浅析鱼眼全景摄像机的类别与核心
——鱼眼全景摄像机的类别与核心
- 来源：中国安防展览网整理 作者：编辑部
- 2014/3/13 11:13:233021
鱼眼全景摄像机类别
鱼眼全景摄像机由单传感器配套特殊的超广角鱼眼镜头组成，并依赖图像校正技术还原图像的鱼眼全景摄像机。出色的性价比令此类产品占据市场主流份额，但鱼眼镜头的特殊性会造成对传感器像素的必然浪费，并且其画面边缘畸变部分难以达到高清晰度，亦即限制了监控范围内的清晰度覆盖面积；依据鱼眼摄像机的核心技术实现的具体位置与方式，目前可进一步归纳为如下三大类：
1、软件前端固件集成（软件方式）
此类摄像机所有的功能实现软件，包括图像矫正、虚拟PTZ、智能部件以及压缩算法等全部被集成在摄像机内部的固件上，未来的升级亦只需对前端设置进行更新。与此同时，其后台pc亦可提供虚拟PTZ等功能，给予用户事后灵活改变观看视角及侧重点的可能。又因为相同计算量在硬件晶体与软件PC上的负荷量区别很大(同一个运算任务，当涉及到计算矩阵的问题时，会占据软件大量资源，硬件晶体上的运算则相对更快。)，所以这种前端集成方式大大释放了后端服务器以及网络的资源。结合分布式架构，此类产品在应用到大中型项目时能大程度减少后端服务器的配置，一般来说即使大型项目也只需配置一个pc端服务器，例如DAS、NAS等等。另一方面，由于前端固件在技术上的限制，预计此类全景摄像机多只能处理到五百万像素。随着高清化的推进，能否突破此瓶颈将是这类全景摄像机今后大的发展难题。
2、芯片前端实现（硬件方式）
现在已经有中国台湾厂商开发出可直接实现一定图像矫正及四分屏输出等基础功能的芯片产品，也就是对鱼眼全景摄像机有兴趣的厂家，可直接集成此类芯片与鱼眼镜头便可得到产品。此方式所有功能同样在前端实现，但不同于软件前端固件集成的是它不允许对原始图像的保留以及后续操作。在用户选定固有的功能之后，机器依据指令在前端摄像机内部处理好图片，进而输出到后端实现二分屏或四分屏效果。
这种方式的出现给了一部分暂时不具备自主研发能力的厂家与全景摄像机“亲密接触”的可能，也适用于一定范围的低端市场。但它所有功能被封装在成品芯片中，厂家难以进一步自主升级，或者开发新的应用功能，更不允许用户在事后根据实际需要改变观察视角，或进行相应的分析处理操作，具有很大的局限性。未来当务之急是提升此类型产品的灵活性，考虑是否可在芯片内部预留改写及升级的空间。
3、后端软件实现
此类全景摄像机所有功能皆由安装在后端PC上的软件实现，前端摄像机只负责抓取图片，因此产品在成本与售价上都有优势。
依赖后端PC强大的处理能力，此类产品没有清晰度升级方面的瓶颈限制，在实现基本多分割显示、虚拟PTZ等功能的同时，原始图像的保留亦使得后期可进行更多的信息收集与处理工作。可另一方面，此类产品对后端PC与网络资源消耗较高，应用在大型项目时需要配置更多后端服务器。
鱼眼全景摄像机的核心
核心算法
上核心图像处理算法这块，直接影响系统资源占有率，直接影响码流、带宽和存储。核心算法的好坏直接影像图像边缘弯曲的矫正，场景的分割，虚拟PTZ、转动、放大，这些都是由核心算法带动的。
鱼眼镜头所成的像，由于景深曲率的影响，图像的畸变十分严重，不符合正常视觉感受。故需要图像矫正技术消除鱼眼镜头畸变。图像矫正技术的思路并不复杂，一般是从原始饼图拉出一个单独扇形，再根据比例及透视等原理进行一定变形及校正处理，拼合这些分别处理好的扇形图像便可得到符合监控需求的图像。对于需求不高的产品，可直接对圆形饼图进行简单四角拉伸，也能取得适合人眼观看的图像效果。
