‧ 全景魚眼監控攝影機圖像矯正核心演算法

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。