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鱼眼全景摄像机核心技术解析及分类

时间:2017-05-06 13:39  来源:   作者:  
全景摄像机望文生义是能够独立完成大范围无死角监控的摄像机,其概念与初级废品降生已久,但成熟商用产品直到08年才正式呈现。又由于目前国内安防方面的规范大多盘绕模仿与网络展开,故此关于全景摄像机还没有较为统一的规范定义,使得在详细到某些项目施行的过程中会存在认同度方面的问题。
 
总的说来,当下主流全景摄像机采用吊装与壁装方式可分别到达360°与180°的监控效果,而某些只要120°到130°视场角的摄像机,由于能到达客户对一个较为开阔面积的监控诉求,亦可被称为全景摄像机(广角全景摄像机)。
 
真正适用的高清全景摄像机能够取代很多传统监控设备的投入,但归根到底它只是一个“广角”摄像机,其景深与焦距都很小,特别是鱼眼全景摄像机,目前为止能看清人脸的监控范围半径为五米,故而不能自觉在看得多的同时苛求看得远。在实践项目应用中,大多会搭配传统摄像机一同运用,可在俭省硬件开支的大前提下,到达在纵览全局的同时重点监控特殊区域的目的。
 
上海普赛顿计算机技术有限公司市场部的高巍表示:“一台好的全景摄像机能够替代6至8台传统摄像机的应用,并可大大降低所触及的人工和维护本钱,关于产品相关的效劳本钱认知度,则是国内外用户最大的差异。也就是说国外用户对装置产品的数量和结果之间有比拟成熟的考量,相比之下,国内的应用则仍处于初级阶段。当然随同着相关推行的深化,将来全景摄像机的认可度必将得到提升,此差距亦将逐渐减少。”
 
分类
 
全景摄像机可分为两种,其一是由单传感器配套特殊的超广角鱼眼镜头,并依赖图像校正技术复原图像的鱼眼全景摄像机。出色的性价比令此类产品占领市场主流份额,但鱼眼镜头的特殊性会形成对传感器像素的必然糜费,并且其画面边缘畸变局部难以到达高明晰度,亦即限制了监控范围内的明晰度掩盖面积;另一种产品由多个传感器配合特制镜头组合完成全景功用,这类多镜头拼接全景摄像机由于各个传感器得到的都是常规矩形图像,故而不需求停止矫正操作,但相应的需求另一套可完成画面无缝拼接的算法软件,并且其对整套计划需求较高,亦即对镜头视场角与装置位置的设定都有严厉请求。又由于硬件上采用多镜头多传感器,故此类产品难以停止本钱控制,售价普遍高于鱼眼全景摄像机。
 
鱼眼全景摄像机
 
中国区总经理张乐庆把鱼眼镜头产品归结为如下三个开展阶段:
 
·初级阶段:产品只具备输出全景图像和四分屏画面的功用;
 
·中级阶段:输出的图像能停止一定的变形矫正和虚拟PTZ,但是变形和矫正的效果不佳,此外较低的分辨率(小于3百万像素)使图像处置后的明晰度效果欠佳,而传统的紧缩编码算法的运用也使得视频处置过于耗费PC效劳器的资源;
 
·高级阶段:产品分辨率可达3百万像素以上,并可以依据需求灵敏地停止图像变形矫正和虚拟PTZ。
 
鱼眼全景摄像机的架构并不复杂,只触及到鱼眼镜头与图像矫正软件。其中鱼眼镜头由于其前端如鱼眼般鼓起得名,应用于全景摄像机的鱼眼镜头焦距必需在2mm以下,目前市场上此类镜头产品相对而言已较为成熟。而鱼眼全景摄像机之所以成为高端技术产品,在于原始畸变饼图处置的难度,以及如何更好为后端监控人员提供人性化效劳,亦即图像矫正与虚拟ptz这两个中心技术的完成,由上文也可看出正是这两大技术决议着鱼眼全景摄像机的开展等级。
 
