2015年7月6日 星期一

‧ 全景攝影機的優勢、現狀與發展趨勢


一、導語
目前市場對於全景攝影機還沒有製訂相關標準,但安防行業內比較一致的看法是,全景攝影機是指可以獨立實現大範圍無死角監控的攝影機。

全景攝影機的概念與初級成品誕生已久,總的說來,當下主流全景攝影機採用吊裝與壁裝方式可分別達到360°180°的監控效果,而某些只有120°130°視場角的攝影機,因為能達到用戶對一個較為開闊面積的監控訴求,也可被稱為全景攝影機(即廣角全景攝影機)。


其中,360度全景攝影機可無盲點監測覆蓋所處場景,設有一個魚眼鏡頭,或者一個反射鏡面(如抛物線,雙曲線鏡面等),或者多個朝向不同方向的普通鏡頭拼接而成,擁有360度全景視角。

一台全景攝影機可以取代多台普通的監控攝影機,做到了無縫監控,實現了監控新應用,應用於各個領域,其中包括監獄、政府機關、銀行、社會安全、公共場所、文化場所等。

全景攝影機相對於普通攝影機而言一個很大的優勢在於其超大的監控範圍,然而從解析度密度上來考慮,同樣的像素的攝影機在監控更大的區域時會導致像素的分散和退化。再所以,就應用範圍來講,全景監控攝影機目前只應用在局部領域,並未呈現爆發式的市場需求。

與其他普通攝影機不同的是,全景攝影機主要有四大關鍵點:鏡頭,圖像感測器,影像處理技術和虛擬PTZ技術。判斷一款全景攝影機性能是否優良大約有兩點:有效覆蓋的視場角有多大,能看清的場景有多全;看到場景中像素點的清晰度有多少。所以,實現全景監控的關鍵有兩點:

1.1、高解析度的實現
高像素的產品不僅是Sensor的選取,ISP的處理、編碼以及與網路相應的配合都很重要,並且在相應的結構、技術等要求上,要比普通攝影機嚴格數倍。

1.2、魚眼展開矯正的準確性
在將魚眼攝影機所產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、反扭曲的演算法是非常重要的。因為從鏡頭選型開始,就需要通過鏡頭的曲率特徵分析、光學折射線路分析,以及結合透光亮考慮分析,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要均衡。

二、市場細分新需求催生全景攝影機
隨著安防監控在各個細分市場的廣泛應用,傳統的網路攝影機已經無法完全滿足各個行業對更具個性、更高品質的監控需求。例如,傳統的網路攝影機受到監控視野的限制,無法僅憑一台網路攝影機完成對360度全景的監控。

若以多台攝影機組合完成,則增加了整個系統的管理任務以及成本投入。而特別是銀行、零售及教育等領域的用戶,對於360度的全景監控有著必要且強烈的需求,以保障其影像監控圖像高品質和無死角。

360度全景監控的生成是行業市場細分的表現,同時也是監控技術前行的步伐。


三、全景攝影機的應用優勢與特點
全景攝影機是指可以在監控場所中能夠實現全域影像監控的攝影機都可稱為全景攝影機,意即採用魚眼鏡頭或者是多感光晶片多鏡頭並通過多路視頻融合晶片融合成為全景圖像的攝影機。

3.1、全景攝影機的應用優勢
目前全景攝影機主要應用於室外視野開闊的場所,某些場所監控寬度甚至達到百米以上,在看清全景圖像實現調度的同時,不可能也沒有精力再看清人臉、車輛牌照等細節。這些場合只需要在制高點安裝一台魚眼攝影機即可以滿足一個場所內的全景監控。與傳統的監控攝影機相比,全景攝影機的優勢包括:

(一)超寬監控視角
一枚魚眼鏡頭盡收360度全景,可取代傳統的多支攝影機:用戶只需要一枚專用的魚眼鏡頭便能直接觀看整個空間,四周的影像一次盡收眼底,完全消滅死角。

(二)有效降低監控成本
全景攝影機的這種360度即時全景監控能力,使得無需為涵蓋整個監控區域而安裝多台攝影機,因而節省了攝影機硬體投資。監控攝影機路數大大減少,可以節省配套設備,如鏡頭、防護罩、佈線、電源、錄影、顯示等相應配件和設備的成本,還可降低施工佈線難度,節省安裝時間、人工費用以及後續維護費用。

