基于鱼眼镜头的全景高清监控摄像机

 　　全景视频监控是近几年视频监控领域新兴的监控模式，它是解决传统监控摄像机视场角限制的最有效方案。不过，对于全景监控方案的设计，目前市场上还是停留在采用多支摄像机或是高速球机所构建的全景视频监控系统，但无论是前者或后者，均不能实现真正意义上的全景无盲区监控。市场需求催生摄像机技术的不断提升，基于单摄像机实现全景监控的方案也就是全景摄像机是需求与技术相结合的产物，其也是对全景视频监控最好的诠释。
 

　　在当前的安防市场上，全景摄像机主要有两种类型，一种是基于超广角鱼眼镜头的全景摄像机，另一种是在单支摄像机中设计多个摄像头形成的全景成像，这两种类型全景摄像机虽然在技术与结构上都有区别，但两者的本质却是一样--实现全景监控。本文主要分析基于鱼眼镜头技术的全景摄像机，并从技术层面与应用层面探讨其呈现的特性。

　　“三合一”监控系统

　　在鱼眼全景监控系统中，只需要一台鱼眼全景摄像机即可实现全景无盲区监控，没有任何的机械部件，图像通过超广角的鱼眼镜头摄取监控现场的全景图像，根据安装方式的不同，可达到180度或360的全景画面，并通过内嵌或者是外置的图像处理软件将椭圆或圆形的变形图像修正为正常的视频图像。如果严格来讲，全景摄像机并不是一台摄像机，它是由鱼眼镜头+高清摄像机+图像处理软件构成的“三合一”全景监控系统。

　　这种特殊的摄像机称得上是对现有监控系统的改造与升级。一般的监控探头视场角度在60度-90度左右，如果监控场所有大范围的监控需求，就不得不依赖多支摄像头实现对监控区域的覆盖，这无疑会增加摄像头成本与安装成本，而且后端的显示与存储成本也会相应的增加；即便是球机可以通过云台实现360度全范围监控，但却不能达到同时监控360度的范围，而且在实际应用当中，多数球机都通过设置预置位对场景进行监控，难以避免重要事件被“漏控”的情况出现。随着视频监控盲点越发不被人们所忍受，市场对无盲点视频监控系统的要求也愈来愈烈。而全景摄像机的出现可在真正意义上消除监控盲区，确保视频的可靠性、完整性，对用户乃至对社会而言意义非凡。

　　关键技术造就独有特性

　　上述提到全景摄像机是由鱼眼镜头搭配高清模块到后端的图像处理模块构成无任何机械的全景监控系统，这也是从侧面角度反应了全景摄像机的关键技术所在。具体而言，全景摄像机相比其他种类摄像机所呈现的技术差异化与特性体现在鱼眼镜头技术、高分辨率、后期软件较正技术、虚拟PTZ技术。

　　鱼眼镜头技术

　　鱼眼镜头是构建全景视觉最简单有效的方法之一，它的突出特点是一次性可摄入超过180度视角内所有的信息，从而达到无盲区效果。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。它是一种短焦距镜头，一般焦距在F=6-16mm之间，根据光学成像原理，短焦距才能呈现出大视场的监控效果。
 

　　常见的鱼眼镜头有两种，一种是圆形成像，一种是矩形成像。前者可摄的三维角度相比后者要大，目前大多数全景摄像机选用的鱼眼镜头均是第一种，因为其三维视角可达到360度x180度，达到理想的全景视角。虽然视场角提供了无与伦比的享受，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。

　　鱼眼图像较正技术

　　通过鱼眼镜头采集的图像会出现严重的变形失真情况，概括而言，鱼眼图像失真可分为三种：径向失真、非正交失真与中心偏移。径向失真是由于鱼眼镜头径向曲率的不规则引起；非正交失真是由于鱼眼光轴与传感器平面不能完全正交所致；中心偏移是由于鱼眼镜头光轴不可能正好穿过传感器的中心产生的。不可避免的失真现象会让人难以辨别视频监控图像，也不符合人们正常的视觉习惯，所以鱼眼较正技术变得尤为重要。目前，主要的较正方式有两种：一是需要PC基于软件对鱼眼桶形畸变视频进行修正，另一种是基于监控前端的解决方案。

　　基于PC的软件校正：这种较正技术是早期也是大多数厂家沿用至今的图像修正技术，通过PC上的修正软件对变形的图像进行处理，最后得到一种或多种视角的正常矩形图像，虽然可以改善图像效果，但在实际的监控应用中，要想在PC软件处理图像的同时获得实时视频基本是不可能实现；另外，增加一台PC也就等于增加了系统成本。
 

　　基于监控前端的较正技术：该技术是将鱼眼视频修正算法加入到前端全景摄像机SoC当中或另加一块具备鱼眼修正算法的FPGA编程逻辑芯片，也就相当于在前端摄像机内部加载鱼眼图像处理软件。前端CCD或CMOS透过鱼眼采集到变形图像，经过芯片处理，最后以标准矩形输出并提供经校正的图像，一般可以得到一个360度或两个180度的高分辨率画面或四个90度的标准分辨率画面，也可同时呈现，处理后的画面清晰可辨，也符合人们的观看习惯。这种处理方式可直接往后端传输正常的图像，不仅可以减轻网络带宽压力和磁盘存储压力，也可降低后端平台软件的负荷。

