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因需而變，全景攝像機發(fā)展淺析

時間:2016-04-29 11:32:53 來源:深圳市智慧安防行業(yè)協(xié)會 作者:?？低?/em>

隨著視頻監(jiān)控的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)攝像機已經(jīng)基本滿足了用戶的“超高清”、“全天候”、“超遠距離”的監(jiān)控需求，而隨著監(jiān)控行業(yè)市場不斷精細化，全景監(jiān)控的需求逐漸凸顯出來。因此，全景監(jiān)控也成為近年來視頻監(jiān)控行業(yè)的一個研究熱點。本文主要討論基于用戶不斷深入全景需求，全景攝像機都有哪些形態(tài)的發(fā)展以及技術(shù)的提升。

視頻拼接系統(tǒng)解決了全景監(jiān)控的有無問題

為解決用戶大場景的全景監(jiān)控需求，最初的方案是在監(jiān)控前端安裝多臺高分辨率攝像機，在監(jiān)控中心通過視頻拼接服務(wù)器進行圖像拼接，從而得到一幅廣域場景完整圖像。這種方案解決了全景監(jiān)控從無到有的問題，初步滿足了用戶的全景監(jiān)控的需求。

從視頻拼接系統(tǒng)拓撲圖不難看出，整個系統(tǒng)比較復雜，前端有多臺攝像機，后端有視頻拼接服務(wù)器，系統(tǒng)成本較高。另外系統(tǒng)的安裝調(diào)試也很復雜、后期維護量也很大，顯然這不是一個很好的全景監(jiān)控方案。因此，用戶提出了這樣的需求：單攝像機是否可以實現(xiàn)全景監(jiān)控？


圖一：視頻拼接系統(tǒng)

魚眼攝像機成為全景監(jiān)控的主流選擇

在用戶的單攝像機實現(xiàn)全景監(jiān)控的強烈需求下，魚眼全景攝像機問世，并憑借著360°全景監(jiān)控的巨大優(yōu)勢，迅速成為視頻監(jiān)控界的新寵，也成為了全景監(jiān)控的主流選擇。

魚眼攝像機即是搭配了魚眼鏡頭的攝像機，而魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭，其構(gòu)造仿照魚類眼睛，水平視角和垂直視角均可達180°（如圖二），因此魚眼攝像機可以實現(xiàn)360°無死角、全覆蓋的監(jiān)控效果。


圖二： 魚眼                     魚眼鏡頭

例如在會議室、教室、超市、大廳等需要全景監(jiān)控的場景，原本需要3~4臺普通攝像機安裝在不同角落才能實現(xiàn)全場景覆蓋，而現(xiàn)在一臺魚眼攝像機即可掌控全局（如圖三）。既然一臺魚眼攝像機即可代替多臺普通攝像機，并能達到一樣的監(jiān)控效果，為什么魚眼攝像機一直以來在市場中卻不溫不火呢？


圖三：魚眼攝像機效果圖

其實魚眼攝像機的應(yīng)用一直停留在全景監(jiān)控上，它只是滿足了用戶最基本的全景監(jiān)控需求，而對于細節(jié)的捕捉卻無法滿足人們的期望。由于魚眼鏡頭都是超短焦鏡頭，所以通過魚眼鏡頭所形成的圖像雖然視野范圍足夠大，但物體在畫面中比例非常小，細節(jié)自然不夠豐富。另外，圓形視角圖像并不符合人眼觀看習慣，并且周邊畫面畸變嚴重，細節(jié)更是無法獲得。

直至近年來，隨著EPTZ技術(shù)的應(yīng)用、圖像畸變矯正技術(shù)日趨成熟、以及超高清魚眼攝像機的出現(xiàn)，魚眼攝像機對于細節(jié)的獲取和呈現(xiàn)才開始符合用戶的預(yù)期。所謂EPTZ即是電子云臺，能對圖像進行放大和移動，達到類似云臺操作的效果，方便對一些細節(jié)進行查看。畸變矯正技術(shù)，則是通過算法把失真的魚眼圓形圖像盡量矯正成正常顯示的圖像（如圖四）。


圖四：圖三局部矯正圖像

然而在畸變矯正的過程中會裁剪掉畸變較大的局部圖像，從而造成全景圖像畫面的部分缺失，細節(jié)不全的結(jié)果，顯然這不是所有用戶都能接受的。同時，魚眼攝像機發(fā)展也存在一大瓶頸：分辨率很難提高。因為提高分辨率不只是簡單的提升Sensor和鏡頭，包括ISP的處理、視頻的編碼、網(wǎng)絡(luò)等因素都是需要整體考慮的，并且在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和工藝要求上，高分辨率魚眼攝像機要比普通魚眼攝像機嚴格數(shù)倍。