虽然具体到每一个厂家其核心算法必然会有所不同，但图像矫正技术的中心思想都是采用一定算法把边缘畸变严重的图形拉伸整合为适合观看的正常比例图像。其中所用算法的合理性、编程水平的高低及终系统资源占用率共同决定了此算法的优劣。至于虚拟PTZ，其实就是在图像内部进行像素抓取，以实现放大与旋转等功能，对比校正算法它主要的困难不是如何取得更为的图片效果，而是如何更好地同时整合到前端固件与后端软件上，实现对事实与事后录像的双向虚拟控制。
鱼眼镜头
镜头的选择将决定图像质量的性能上限，采集到的数据不清晰，后处理再强也不能“虚构”像素。从特性而言，鱼眼镜头是一种超广角的特殊镜头，这种摄影镜头的前镜片直径且呈抛物状向镜头前部凸出，其视觉效果类似于鱼眼观察水面上的景物。虽然视场角提供了的享受，但却是以牺牲原有监控画面为前提获得的，鱼眼镜头这种变形的图像一般称之为桶形畸变，这种畸变会随着视场角的扩大而严重，不过，这也是一种合理现象。杭州普维光电技术有限公司总经理李捷表示：“鱼眼镜头是按照折射光学原理设计，一种有多块折射透镜组合而成的超广角镜头，能够对超过2π立体角空间进行拍摄，但是视场角和角分辨的设计受到制约。典型的表现就是靠近光轴的中央区域的目标角分辨很较高，但是远离光轴的边缘区域的目标角分辨率太低(边缘图像严重压缩)”
电子PTZ
电子PTZ是基于IP的全景摄像机的一个亮点功能，不同于其他摄像机的云台控制，可以放大或移动监控视野内的图像区域，当转变方向观察另一个图像区域时，不会发出任何噪音，隐秘且不易察觉。全景摄像机的PTZ不需要机械部件的参与，提高了产品的寿命和可靠性，同时其技术特点可以保证有多个PTZ的窗口可以被同时预览，颠覆了PTZ在传统摄像机上只能分时观察不同区域的理解。
鱼眼全景摄像机场所应用
根据实际参与项目经验而言，通常需要进行全景监控主要应用主要有以下几种情况。
1、只需要监控整个场所全范围局势的，不需要细节的场合，如大范围的公共场所、交通枢钮、交通路口。由于这些地方视野开阔，宽度有些甚至达到在百米以上，在看清全景图像实现调度的同时，不可能也没有精力再看清车辆牌照号码等细节。
这些场合只需要在制高点安装一台摄像机即可实现全景监控，这个时候采用一台鱼眼摄像机即可以满足一个场所内的全景监控。
2、在特别注重细节的监控场所，同时实现无死角监控，如银行、超市、商场。在这些容易发生抢劫、偷窃安全事件的场所，*的面孔要看的越细越清越好。
这不仅需要监控整个作案的全景过程，更需要每个人的有别于其他人的任何特征。
3、不仅需要监控全局局势，而且还要重点突出有特殊情况，提前预警调取发生事件画面，这样具备全景基本功能的同时又达到重点突出的效果，也算一个特色，同时实现监控效果与成本兼顾。
采用低分辩率全景摄像机监控，通过内置监控行为算法软件，再配合自动云台摄像机，实现全景监控基本功能和重点图像抓取。通过软件计算分析全景视频画面，如果出现预设的视频画面，如无人区突然出现有移动目标，广场上人员奔跑，车辆事故，由软件操作配合的带自动云台的特写摄像机重点监控。
4、还有一种所谓的全景监控好理解，即为了实现整个场景的监控，从不同角度安装多个摄像机，这对用户而言是一笔不小的预算，因此也不经济。
同时由多个摄像机捕获的视频画面，由于各画面间关联性较差，给操作者对监控范围内的某一运动物体的连续监控带来了一定的难度。