‧ 魚眼鏡頭的全景高清監控攝像機

来源:CPS中安网 作者: 郑展棒

在當前的安防市場上，全景攝像機主要有兩種類型，一種是基於超廣角魚眼鏡頭的全景攝像機，另一種是在單支攝像機中設計多個攝像頭形成的全景成像，這兩種類型全景攝像機雖然在技術與結構上都有區別，但兩者的本質卻是一樣--實現全景監控。本文主要分析基於魚眼鏡頭技術的全景攝像機，並從技術層面與應用層面探討其呈現的特性。

 　　全景視頻監控是近幾年視頻監控領域新興的監控模式，它是解決傳統監控攝像機視場角限制的最有效方案。不過，對於全景監控方案的設計，目前市場上還是停留在採用多支攝像機或是高速球機所構建的全景視頻監控系統，但無論是前者或後者，均不能實現真正意義上的全景無盲區監控。市場需求催生攝像機技術的不斷提升，基於單攝像機實現全景監控的方案也就是全景攝像機是需求與技術相結合的產物，其也是對全景視頻監控最好的詮釋。
 

　　在當前的安防市場上，全景攝像機主要有兩種類型，一種是基於超廣角魚眼鏡頭的全景攝像機，另一種是在單支攝像機中設計多個攝像頭形成的全景成像，這兩種類型全景攝像機雖然在技術與結構上都有區別，但兩者的本質卻是一樣--實現全景監控。本文主要分析基於魚眼鏡頭技術的全景攝像機，並從技術層面與應用層面探討其呈現的特性。

“三合一”監控系統 

　　在魚眼全景監控系統中，只需要一台魚眼全景攝像機即可實現全景無盲區監控，沒有任何的機械部件，圖像通過超廣角的魚眼鏡頭攝取監控現場的全景圖像，根據安裝方式的不同，可達到180度或360的全景畫面，並通過內嵌或者是外置的影像處理軟體將橢圓或圓形的變形圖像修正為正常的視頻圖像。如果嚴格來講，全景攝像機並不是一台攝像機，它是由魚眼鏡頭+高清攝像機+影像處理軟體構成的“三合一”全景監控系統。

　　這種特殊的攝像機稱得上是對現有監控系統的改造與升級。一般的監控探頭視場角度在60度-90度左右，如果監控場所有大範圍的監控需求，就不得不依賴多支攝像頭實現對監控區域的覆蓋，這無疑會增加攝像頭成本與安裝成本，而且後端的顯示與存儲成本也會相應的增加；即便是球機可以通過雲台實現360度全範圍監控，但卻不能達到同時監控360度的範圍，而且在實際應用當中，多數球機都通過設置預置位對場景進行監控，難以避免重要事件被“漏控”的情況出現。隨著視頻監控盲點越發不被人們所忍受，市場對無盲點視頻監控系統的要求也愈來愈烈。而全景攝像機的出現可在真正意義上消除監控盲區，確保視頻的可靠性、完整性，對用戶乃至對社會而言意義非凡。

關鍵技術造就獨有特性 

　　上述提到全景攝像機是由魚眼鏡頭搭配高清模組到後端的影像處理模組構成無任何機械的全景監控系統，這也是從側面角度反應了全景攝像機的關鍵技術所在。具體而言，全景攝像機相比其他種類攝像機所呈現的技術差異化與特性體現在魚眼鏡頭技術、高解析度、後期軟體較正技術、虛擬PTZ技術。

魚眼鏡頭技術 

　　魚眼鏡頭是構建全景視覺最簡單有效的方法之一，它的突出特點是一次性可攝入超過180度視角內所有的資訊，從而達到無盲區效果。從特性而言，魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭，這種攝影鏡頭的前鏡片直徑且呈拋物狀向鏡頭前部凸出，其視覺效果類似於魚眼觀察水面上的景物。它是一種短焦距鏡頭，一般焦距在F=6-16mm之間，根據光學成像原理，短焦距才能呈現出大視場的監控效果。
   