(三)採用虛擬PTZ技術
採用虛擬PTZ技術,可以放大或移動監控視野內的圖像區域,當轉變方向觀察另一個圖像區域時,不會發出任何噪音,隱秘且不易察覺。由於沒有機械移動部件,不需要時刻的進行機械化運轉,全景攝影機會發生任何磨損,產品結實耐用,使用壽命大大延長。

全景環視的圖像失真矯正可對多個圖像區進行,這樣,與機械PTZ攝影機不同,全景攝影機能同時觀察和攝錄多個不同的區域。

3.2、全景攝影機的應用特點
全景攝影機的應用範圍,一般包括公共場所、工業監控、交通管理、醫療設施、樓宇監控、校園、商場與娛樂休閒場所等。

但由於全景攝影機的推出時日尚短,技術上有其局限性,如上文所述的圖像失真等問題,以及魚眼全景攝影機的超廣角效果,雖然能監控大範圍面積,但相對來說,它的焦距很短,使得偵測範圍大受限制,大約在半徑5米內可以看清人臉,更遠的話就會顯得模糊

因此,在實際運用上,全景攝影機比較適用在空間小、監視環境簡單的場所,例如零售店、小型商場、電梯、停車場與會議室等等。只需要一台全景攝影機,就能實現無死角、看清細節的監控。

至於環境簡單而空曠的場景,例如大型會場等,由於架設多台監控攝影機有其不便性,使用全景攝相機也是個不錯的選擇。

但若是要應用在相對複雜的環境裡,例如人流量大的商場、步行街、十字路口等,全景攝影機則仍然無法完全替代槍機、半球等常規型傳統攝影機,所以一般還是建議搭配常規型攝影機使用,彼此互補不足。

SNC-HM662 五百萬全景魚眼攝影機

通常需要進行全景監控主要應用主要有以下幾種情況:

(一)只需要監控整個場所全範圍局勢的,不需要細節的場合,如大範圍的公共場所、交通樞鈕、交通路口。由於這些地方視野開闊,寬度有些甚至達到在百米以上,在看清全景圖像實現調度的同時,不可能也沒有精力再看清車輛牌照號碼等細節。這些場合只需要在制高點安裝一台攝影機即可實現全景監控,這個時候採用一台魚眼攝影機即可以滿足一個場所內的全景監控。

(二)在特別注重細節的監控場所,同時實現無死角監控,如銀行、超市、商場。在這些容易發生搶劫、偷竊安全事件的場所,嫌疑人的面孔要看的越細越清越好。這不僅需要監控整個作案的全景過程,更需要每個人的有別於其他人的任何特徵。

(三)不僅需要監控全域局勢,而且還要重點突出有特殊情況,提前預警調取發生事件畫面,這樣具備全景基本功能的同時又達到重點突出的效果,也算一個特色,同時實現監控效果與成本兼顧。

採用低解析度全景攝影機監控,通過內置監控行為演算法軟體,再配合自動雲台攝影機,實現全景監控基本功能和重點圖像抓取。通過軟體計算分析全景視頻畫面,如果出現預設的影像畫面,如無人區突然出現有移動目標,廣場上人員奔跑,車輛事故,由軟體操作配合的帶自動雲台的特寫攝影機重點監控。

(四)還有一種所謂的全景監控最好理解,即為了實現整個場景的監控,從不同角度安裝多個攝影機,這對用戶而言是一筆不小的預算,因此也不經濟。同時由多個攝影機捕獲的影像畫面,由於各畫面間關聯性較差,給操作者對監控範圍內的某一運動物體的連續監控帶來了一定的難度。

四、全景攝影機發展現狀
目前魚眼式全景攝影機的產品形態包括多鏡頭式、單魚眼鏡頭式、混合式三種。
單魚眼鏡頭式:採用槍型攝影機或半球型攝影機加魚眼鏡頭的形式,這也是實現全景監控的一種最簡單且最經濟的方式,此種方式的關鍵點在於攝影機本身具有對魚眼"畸變"的矯正能力,或者可以結合特殊的處理軟體校正經過魚眼鏡頭變形後的圖像,並且不留痕跡的處理成一幅正常圖像,使得人眼能夠接受,此類全景攝影機的代表廠家有Mobotix、奇偶、騰龍、海康威視和殷浩等。