　　高分辨率

　　谈到全景摄像机，离不开“高清”赋予它的另一层意义。高分辨率的图像传感器对于全景摄像机而言是不可或缺，因其本身在视场角得天独厚的优势令其拥有丰富强大的视频信息，所以信息处理量就非常大，如果传感器分辨率不够高的话，图像放大后用户就会看得不够清晰，这样即便是拥有无盲点监控优势却不能够辨别监控物体，不得不让人觉得形同虚设。所以市场上少则200万像素，高则300万像素、500万像素的高清分辨率产品比比皆是，为用户呈现的是一场全景高清的视觉盛宴，也是安防高清时代对于高清摄像机的应用升级

　　虚拟PTZ技术

　　虚拟PTZ是全景摄像机独有的技术特性，该技术使得用户可以查看图像的任何细节部分，相当于在一个详细的地图上我们用放大镜可以找到所需的一切，类似于高速球机的云台控制，但其却无任何机械部件，在很大程度上减少设备功耗与发热，减少器件损耗，延长设备和系统的使用寿命。

　　填补市场空缺前景广阔

　　相比传统的视频监控探头，全景摄像机属于“小弟”级产品，虽然它的强势出炉对安防监控市场产生了一定震撼力，但其市场铺设与民众接受程度并未见成熟，市场需求还处于萌芽阶段，所以在应用层面上并不太理想。当然，这并不能否认其发展态势，毕竟全景摄像机可以填补特定监控场所因视场角受限而需要跟换前端探头的市场空缺，恰恰这个空缺也只有全景摄像机产品能胜任。
 

　　全景摄像机特殊的构造造就其独有的无盲区监控，让其在民用、商用、警用或是特殊领域中的应用都十分适合。具体而言，全景摄像机的实际应用需求一般可分为高分辨率监控需求和标准分辨率监控需求。高分辨率的场所是指在那些容易发生抢劫、盗窃等安全事件的场合，如银行、商场、超市等，这类场所需要高清晰的图像画质，不仅需要将整个作案过程全景监控录像，更需要清晰的辨认嫌疑人的面孔，对后期的刑侦调查提供便利。标准分辨率的监控场所只要求监控全范围局势，对视频细节要求不高，如空旷的广场、运动场馆、大范围的公共场所、交通路口、交通枢纽等。这类场所只需要有清晰的大范围监控画面从而实现监控调度即可，对视频质量要求并不高，而且也很难专为监控摄像机建立太多的支点，所以在制高点设置一台全景摄像机完全可以满足应用需求。

　　上述的两种监控需求也不全然是固定的模式，应用环境也是重要的决定性因素。在室内场合的应用如展厅、仓库、办公室大厅、4S店等对摄像机的防护性要求普通达标即可，但在诸如电站、煤矿、银行保险库、重要机房等或是炎热干旱地区、多雨多雾地区的监控场所，就需要全景摄像机具备耐高低温、防暴性、防水等防护性能达到一定的标准，这是对机器一项耐受性能的挑战。

　　技术与应用的发展推动

　　虽然全景摄像机问世时间不长，但观近两年各地安防展会上展示全景摄像机的厂商却在逐年增多，这种现象很好的喻示了全景摄像机的市场正在逐步开花。不过，我们也要意识到全景摄像机技术和应用上存在的短板。在技术层面上，受限于鱼眼镜头的特殊结构，监控距离短是其致命的缺陷，对此厂商也是无能为力，只能在清晰度上下功夫，但高清视频意味着更高的带宽与更大的存储，这也是不得不考虑的问题；在应用层面上，用户对全景摄像机认知的不足与昂贵的造价是市场推广缓慢的主要原因，单是鱼眼镜头造价就比普通的摄像机要昂贵许多，即便全景摄像机是理想的全景监控产品，但客户在成本面前却不得不低头。

　　所以，对于全景摄像机的前景发展，抛开客观存在的缺陷，我们需要理性的去定位全景摄像机，从而在技术与应用上扬长避短，充分利用其特殊的优势。

　　在技术上，更高的分辨率在全景摄像机的体现是毋庸置疑的，它不仅可以让机器得到更清晰的图像，还可以通过虚拟PTZ看到任何细节；另外，可通过全景摄像机与烟感探头、开关量报警、火宅报警、红外探测器等各种传感器进行防盗报警联动，在全景画面中可迅速定位；全景摄像机结合智能视频分析模块可达到最优化的事件逻辑判断，如移动侦测、事件计数、丢失报警、越线报警等，还有智能视频录制，当发生相应的触发事件时才对监控画面进行录制，可在很大程度上减少后端的存储压力；全景摄像机全天候的生存能力，中国是个地域辽阔的国家，东西南北气候差异极大，夏天南方的道路温度可以达到60度，冬天漠河的最低气温可以达到零下40多度。南方的梅雨季节或夏天的雨后，空气的相对湿度达90%以上，这就要求户外的摄象机有足够的生存能力。

　　在应用上，加大市场宣传力度是必然的，这样即可加深用户对全景摄像机的认知度，也可潜移默化的使用户接受全景摄像机，才能便于全景摄像机市场的推动和深入发展。当全景摄像机逐步得到普及应用时，产量的增加与同行之间的竞争迫使全景摄像机产品不得不对价格进行调整，而只有价格控制在一定范围内时，全景摄像机才能实现全面开花。
 

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