　　常見的魚眼鏡頭有兩種，一種是圓形成像，一種是矩形成像。前者可攝的三維角度相比後者要大，目前大多數全景攝像機選用的魚眼鏡頭均是第一種，因為其三維視角可達到360度x180度，達到理想的全景視角。雖然視場角提供了無與倫比的享受，但卻是以犧牲原有監控畫面為前提獲得的，魚眼鏡頭這種變形的圖像一般稱之為桶形畸變，這種畸變會隨著視場角的擴大而嚴重，不過，這也是一種合理現象。

魚眼圖像較正技術 

　　通過魚眼鏡頭採集的圖像會出現嚴重的變形失真情況，概括而言，魚眼圖像失真可分為三種：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。不可避免的失真現象會讓人難以辨別視頻監控圖像，也不符合人們正常的視覺習慣，所以魚眼較正技術變得尤為重要。目前，主要的較正方式有兩種：一是需要PC基於軟體對魚眼桶形畸變視頻進行修正，另一種是基於監控前端的解決方案。

　　基於PC的軟體校正：這種較正技術是早期也是大多數廠家沿用至今的圖像修正技術，通過PC上的修正軟體對變形的圖像進行處理，最後得到一種或多種視角的正常矩形圖像，雖然可以改善圖像效果，但在實際的監控應用中，要想在PC軟體處理圖像的同時獲得即時視頻基本是不可能實現；另外，增加一台PC也就等於增加了系統成本。
 

 

　　基於監控前端的較正技術：該技術是將魚眼視頻修正演算法加入到前端全景攝像機SoC當中或另加一塊具備魚眼修正演算法的FPGA程式設計邏輯晶片，也就相當於在前端攝像機內部載入魚眼影像處理軟體。前端CCD或CMOS透過魚眼採集到變形圖像，經過晶片處理，最後以標準矩形輸出並提供經校正的圖像，一般可以得到一個360度或兩個180度的高解析度畫面或四個90度的標準解析度畫面，也可同時呈現，處理後的畫面清晰可辨，也符合人們的觀看習慣。這種處理方式可直接往後端傳輸正常的圖像，不僅可以減輕網路頻寬壓力和磁片存儲壓力，也可降低後端平臺軟體的負荷。

高解析度 

　　談到全景攝像機，離不開“高清”賦予它的另一層意義。高解析度的圖像感測器對於全景攝像機而言是不可或缺，因其本身在視場角得天獨厚的優勢令其擁有豐富強大的視頻資訊，所以資訊處理量就非常大，如果感測器解析度不夠高的話，圖像放大後使用者就會看得不夠清晰，這樣即便是擁有無盲點監控優勢卻不能夠辨別監控物體，不得不讓人覺得形同虛設。所以市場上少則200萬圖元，高則300萬圖元、500萬圖元的高清解析度產品比比皆是，為使用者呈現的是一場全景高清的視覺盛宴，也是安防高清時代對於高清攝像機的應用升級

虛擬PTZ技術 

　　虛擬PTZ是全景攝像機獨有的技術特性，該技術使得使用者可以查看圖像的任何細節部分，相當於在一個詳細的地圖上我們用放大鏡可以找到所需的一切，類似於高速球機的雲台控制，但其卻無任何機械部件，在很大程度上減少設備功耗與發熱，減少器件損耗，延長設備和系統的使用壽命。

填補市場空缺前景廣闊 

　　相比傳統的視頻監控探頭，全景攝像機屬於“小弟”級產品，雖然它的強勢出爐對安防監控市場產生了一定震撼力，但其市場鋪設與民眾接受程度並未見成熟，市場需求還處於萌芽階段，所以在應用層面上並不太理想。當然，這並不能否認其發展態勢，畢竟全景攝像機可以填補特定監控場所因視場角受限而需要跟換前端探頭的市場空缺，恰恰這個空缺也只有全景攝像機產品能勝任。
  

