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因需而变,全景摄像机发展浅析

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发表于 2016-5-27 09:48:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
 随着视频监控的快速发展,网络摄像机已经基本满足了用户的“超高清”、“全天候”、“超远距离”的监控需求,而随着监控行业市场不断精细化,全景监控的需求逐渐凸显出来。因此,全景监控也成为近年来视频监控行业的一个研究热点。本文主要讨论基于用户不断深入全景需求,全景摄像机都有哪些形态的发展以及技术的提升。

  视频拼接系统解决了全景监控的有无问题

  为解决用户大场景的全景监控需求,最初的方案是在监控前端安装多台高分辨率摄像机,在监控中心通过视频拼接服务器进行图像拼接,从而得到一幅广域场景完整图像。这种方案解决了全景监控从无到有的问题,初步满足了用户的全景监控的需求。

  从视频拼接系统拓扑图不难看出,整个系统比较复杂,前端有多台摄像机,后端有视频拼接服务器,系统成本较高。另外系统的安装调试也很复杂、后期维护量也很大,显然这不是一个很好的全景监控方案。因此,用户提出了这样的需求:单摄像机是否可以实现全景监控?


  图一:视频拼接系统

  鱼眼摄像机成为全景监控的主流选择

  在用户的单摄像机实现全景监控的强烈需求下,鱼眼全景摄像机问世,并凭借着360°全景监控的巨大优势,迅速成为视频监控界的新宠,也成为了全景监控的主流选择。

  鱼眼摄像机即是搭配了鱼眼镜头的摄像机,而鱼眼镜头是一种超广角的特殊镜头,其构造仿照鱼类眼睛,水平视角和垂直视角均可达180°(如图二),因此鱼眼摄像机可以实现360°无死角、全覆盖的监控效果。


  图二: 鱼眼      鱼眼镜头

  例如在会议室、教室、超市、大厅等需要全景监控的场景,原本需要3~4台普通摄像机安装在不同角落才能实现全场景覆盖,而现在一台鱼眼摄像机即可掌控全局(如图三)。既然一台鱼眼摄像机即可代替多台普通摄像机,并能达到一样的监控效果,为什么鱼眼摄像机一直以来在市场中却不温不火呢?


  图三:鱼眼摄像机效果图

  其实鱼眼摄像机的应用一直停留在全景监控上,它只是满足了用户最基本的全景监控需求,而对于细节的捕捉却无法满足人们的期望。由于鱼眼镜头都是超短焦镜头,所以通过鱼眼镜头所形成的图像虽然视野范围足够大,但物体在画面中比例非常小,细节自然不够丰富。另外,圆形视角图像并不符合人眼观看习惯,并且周边画面畸变严重,细节更是无法获得。

  直至近年来,随着EPTZ技术的应用、图像畸变矫正技术日趋成熟、以及超高清鱼眼摄像机的出现,鱼眼摄像机对于细节的获取和呈现才开始符合用户的预期。所谓EPTZ即是电子云台,能对图像进行放大和移动,达到类似云台操作的效果,方便对一些细节进行查看。畸变矫正技术,则是通过算法把失真的鱼眼圆形图像尽量矫正成正常显示的图像(如图四)。


  图四:图三局部矫正图像

  然而在畸变矫正的过程中会裁剪掉畸变较大的局部图像,从而造成全景图像画面的部分缺失,细节不全的结果,显然这不是所有用户都能接受的。同时,鱼眼摄像机发展也存在一大瓶颈:分辨率很难提高。因为提高分辨率不只是简单的提升Sensor和镜头,包括ISP的处理、视频的编码、网络等因素都是需要整体考虑的,并且在相应的结构和工艺要求上,高分辨率鱼眼摄像机要比普通鱼眼摄像机严格数倍。

  多镜头前端拼接全景拼接摄像机会成为趋势?

  作为用户,我们希望的全景摄像机不仅能看得全,而且没有畸变,希望能达到视频拼接系统的效果:呈现一幅完整的180°的画面、监控场景尽收眼底、直观而又清晰。

  产品总是因需而变,于是一体化的前端拼接全景摄像机出现了。这种摄像机基于all in one的设计理念,在摄像机内集成多个镜头,并且在摄像机内完成多镜头的图像拼接,直接输出180°的全景画面。目前主流的产品结构是在摄像机内封装四个高清传感器,以及四个独立短焦距高清定焦镜头,图像处理、拼接融合、压缩编码等核心技术均在前端摄像机固件上完成,再通过网络传输到视频监控的后端,解码后显示出180°的全景画面。

  相比传统的视频拼接系统,这种一体化前端拼接全景摄像机不需要视频拼接服务器,系统更加简单,成本更低。在整体系统建设,安装调试以及后期维护上,一体化前端拼接摄像机无疑具备不可忽视的巨大优势。相比占主流的鱼眼全景摄像机,多镜头拼接全景摄像机的优势是一定程度上摆脱了焦距的限制,在相同条件下可以看清楚更远的距离。因为鱼眼镜头焦距一般都小于2mm,以保证获得足够大的视场角。而随着拼接技术的成熟,多镜头拼接全景摄像机镜头焦距可从目前主流的5mm变得更大,看的距离更远,看的细节更多。另外,多镜头前端拼接全景摄像机没有了像素的限制,也存在中间与边缘清晰度差距巨大这一问题。因此,综合来看多镜头前端拼接全景摄像机将会成为大场景全景监控的首选,也将是全景摄像机发展的一个趋势。

  然而,多镜头前端拼接全景摄像机看的场景更大,看得细节更多,看得更远,但是当具体到人脸细节或车牌细节,显然目前的多镜头前端拼接全景摄像机没办法获得。而在一些大型十字路口、广场、园区、机场等较大场景,我们希望看全的同时,还能看清细节。

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