详细说来,只需有鱼眼镜头就能在后台得到全景图片,但此原始图像为畸变的圆形饼图,不契合人眼正常的察看习气,必需经过矫正以完成最终的两分屏或四分屏的监控需求。虚拟PTZ技术则给了用户犹如快球的监控体验——在没有机械部件的前提下完成对察看范围内恣意监控点的重点观测、图像旋转及放大等功用。
 
鱼眼全景摄像机三大中心技术
 
杭州海康威视数字技术股份有限公司产品经理于学海说:“图像矫正技术的思绪并不复杂,普通是从原始饼图拉出一个单独扇形,再依据比例及透视等原理停止一定变形及校正处置,拼合这些分别处置好的扇形图像便可得到契合监控需求的图像。关于需求不高的产品,可直接对圆形饼图停止简单四角拉伸,也能获得合适人眼观看的图像效果。”
 
固然详细到每一个厂家其中心算法必然会有所不同,但图像矫正技术的中心机想都是采用一定算法把边缘畸变严重的图形拉伸整合为合适观看的正常比例图像。其中所用算法的合理性、编程程度的上下及最终系统资源占用率共同决议了此算法的优劣。至于虚拟PTZ,其实就是在图像内部停止像素抓取,以完成放大与旋转等功用,比照校正算法它主要的艰难不是如何获得更为优秀的图片效果,而是如何更好地同时整合到前端固件与后端软件上,完成对事实与事后录像的双向虚拟控制。
 
依据这些中心技术完成的详细位置与方式,目前的鱼眼全景摄像机可进一步归结为如下三大类:
 
1、软件前端固件集成(软件方式
 
此类摄像机一切的功用完成软件,包括图像矫正、虚拟PTZ、智能部件以及紧缩算法等全部被集成在摄像机内部的固件上,将来的晋级亦只需对前端设置停止更新。与此同时,其后台pc亦可提供虚拟PTZ等功用,给予用户事后灵敏改动观看视角及偏重点的可能。又由于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,当触及到计算矩阵的问题时,会占领软件大量资源,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效劳器以及网络的资源。分离散布式架构,此类产品在应用到大中型项目时能最大水平减少后端效劳器的配置,普通来说即便大型项目也只需配置一个pc端效劳器,例如DAS、NAS等等。另一方面,由于前端固件在技术上的限制,估计此类全景摄像机最多只能处置到五百万像素。随着高清化的推进,能否打破此瓶颈将是这类全景摄像机今后最大的开展难题。
 
2、芯片前端完成(硬件方式
 
如今曾经有台湾厂商开发出可直接完成一定图像矫正及四分屏输出等根底功用的芯片产品,也就是对鱼眼全景摄像机有兴味的厂家,可直接集成此类芯片与鱼眼镜头便可得到产品。
 
此方式一切功用同样在前端完成,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存以及后续操作。在用户选定固有的功用之后,机器根据指令在前端摄像机内部处置好图片,进而输出到后端完成二分屏或四分屏效果。
 
这种方式的呈现给了一局部暂时不具备自主研发才能的厂家与全景摄像机“密切接触”的可能,也适用于一定范围的低端市场。但它一切功用被封装在废品芯片中,厂家难以进一步自主晋级,或者开发新的应用功用,更不允许用户在事后依据实践需求改动察看视角,或停止相应的剖析处置操作,具有很大的局限性。将来燃眉之急是提升此类型产品的灵敏性,思索能否可在芯片内部预留改写及晋级的空间。
 
3、后端软件完成
 
此类全景摄像机一切功用皆由装置在后端PC上的软件完成,前端摄像机只担任抓取图片,因而产品在本钱与售价上都有优势。
 
依赖后端PC强大的处置才能,此类产品没有明晰度晋级方面的瓶颈限制,在完成根本多分割显现、虚拟PTZ等功用的同时,原始图像的保存亦使得后期可停止更多的信息搜集与处置工作。可另一方面,此类产品对后端PC与网络资源耗费较高,应用在大型项目时需求配置更多后端效劳器。
 
多镜头全景摄像机是趋向?
 