多鏡頭式:採用多鏡頭多角度監控後拼接圖像實現360度的監控,這種方式實現技術十分複雜,成本比較高,但卻少了魚眼全景攝影機帶來的魚眼畸變的困擾,此類全景攝影機的代表廠家有ArecontVisionAVIGILON

混合式:採用PTZ球機加魚眼鏡頭的形式,這種方式較為少見,攝影機在轉動時可當作球機使用,當球機鏡頭和魚眼鏡頭重合時,可當作全景攝影機使用,此類全景攝影機的代表廠家有Axis

五、全景監控發展遇技術瓶頸
全景攝影機在工作中要解決的也絕不僅僅是拍攝角度的問題。反而恰恰是因為廣泛的拍攝角度,因此也給全景攝影機的工作帶來了傳統攝影機少見的新難題。
(一)寬動態的束縛
在全景攝影機的工作中,全方位的拍攝角度解決了各個位置的拍攝難題。但是對於需要特別處理的寬動態或者白平衡、曝光度等方面來說,這些問題在全景攝影機中處理起來就要複雜的多了。

因此,也正是基於這些因素,以至於使全景攝影機在工作中的拍攝環境不得不具有更好的光線要求。所以說,如果解決好寬動態問題的話,全景攝影機的應用將會從整體上提升一個層次。

(二)厚此薄彼的解析度
全景攝影機相對於普通攝影機而言一個很大的優勢在於其超大的監控範圍,然而從解析度密度上來考慮,同樣的像素的攝影機在監控更大的區域時會導致像素的分散和退化。

這是由於監控範圍很大,在與傳統監控鏡頭共用大小相同的成像晶片上,就需要接收數倍的圖像資訊,這就造成畫面解析度的下降,因此只有在對影像監控圖像畫面品質要求不太高或使用高解析度成像器件時才能使用。

這就解釋了為什麼300萬像素的全景攝影機畫面品質看上去像CIF解析度。所以對於全景攝影機而言,提高畫面解析度是未來一項重要的研究課題。

(三)難以普及的低照度
一直以來,低照度都是監控攝影機在應用中的主要技術支援,同時也是不少監控攝影機引以為傲的技術方面。尤其隨著現在監控需求的日益擴大,大家對低照度的應用也是愈發的看重。不過,同樣是受制於角度的限制,低照度在全景攝影機的發揮也容易被打了折扣。

在我們如今常見的夜視監控攝影機中,基本都通過ICR過濾晶片來解決低照度的技術問題。但是受制於全景監控攝影機的視覺佈局,很多的全景攝影機還難以充分的應用ICR進行夜視功能的發揮。

因此這也就造成了很多全景監控攝影機夜視效果的差強人意。所以,如果圖片在夜視需求中的難題,全景攝影機顯然還要去探索出新的道路。

其實對於上面提到的這些問題,分鏡頭式就要比魚眼鏡頭好應對的多。但是對於成本與盲區的影響,一定程度上又使分鏡頭全景監控的應用同樣充滿了諸多的前提,因此,這也讓不少全景監控的用戶內心十分糾結。

(四)全景攝影機難題亦全景
通過上面的分析我們可以看出,為了能夠實現更加全面的監控角度,全景攝影機在許多成像的技術環節上實現了非常廣泛的突破。並且也給影像監控的許多理念帶來了新的思路,使我們在有限的設備下看的更加充分。

不過,如果我們從整體的角度來看,這些技術上的突破在許多時候又是一種單純角度上的"單方面突破"。因此,這樣的轉變雖然能夠更多的滿足我們在角度上的需求,但是與之一些的協助工具卻顯得很難追上這些突破的步伐。

所以雖然在監控的事業上我們收穫了更多,但是在整體的視覺上,我們在很多時候並沒有增添多少。而這也是全景監控設備當前面臨的最大阻礙。

當然,無論效果如何,全景監控在影像構圖上的許多創新卻很大的推動了影像監控設備的發展,雖然當今可能還有很多的不盡如意。不過,從未來的發展需求,以及當前技術的發展趨勢來看,我們對於全景監控的這種探索,還是非常值得付出我們的耐心的。

