控新产品,用户在选择的时候应该从哪些因素来进行关注?以下文章我们一一分析。

  由于传统摄像机只有不超过90度的视角,因此每台传统摄像机始终存在观测死角,如果需要观察一个全景范围,就需要多个摄像机的补充和协调。而多个摄像机之间在配合时观察一个整体效果时很难在各个视频图像之间形成完整的关联,当运动物体从一台摄像机的视野移动到另一台摄像机的视野时,监控人员往往会造成视觉混乱,因为在摄像机视野交接处物体往往会从画面上消失一小段时间,或当视野重叠时,物体会出现在两个画面上。而全景摄像机则可使物体一直保持在其视野范围内,对监控人员而言,整体观察效果更佳。

  一般的云台摄像机只拍摄它当时对准和聚焦的目标场景,存储该目标场景的信息。而利用具有虚拟 PTZ 功能的全景摄像机,则还可以事后在存储图像中观察别的场景,因为在原始整图中记录了鱼眼镜头捕捉到的所有信息。

  但是,不是所有的全景摄像机都能够符合用户的要求。由于鱼眼镜头的原因,原始的视频图像需要进行失真矫正后其效果才可以被用户所接收。在图像变形矫正后,其清晰度等效果也要被用户所接受。另外,由于需要处理大量的原始视频图像信息,需要考虑网络传输带宽和后端服务器的运行效率。

  鱼眼全景摄像机的技术简介

  目前业内全景摄像机的实现方式主要有两种,一种是采用鱼眼镜头,在吸顶安装时实现360度全景监控,或通过壁装实现180度范围的全景监控;另一种是采用多镜头拼接实现360度的监控,以下主要介绍单镜头全景摄像机。

  全景摄像机最重要的组成部分是全景鱼眼镜头、高分辨率图像传感器和一个集成在摄像机内部的图像修正软件。通过鱼眼镜头,全景摄像机具有一个半球形的视野(全景环视),并将其映影在高分辨率的图像传感器上。

  一台吸顶安装的摄像机具有的半球形视野能覆盖整个房间。在此半球形视野内,边缘区域的图像失真得特别厉害。为了按普通人眼视觉习惯正常显示图像,各图像区域通过智能图像修正软件进行相应矫正。通过放大或移动半球视野内的图像区域,能产生一个类似云台摄像机的效果,而实现这一切不需要任何机械活动部件,而是采用虚拟 PTZ。

  同时获得多个图像区:全景环视的图像失真矫正亦可对多个图像区进行,这样,与机械PTZ摄像机不同,全景摄像机能同时观察和摄录多个不同的区域。

  隐秘,免维护:鱼眼摄像机只有一个镜头,看起来非常不显眼,该摄像机通常情况下面向整个房间,而不是单独对准某一个物体。由于没有机械移动部件,全景摄像机不会发生任何磨损,当转变方向观察另一个图像区域时,也不会发出任何噪音。而且全景视野降低了摄像机的需用量。

  如果把半球状失真的全景环视图像按人眼的一般透视习惯展开成类似广角镜头拍摄的180°宽屏图像,那么一台安装在墙面的摄像机能从其左侧墙面观察到右侧墙面,实现整体空间的无缝观察。与普通摄像机相比,整体观察效果更佳,而所需的摄像机用量更少。一台吸顶安装的摄像机以双分屏模式提供的 2 个对称的 180°环景图像也可显示整个空间。

  一般来说,焦距越短,视角越大,而视角越大,因光学原理产生的变形也就越强烈。为了达到水平360度,垂直180度的超大视角,鱼眼镜头允许桶形畸变合理存在,除了画面中心的景物保持不变,其它本应水平或垂直的景物都发生了相应的变化。为了把畸变后的图像转化为适合于人眼观看的正常图像,需要进行图像修正等处理,其中包括进行事后和实时的录像矫正。

  衡量一款全景摄像机的关键因素

  全景摄像机作为一款全新的概念和产品,每个厂商的定义和实现技术也有所不同,目前还并没有一个统一的行业标准。通常业内认为全景摄像机的监控视觉范围相对于普通摄像机比较大,达到360度全景监控(吸顶安装),或者180度水平视角(壁装),可以满足一个场所的全部监控,都可以称之为全景摄像机。从过去两年的推广来看,就鱼眼摄像机而言,我们认为衡量一款单镜头全景摄像机应该有四个要求。

