cookieOptions = {...}; ‧ 全景魚眼監控攝影機圖像矯正核心演算法 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2014年5月22日 星期四

來源:中國安防行業網

一般來說魚眼圖像失真可分三種:徑向失真、非正交失真與中心偏移。徑向失真是由於魚眼鏡頭徑向曲率的不規則引起;非正交失真是由於,魚眼光軸與感測器平面,不能完全正交所致;中心偏移是由於魚眼鏡頭光軸,不可能正好穿過感測器的中心產生的。失真讓人難以辨別,不符合人類視覺習慣,所以校正技術顯得尤為重要。

但是,也不可否認不同品質的魚眼鏡頭其畸變還是有著較大的差異,所以說全景攝影機魚眼鏡頭的選擇將非常重要,其將直接影響著攝影機圖像源的效果。核心影像處理演算法,直接影響系統資源佔有率,直接影響碼流、頻寬和儲存。核心演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、轉動、放大,這些都是由核心演算法帶動的。

  
常說魚眼鏡頭全景攝影機有四大關鍵技術:魚眼鏡頭、高像素感測器、處理軟體和虛擬PTZ。筆者認為上述四大技術中高像素感測器和虛擬PTZ技術,基於近年高清感測器以及數位技術的迅猛發展,可以說已經較好地解決了,而現在最具爭議的乃是魚眼鏡頭和處理軟體。至於多路影像全景攝影機可以避免魚眼鏡頭圖像失真的缺點,但是或多或少也會存在融合邊緣效果不真實、角度有偏差或分割融合後有"附加"感的缺撼。
  
魚眼鏡頭所成的像,由於景深曲率的影響,圖像的畸變十分嚴重,不符合正常視覺感受。故需要圖像矯正技術,消除魚眼鏡頭畸變。圖像矯正技術的思路並不複雜,一般是從原始圓形圖拉出一個單獨扇形,再根據比例及透視等原理,進行一定變形及校正處理,拼合這些分別處理好的扇形圖像,便可得到符合監控需求的圖像。對於需求不高的產品,可直接對圓形圖進行簡單四角拉伸,也能取得適合人眼觀看的圖像效果。
  
雖然具體到每一個廠家其核心演算法必然會有所不同,但圖像矯正技術的中心思想,都是採用一定演算法,把邊緣畸變嚴重的圖形拉伸整合,成適合觀看的正常比例圖像。其中所用演算法的合理性、程式設計水準的高低,及最終系統資源佔用率,共同決定了此演算法的優劣。

至於虛擬PTZ,其實就是在圖像內部進行像素抓取,以實現放大與旋轉等功能,對比校正演算法它主要的困難不是如何取得更為優秀的圖片效果,而是如何更好地同時整合到前端固件與後端軟體上,實現對事實與事後錄影的雙向虛擬控制。
  
針對魚眼鏡頭全景攝影機,其魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭,這種鏡頭的前鏡片呈拋物狀向鏡頭前部凸出,是一種焦距在6-16mm之間的短焦距鏡頭,據光學成像原理,短焦距鏡頭才能呈現出大視場的監控效果,其三維視角可達到全景視角,但是其是以犧牲監控畫面的真實感為前提,並且帶來了被稱之為"桶形畸變"的視覺上的嚴重變形,這種畸變會隨著視場角的增大而趨嚴重,從而使得圖像嚴重失真。
  
魚眼鏡頭全景攝影機因採用的鏡頭,和圖像感測器與普通鏡頭的矩形感測器,有著本質上的差異,因此其成像原理也不很相同,魚眼鏡頭成像會形成一個異於人類視覺習慣的圓形圖像,其圖像邊緣的像素點完全被拉伸,因此如何對圓形圖像進行矯正,以及保證魚眼圖像的有效像素不丟失就是十分關鍵的技術,這不是一般廠商解決得了的。