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六、全景攝影機的發展趨勢
全景攝影機發展至今已有十年有餘,而真正的推廣卻是從近兩年才開始的。因其高昂的價格、複雜的影像處理技術以及圖像校正後的低解析度等因素的限制,全景攝影機並沒能像其他普通攝影機那樣進入大眾的生活,而是主要定位在專業應用市場,比如大場景環境或易於垂直安裝的場合。

目前,市場對於全景攝影機的認知度還不是很高,更多的是廠家的宣廣和引導工作。其實業界對於全景攝影機的技術並沒有太多的爭議或質疑,實際上,對於全景攝影機的定義也沒有必要進行過多的辯論,關鍵是要看產品能否滿足使用者的需要,是否解決使用者的具體問題。

總體來說,多技術融合是未來全景攝影機發展的主要方向,主要體現在以下幾個方面:

6.1VMS支持
全景攝影機的影像處理需要VMS(影像管理軟體)的支援,但由於目前的魚眼展開演算法都是廠家私有的,導致VMS支持範圍非常有限。如何將魚眼展開演算法實現互通共用,實現統一標準介面,是未來設備廠家和系統整合商需要共同努力的方向。

6.2、解析度
全景攝機相對於普通攝影機而言一個很大的優勢在於其超大的監控範圍,然而從解析度密度上來考慮,同樣的像素的攝影機在監控更大的區域時會導致像素的分散和退化。

這是由於監控範圍很大,在與傳統監控鏡頭共用大小相同的成像晶片上,就需要接收數倍的圖像資訊,這就造成畫面解析度的下降,因此只有在對監控圖像畫面品質要求不太高或使用高解析度成像器件時才能使用。

這就解釋了為什麼300萬像素的全景攝影機畫面品質看上去像CIF解析度。所以對於全景攝影機而言,提高畫面解析度是未來一項重要的研究課題

6.3、低照度
全景攝影機大多數都沒有ICR(機械式紅外濾色片),導致其低照度效果很難令人滿意。因為在以後的發展中會更多關注全景攝影機的夜間效果,譬如採用ICR+紅外補光或者提升感光器的感光性能來提升低照度效果。

6.4、寬動態
以魚眼攝影機為例,其採用具有360度超大視角的魚眼鏡頭監控整個場景,如此大範圍的監控勢必會導致全景攝影機在白平衡以及曝光等方面的處理困難。正是由於這點,限制了全景攝影機在室內的應用。解決好全景攝影機的寬動態效果,能夠推動未來全景攝影機在室內環境的應用。

6.5、智能化
如何解放安防的人力一致是智慧分析的發展方向,特別是在全景攝影機的無死角監控的條件下實現智慧分析一定能夠帶來更好的安防應用。

以魚眼全景攝影機和高速球攝影機為例:全景攝影機一般都是高清攝影機,人們對其圖像品質的期望較高。但是由於魚眼全景攝影機鏡頭的焦距很短,使得有效的監控範圍大受限制,大約在半徑5米內可以看清人臉,更遠的話就會顯得不夠清晰。

也就是說全景攝影機雖然滿足了"無死角監控"的需要,但是由於鏡頭焦距的問題,也就很難滿足"看清所有細節"的需要,這是全景攝影機的推廣過程中遇到的一個瓶頸。

而高速球機具備大變焦,可旋轉的功能,在監控細節呈現上做的非常出色,但是單個球機在快速定位和判斷方位等方面還是不夠方便快捷。

通過軟硬體結合的方式將一台魚眼全景和一台高速球進行聯動不失為一個"極好的"方法。在全景攝影機大場景、大視野監控的基礎上,高速球提升細節監控的能力,其就像是上級單位掌握整個畫面中所偵測到的事件,而高速球就像是部屬一般,接收到上級下達的指令後,隨即跟蹤監控可疑目標並透過高變倍鏡頭,可將目標影像放大至1080P以上的解析度。
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讓使用者在透過魚眼攝影機監控整個環境的同時也可利用快速球攝影機擷取重點區域高畫質的影像畫面。

總之,全景攝影機就像大炮一樣,屬於點對面的監控的利器,雖然在追求細節方面還存在死穴,但在掌控大局方面有著無可比擬的優勢。

七、結語
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(五年),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,以及圖像存儲、還原等問題,都急需調整和改進。

                                                                                                                                                                                                                            

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