多镜头全景摄像机
 
此类全景摄像机内部封装多个传感器,经过对分画面停止图像拼接操作得到全景效果。目前主流产品的构造是把四个两百万像素的传感器,以及视场角为45°或者90°的独立短焦镜头封装在统一的外壳中。其中数字处置与紧缩等中心技术被集成在前端固件上,将四个单独的画面按用户需求集成为180°或者360°的高清全景画面,再由网络传输到后端管理平台。相较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水平上摆脱了焦距的限制,在相同条件下能够看分明更远的间隔。同时其亦具有虚拟PTZ功用,可做到诸如周面裁剪,中间复原,坚持180°展开等功用,便当用户按监控重点调理画面。
 
应用工程师曹亚曦表示:“相比如今主流的鱼眼全景摄像机,多镜头拼接全景摄像机没有了像素的限制,更不会存在中间与边缘明晰度差距宏大这一问题。我们公司特别选用了安防行业专用的芯片,完整丢弃与安防没有关系的多余算法与空间糜费,其中底层算法更是自主研发。故此摄像机的图像拼接,紧缩固然都是在前端完成,但其速度及网络资源占用极少,这也将是这类型产品将来的开展趋向。”
 
由于多个镜头与传感器的运用,此类产品价钱高于鱼眼全景摄像机,但费用依然少于直接装置多个传统摄像机,同时其只要一个IP地址,便当软件受权处理问题。另一方面,此类产品虽防止了像素上的糜费,但拼接技术对整套计划的需求更高,其中视场角的选择,构造上如何相互圆满搭配,算法上如何更好的无缝拼接,都决议着此类产品在将来能否获得更好的开展。又由于镜头的配合无法到达物理上的圆满,故此在吊装时无法防止正下方会呈现一个锥形盲区。经过改良,摄像机内部镜头俯仰角度可调,装置时便可依据现场情况一定水平上减少这个盲区的影响,另一方面,当其装置高度到达三米以上时(最佳装置高度为三米到五米),摄像机产生的盲区大小根本与人体头部的大小类似,也就是对实践监控没有太大影响。
 
除了根底的镜头与中心技术,一台全景摄像机的好坏还依赖于其关于传感器的选择。假如所选传感器的像素太低,会直接影响矫正及拼接后画面的最终显现效果,反之若选用像素过高的传感器,又会对硬件形成过大的运算压力。并且根据不同的设计思绪与产品定位,有些主打室内监控的厂家并未设计红外监控功用,另一些则选择双镜头或者电子转换来完成夜间监控。
 
由于自身获取的信息量宏大,加上软件校正、拼接技术及虚拟PTZ对资源的占用,全景摄像机关于网络及后端系统的资源占用都大于普通摄像机。而前端处置方式关于网络与后端的压力虽小,但相应的前端资源耗费宏大,产品价钱也较高。反之后端软件完成规律考验着整个网络与后端效劳器的接受力,固然单独产品较廉价但配套的效劳器械需相应增加。因而在项目前期规划时就应该思索到整个网络及项目的接受才能,而非单独思索摄像机的投入。目前散布式架构被公以为最合适全景摄像机项目。
 
现状及将来
 
全景摄像机作为新颖产品,每年坚持大约百分之二十的固定增长,固然由于其本身特性的限制,将来不会有大范围的迸发式增长,但在某些行业可能会成为主流必需产品,在另一些行业则是可有可无的补充品。在目前的推行应用中,最紧要的难题是如何完成旧项目改造中的集成问题,以及如何更好宣传推行的问题。目前市场上能独立消费全景摄像机的厂家并不多,但是随着市场的承受度不时加大,必将有更多厂商参加到这块新颖市场的竞争中来。
 
奇偶信息科技(上海)有限公司销售部经理李欣坦言:“这种反动性的全景高清监控为安防带来了全然不同的新奇体验,但是需明白的是,全景摄像机并非万能,自觉比拟其明晰度与监控范围没有意义,只要对项目适用的全景摄像机才是好的摄像机。往常全景摄像机已在越来越多的范畴获得了实践应用,也在减省硬件投入等方面为一些项目带去了理想意义。当然其更多的应用会搭配到项目上,配合传统摄像机完成最佳监控效果。并且类同摄像机行业的整体开展趋向,在走向高清,网络与智能化的同时,其在外观、构造、防水性、防爆性等方面都将走向一个多元化的趋向。”

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