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超大范围无死角 鱼眼摄像机应用分析
2016/4/29 9:06:00      来源:《中国安防》    作者:陈乾
 监控的价值归根结底在于其实用性上,再花哨的功能如果实用性差就不会被用户认可,因此提高整体画面的分辨率和鱼眼配合球机实现鱼球联动这两个提高画面实用性的方法会是新一代鱼眼摄像机的着力点。


  引言

  监控的价值归根结底在于其实用性上,再花哨的功能如果实用性差就不会被用户认可,因此提高整体画面的分辨率和鱼眼配合球机实现鱼球联动这两个提高画面实用性的方法会是新一代鱼眼摄像机的着力点。宇视在2013年就推出了自研的4K超高清摄像机,在高分辨率摄像机的研发上先人一步,并且对于鱼眼技术也做了长期、深入的研究,今年推出的鱼眼摄像机方案,除了将鱼眼摄像机的分辨率提升到1200万像素外,还支持准确的鱼球联动效果,在实现超大范围监控的同时,依然能兼顾画面中的细节,是目前鱼眼摄像机之最。

  一、鱼眼摄像机的源起

  全景监控摄像机,顾名思义,是可以实现大范围覆盖的监控摄像机,其需求及产品最先来自国外,之后国内安防企业逐渐打开海外市场,在产品形态上渐渐补齐,全景摄像机开始进入大众视野。目前就其功能、性能而言,国产和外企的全景摄像机产品相差无几。

  根据结构不同,全景摄像机可以分为多镜头拼接摄像机和单镜头鱼眼摄像机两大类。

  多镜头拼接摄像机一般采用多个定焦镜头及配套成像系统,最终拼接成180°或360°全景图像,画面分辨率甚至超过1000万像素。但多镜头拼接摄像机一般体积较大,需要考虑安装位置等因素,而且普遍价格比较昂贵,一般只应用在广场、体育场、机场等高点全景监控场景。

  相比多镜头拼接摄像机,鱼眼摄像机由单镜头成像,像素相对偏低,但具有隐蔽性方面的优势,同时价格也相对低很多,所以鱼眼摄像机应用更加广泛,在智能楼宇、连锁店、商场、超市等场所经常能看到鱼眼的身影。鱼眼摄像机不仅能满足这类场所的无死角监控需求,同时也可应用于道路、十字路口,做全方向监控。由于应用广泛,鱼眼摄像机几乎成了全景摄像机的代名词。

  二、鱼眼摄像机优劣势分析

  普通的监控摄像机视野都较小,而且在摄像机安装正下方都容易形成盲区,若要实现360°全覆盖,必须要通过安装不同角度的多个点位配合才行,这样一来,一方面增加了设备成本,同时也大大增加了施工难度。

  此外,由于多个摄像机的角度不同,覆盖视野间存在重叠或隔断,当目标在区域内移动时,就会在多个画面之间穿越,容易造成视觉错乱,而且一旦发生事件,还需要从不同摄像机的录像中去提取相关片段拼接成一个完整的事件录像,这些都很影响用户的实际体验。

  而鱼眼摄像机可以很好地解决这些问题,这主要依赖于鱼眼镜头。鱼眼镜头是一种特殊的超广角镜头,超短焦距造成的桶形畸变,使图像形成一个圆形,能实现 360°全向无死角覆盖,以便对全局事态一目了然。一般在区域正中间安装鱼眼后,就能对整个区域实现无死角监控,如图1所示。


  图1 单鱼眼实现360°全景覆盖

  既然鱼眼摄像机相较于普通摄像机存在这么多优势,为什么一直以来在市场中却不温不火呢?