多鏡頭前端拼接全景拼接攝像機會成為趨勢？

作為用戶，我們希望的全景攝像機不僅能看得全，而且沒有畸變，希望能達到視頻拼接系統(tǒng)的效果：呈現(xiàn)一幅完整的180°的畫面、監(jiān)控場景盡收眼底、直觀而又清晰。

產(chǎn)品總是因需而變，于是一體化的前端拼接全景攝像機出現(xiàn)了。這種攝像機基于all in one的設(shè)計理念，在攝像機內(nèi)集成多個鏡頭，并且在攝像機內(nèi)完成多鏡頭的圖像拼接，直接輸出180°的全景畫面。目前主流的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是在攝像機內(nèi)封裝四個高清傳感器，以及四個獨立短焦距高清定焦鏡頭，圖像處理、拼接融合、壓縮編碼等核心技術(shù)均在前端攝像機固件上完成，再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控的后端，解碼后顯示出180°的全景畫面。

相比傳統(tǒng)的視頻拼接系統(tǒng)，這種一體化前端拼接全景攝像機不需要視頻拼接服務(wù)器，系統(tǒng)更加簡單，成本更低。在整體系統(tǒng)建設(shè)，安裝調(diào)試以及后期維護上，一體化前端拼接攝像機無疑具備不可忽視的巨大優(yōu)勢。相比占主流的魚眼全景攝像機，多鏡頭拼接全景攝像機的優(yōu)勢是一定程度上擺脫了焦距的限制，在相同條件下可以看清楚更遠的距離。因為魚眼鏡頭焦距一般都小于2mm，以保證獲得足夠大的視場角。而隨著拼接技術(shù)的成熟，多鏡頭拼接全景攝像機鏡頭焦距可從目前主流的5mm變得更大，看的距離更遠，看的細節(jié)更多。另外，多鏡頭前端拼接全景攝像機沒有了像素的限制，也存在中間與邊緣清晰度差距巨大這一問題。因此，綜合來看多鏡頭前端拼接全景攝像機將會成為大場景全景監(jiān)控的首選，也將是全景攝像機發(fā)展的一個趨勢。

然而，多鏡頭前端拼接全景攝像機看的場景更大，看得細節(jié)更多，看得更遠，但是當具體到人臉細節(jié)或車牌細節(jié)，顯然目前的多鏡頭前端拼接全景攝像機沒辦法獲得。而在一些大型十字路口、廣場、園區(qū)、機場等較大場景，我們希望看全的同時，還能看清細節(jié)。

單攝像機實現(xiàn)全景和細節(jié)全部掌控？

魚眼攝像機、多鏡頭前端拼接攝像機實現(xiàn)了用戶看全的監(jiān)控需求，而看清監(jiān)控場景內(nèi)的細節(jié)通常是采用支持光學變倍、支持PT功能的球型攝像機，要想兼顧全景和細節(jié)必須要兩者配合使用。那是否有一體化的攝像機能同時兼顧全景和細節(jié)呢？

攝像機的發(fā)展總是圍繞著用戶的需求，以用戶的實際需求作為產(chǎn)品設(shè)計出發(fā)點。在2015深圳安博會上就出現(xiàn)了能實現(xiàn)這一功能的產(chǎn)品：海康威視鷹眼系列DS-2DP0818Z-D（如圖五）。該產(chǎn)品設(shè)計獨特，采用“多水平全景攝像機+中心特寫跟蹤”的方案，上方四個星光級水平全景攝像機負責全景監(jiān)控，并在攝像機內(nèi)完成四鏡頭圖像拼接，輸出一幅180°的全景圖像；下方是負責捕獲細節(jié)的星光級特寫跟蹤球機。該產(chǎn)品也憑借著同時兼顧全景和細節(jié)的壓倒性優(yōu)勢問鼎有著中國安防行業(yè)產(chǎn)品評選第一獎之稱的“金鼎獎”。更值得一提的是，該產(chǎn)品支持全景畫面與特寫跟蹤畫面聯(lián)動，鼠標點擊或框選全景畫面的某移動目標，特寫鏡頭即可變倍跟蹤；或者通過設(shè)置智能偵測功能（如區(qū)域入侵、越界偵測等），當目標進入全景畫面觸發(fā)智能規(guī)則，特寫球機自動快速響應(yīng)進行放大跟蹤，以實現(xiàn)全景畫面和特寫跟蹤畫面的智能聯(lián)動。


圖五：?？低曻椦巯盗挟a(chǎn)品

單攝像機實現(xiàn)全景和細節(jié)的全部掌控，覆蓋全景，同時不錯過局部細節(jié)，這種一體化產(chǎn)品的出現(xiàn)，讓人眼前一亮，這種革命性的全景高清監(jiān)控也為安防用戶帶來了全然不同的新體驗?？梢灶A(yù)見不久的將來，這種一體化高清全景&特寫跟蹤攝像機會是大場景監(jiān)控的標配，比如機場、車站、廣場、體育場等需要全景監(jiān)控的場景，都會有它的身影。

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