  第一个是鱼眼镜头,这个是基本的,因为镜头的性能优劣决定对成像效果十分关键;其次,是高分辨率的图像传感器,全景摄像机本身的信息处理量就很大,如果传感器分辨率不够高的话,图像放大后用户就会看得不够清晰,前两者属于基本硬件的部分;第三,由于原有鱼眼镜头产生严重的失真变形,客户是不能接受的,因此图像的变形矫正就变得十分重要。除了可以在摄像机内部软件进行矫正外,还可以通过后端软件来进行实时监控或者查看录像。此外还有一种前端采用芯片处理图片的数据信息,但是不能对录制的图像进行灵活旋转观看。在前端摄像机内部内置软件对图像进行处理校正后,再传输到后端不仅可以减轻网络带宽压和磁盘存储压力,也不至于后端平台的软件处理过量的数据信息;第四,是如何实现云台虚拟的旋转(e-PTZ),通过虚拟PTZ可以对图像进行随意移动、旋转、放大和缩小,满足用户对于各个角落细节的图像监看。

  就目前各个厂商推出的单镜头产品而言,可以从技术角度这样划分,第一阶段:仅仅停留在只能输出全景图像和四分屏,使用者不能根据自己想要观察的角度,对画面进行随意旋转,不具备实用价值,并不能完整体现全景摄像机的功能;第二阶段: 图像能进行一定的变形矫正和虚拟PTZ,但是变形和矫正的效果不佳,此外较低分辨率(小于3百万像素)使图像处理后清晰度效果不佳,而传统的压缩编码算法也使得视频处理过于消耗PC服务器的资源;第三阶段: 3百万像素以上,优秀的算法和压缩编码方式使得用户能够根据需要灵活地进行图像变形矫正和虚拟PTZ。

  前端图像处理方式,降低系统压力

  全景摄像机最终呈现的监控效果,不仅仅只是镜头呈现出来的效果,还取决于传感器的像素、后端软件的处理,所以说即便是单镜头的摄像机,厂商带来的产品从技术和应用上区别还是很大,这会直接影响到网络和存储的问题。因此,我们认为监控系统应该从最大程度上平衡网络带宽,PC服务器的资源消耗以及摄像机的资源消耗,从而成为一个真正可用的高清视频监控系统。

  众所周知,在高清监控系统中,需要同时监控十几路的高清摄像机,如果加入全景摄像机,非常大的全景图像、观察视角旋转等等需要消耗硬件处理资源是普通摄像机的几倍。有些厂商即便能实现全景效果,但是在PC服务器上只能实现一路或者两三路全景图像监控,这种应用只是实验室级别的,无法真正投入商用。所以,在监控系统中采用全景摄像机就更加应该关注整体系统的承受能力。

  为了降低鱼眼图像带给后端网络带宽和存储的巨大压力,建议在前端实现高清全景图像的矫正,这种处理方式,将全景图像的消耗和视频压缩的消耗放到前端,通过网络传输到后端,这样节省了网络带宽和图像信息处理。

  全景摄像机带来监控的全新应用

  真正实用的高清全景摄像机可以取代很多的室内半球以及部分的室外监控。最主要的优势是:实现采用更少的摄像机无死角地监控一定范围内的整个空间。因此全景摄像机在大部分场合是适用的,未来主要的目标市场有:连锁行业,楼宇监控,加油站,银行,停车场、运动场还有大型商场等。

  但是我们发现在国内用户对全景摄像机还有一定的误区,比如用户认为全景摄像机可以观看到一个房间或者整个停车场,便认为全景摄像机是万能的,其实全景摄像机是一个广角,它的景深和焦距是很小的,全景摄像机能够看清人脸的范围是半径5米,再远的话看人脸不会很清楚。全景摄像机不是万能的,虽然可以代替三个半球的监控范围,但是它并不会完全替代普通摄像机如快球、半球或者枪机等等。在很多场合,我们建议全景摄像机和传统摄像机结合在一起使用,普通摄像机无法同时看到整个场景,全景和传统的摄像机并不矛盾。

  随着数字高清视频监控市场的迅速发展,全景摄像机这一充分利用和发挥了数字高清技术优势的产品将逐渐成为被大家所接受的产品,预计在未来2-3年内,该类产品将占有相当的市场份额。随着市场对于数字高清技术的认识,市场正在逐渐接受全景摄像机的理念。对于实现方法,实现的效果等大家还有一定认识上的差距。但是普遍接受的是:真正实用的全景摄像机才是最好的全景摄像机。



  来源:QICK

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