  原来,很多鱼眼摄像机虽然覆盖了超大范围,但很多鱼眼设备本身的分辨率还停留在300万像素,导致图像清晰度不足,同时,鱼眼镜头由于焦距非常小,在带来360°视野的同时,物体在画面中的比例也很小,细节就很不清晰。而在某些地方,鱼眼桶形畸变画面与人们的观看习惯也不一致,并不被认可。

  三、鱼眼摄像机核心技术分析

  直到近几年,随着畸变矫正技术趋于成熟和e-PTZ技术的运用,鱼眼摄像机对细节的呈现开始符合人们的预期,画面实用性提升,又逐渐进入大众的视野。

  所谓畸变矫正,是通过算法把圆形画面周边失真的图像尽量恢复到正常显示效果,此时画面覆盖范围有一定损失,但图像会更贴近人们的观看习惯。而鱼眼摄像机在吸顶或者壁装时,关注的监控范围不同,矫正算法也不同,其效果也不尽相同,图2和图3所示分别为吸顶鱼眼矫正效果和壁装鱼眼矫正效果。


  图2 吸顶鱼眼矫正效果


  图3 壁装鱼眼矫正效果

  而e-PTZ功能是为了方便人们对一些细节进行查看,满足对图像的转动、放大的需求。但不同于真实的云台控制,鱼眼在放大或移动监控视野内的图像区域时,完全基于软件算法控制,并没有机械部件参与,所以不会有任何噪声,隐秘且不易被察觉。此外,其技术特点能确保同时有多个PTZ窗口可以被预览,这也与传统云台设备只能分时观察不同区域不同,图4所示即为鱼眼摄像机4个e-PTZ画面的效果。


  图4 鱼眼摄像机4个e-PTZ画面效果

  那么除了传统的畸变校正和e-PTZ,是否还有其他方式能提高其画面的实用性呢?答案当然是肯定的。

  第一个方法是提高整体画面的分辨率。分辨率高的鱼眼摄像机能用更多的像素点去展现相同的场景,自然就能有效提高画面中的细节呈现,配合e-PTZ功能越发能提高画面的实用性。目前市面上的鱼眼摄像机分辨率主要集中在300万到500万之间,随着4K技术开始火热,超高清鱼眼摄像机的出现也是必然。

  第二个方法是鱼眼配合球机实现鱼球联动。前文提过,鱼眼摄像机虽然监控范围超大,但细节呈现不足;而球机正好相反,通过光学变倍和云台转动,可以非常清晰地呈现细节,但在关注细节的同时不能兼顾全局。两者相结合,可以达到1+1>2的效果,通过鱼眼摄像机监控全局,一旦发现感兴趣目标时联动球机对目标进行放大查看细节。相较于鱼眼摄像机自身的e-PTZ放大效果,球机光学变倍放大的效果会更清晰,能看清的范围也更大,当然由于鱼眼摄像机形成的全局画面有严重畸变,所以必须提供非常准确的联动算法,才能确保在鱼眼畸变区域联动球机时,球机画面能准确对准用户关心的细节,图5所示为杭州动漫节时鱼球联动的实际效果图。


  图5 杭州动漫节鱼球联动效果图

  四、鱼眼摄像机未来的发展方向

  在以上这些核心技术的基础上,是否还能做到更进一步?全景监控的未来发展方向会是哪里?

  其实这个命题完全可以扩大到整个视频监控行业,在很大程度上,摄像机的产品发展方向是和视频监控行业的发展方向完全匹配的。现在的视频监控业务已经不局限于传统的安防监控,我们进入了更多的细分行业,做管理可视化——停车场管理、人员管控……相对应地,在摄像机上也会集成更多的“业务”——车牌/车位识别判断、人数统计/人脸抓拍/密度分析……

  那么,结合鱼眼的常见应用场景我们是否可以做更多的“业务”?现在比较常见的一种应用是鱼眼热力图,这也是鱼眼应用较多的商场、超市场景中的需求推动的。通过热力图可以直观地看到各个区域的人流量情况,非常便于统计哪个区域的商品比较热销,这为商品的销售策略调整、货架摆放调整等等提供了很好的参考。

  相信这一类与具体业务应用相结合的技术会是鱼眼摄像机未来的发展方向。

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编辑:侯雨婷
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