由此,對全景攝影機從鏡頭選型開始,就需要通過對鏡頭的曲率特徵、光學折射線路以及結合透光亮度進行綜合分析,由此才能取得一個比較好的圖像源,以達到大景深、高解析度,且畫面周邊和中心的解像力均衡的圖像效果。其關鍵點是,除了嚴格篩選以確保鏡頭的高品質的同時,對於魚眼展開演算法需要做長期、深入的研究,而各全景攝影機廠商基於自身不同的技術源點考慮,採用的圖像矯正技術也都不盡相同,其將直接地影響著圖像矯正後的視覺效果。
  
現在業內的產品,針對魚眼圖像矯正,有兩種處理方式,一種是前端攝影機內置軟體處理,另外一種是後端PC機軟體處理,其都是對圖像邊緣像素和水準展開進行矯正,圖像矯正的關鍵,在於圖像邊緣像素的還原完整度如何。前種方法節省了後端和網路資源,避免了頻寬和儲存的壓力,即在前端就完成了對圖像進行矯正處理壓縮,最終將一個水準展開的圖像傳輸到後端平台,使用者可根據需求,選擇全景畫面或四畫面顯示,圖像很具即時性。
  
全景攝影機技術特點
而後一種將圖像矯正做到後端PC機上,其優勢是借助PC硬體快速的處理能力,和軟體的完備性,其能很完美地實現全景圖像展開和四畫面顯示,從處理能力來說無疑後端PC機更具突出表現,效果或更要好一些,但也缺即時性。現在的魚眼攝影機圖像矯正技術,雖也會有像素遺失,但總體都可以保證圖像的有效像素,都能滿足正常的監控需求。
  
對於多鏡頭全景攝影機雖然不存在魚眼圖像變形矯正的問題,但如何保證多鏡頭拍攝畫面的拼接實現無死角、無盲點、自然連貫也仍有可關注點。多鏡頭全景攝影機一般都由攝影機內置的專用處理軟體來校正,之後將圖像整合成影像,傳送到監控後端,現有的技術已經能做到可以比較好地滿足全景和四畫面的顯示需求。

需要注意的是為實現360度全景監控時,在安裝時要避免正下方出現死角,其要根據不同的監視需求,對每個實體鏡頭要進行俯仰視角度的精細調節。
  
針對全景攝影機經常的話題是魚眼鏡頭、校正軟體、虛擬PTZ,而常常會忽略了其它功能。
  
現在的全景攝影機技術特點可簡略歸納為如下幾點:
一、圖像校正軟體被嵌入到攝影機內或是當前技術市場的主流,其更符合用戶隨插即用的使用習慣,借助PC機的產品功能,雖會很完美但未必會被用戶接受;
  
二、低照度和寬動態功能已是各種類攝影機的常備功能包括全景攝影機,其無疑其將大大拓展全景攝影機的使用範圍,使回歸到常規型攝影機的形態;
  
三、附加功能豐富比如支援多碼流輸出、雙向語音、POE供電、內置儲存卡、日夜轉換、數位降噪、隱私區遮掩、報警輸入/出、智慧影像分析等功能也都在當前的產品中有所應用。
  
全景攝影機作為一種特殊形態的產品,其有專用的應用領域和特色,但是現在技術的發展使其也不被特殊性和專用性所束縛,同樣也表現出常規型攝影機應具有的功能,使得其環境適用性更強,更體現出應用價值。
  
全景攝影機的優點在於能以最少的裝機量,達到最有效率的監控效果,即能減少護罩、佈線與人員的施工費用等,能降低監控工程成本。但其畢竟發展時間短,有不可忽視的劣勢,如攝影機的單價偏高、監控距離尚未突破,以及圖像儲存、還原等問題,都急需調整和改進。
  
因此,不能盲目追崇全景攝影機,其目前也不可能取代傳統攝影機的作用與功能。所以如何搭配全景攝影機與常規型攝影機共同使用,使二者取長補短,以求監控效果最大化,才是現階段除技術突破之外最應該考量的問題。

                                                                                                                                                                                                                            

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