　　全景攝像機特殊的構造造就其獨有的無盲區監控，讓其在民用、商用、警用或是特殊領域中的應用都十分適合。具體而言，全景攝像機的實際應用需求一般可分為高解析度監控需求和標準解析度監控需求。高解析度的場所是指在那些容易發生搶劫、盜竊等安全事件的場合，如銀行、商場、超市等，這類場所需要高清晰的圖像畫質，不僅需要將整個作案過程全景監控錄影，更需要清晰的辨認嫌疑人的面孔，對後期的刑偵調查提供便利。標準解析度的監控場所只要求監控全範圍局勢，對視頻細節要求不高，如空曠的廣場、運動場館、大範圍的公共場所、交通路口、交通樞紐等。這類場所只需要有清晰的大範圍監控畫面從而實現監控調度即可，對視頻品質要求並不高，而且也很難專為監控攝像機建立太多的支點，所以在制高點設置一台全景攝像機完全可以滿足應用需求。

　　上述的兩種監控需求也不全然是固定的模式，應用環境也是重要的決定性因素。在室內場合的應用如展廳、倉庫、辦公室大廳、4S店等對攝像機的防護性要求普通達標即可，但在諸如電站、煤礦、銀行保險庫、重要機房等或是炎熱乾旱地區、多雨多霧地區的監控場所，就需要全景攝像機具備耐高低溫、防暴性、防水等防護性能達到一定的標準，這是對機器一項耐受性能的挑戰。

技術與應用的發展推動 

　　雖然全景攝像機問世時間不長，但觀近兩年各地安防展會上展示全景攝像機的廠商卻在逐年增多，這種現象很好的喻示了全景攝像機的市場正在逐步開花。不過，我們也要意識到全景攝像機技術和應用上存在的短板。在技術層面上，受限於魚眼鏡頭的特殊結構，監控距離短是其致命的缺陷，對此廠商也是無能為力，只能在清晰度上下功夫，但高清視頻意味著更高的頻寬與更大的存儲，這也是不得不考慮的問題；在應用層面上，用戶對全景攝像機認知的不足與昂貴的造價是市場推廣緩慢的主要原因，單是魚眼鏡頭造價就比普通的攝像機要昂貴許多，即便全景攝像機是理想的全景監控產品，但客戶在成本面前卻不得不低頭。

　　所以，對於全景攝像機的前景發展，拋開客觀存在的缺陷，我們需要理性的去定位全景攝像機，從而在技術與應用上揚長避短，充分利用其特殊的優勢。

　　在技術上，更高的解析度在全景攝像機的體現是毋庸置疑的，它不僅可以讓機器得到更清晰的圖像，還可以通過虛擬PTZ看到任何細節；另外，可通過全景攝像機與煙感探頭、開關量報警、火宅報警、紅外探測器等各種感測器進行防盜報警聯動，在全景畫面中可迅速定位；全景攝像機結合智慧視頻分析模組可達到最優化的事件邏輯判斷，如移動偵測、事件計數、丟失報警、越線報警等，還有智慧視頻錄製，當發生相應的觸發事件時才對監控畫面進行錄製，可在很大程度上減少後端的存儲壓力；全景攝像機全天候的生存能力，中國是個地域遼闊的國家，東西南北氣候差異極大，夏天南方的道路溫度可以達到60度，冬天漠河的最低氣溫可以達到零下40多度。南方的梅雨季節或夏天的雨後，空氣的相對濕度達90%以上，這就要求戶外的攝像機有足夠的生存能力。

　　在應用上，加大市場宣傳力度是必然的，這樣即可加深用戶對全景攝像機的認知度，也可潛移默化的使用戶接受全景攝像機，才能便於全景攝像機市場的推動和深入發展。當全景攝像機逐步得到普及應用時，產量的增加與同行之間的競爭迫使全景攝像機產品不得不對價格進行調整，而只有價格控制在一定範圍內時，全景攝像機才能實現全面開花。