環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)因需而變，全景攝像機(jī)發(fā)展淺析

隨著視頻監(jiān)控的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已經(jīng)基本滿足了用戶的“超高清”、“全天候”、“超遠(yuǎn)距離”的監(jiān)控需求，而隨著監(jiān)控行業(yè)市場(chǎng)不斷精細(xì)化，全景監(jiān)控的需 求逐漸凸顯出來。因此，全景監(jiān)控也成為近年來視頻監(jiān)控行業(yè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文主要討論基于用戶不斷深入全景需求，全景攝像機(jī)都有哪些形態(tài)的發(fā)展以及技術(shù)的提升。

視頻拼接系統(tǒng)解決了全景監(jiān)控的有無問題

為解決用戶大場(chǎng)景的全景監(jiān)控需求，最初的方案是在監(jiān)控前端安裝多臺(tái)高分辨率攝像機(jī)，在監(jiān)控中心通過視頻拼接服務(wù)器進(jìn)行圖像拼接，從而得到一幅廣域場(chǎng)景完整圖像。這種方案解決了全景監(jiān)控從無到有的問題，初步滿足了用戶的全景監(jiān)控的需求。

從視頻拼接系統(tǒng)拓?fù)鋱D不難看出，整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜，前端有多臺(tái)攝像機(jī)，后端有視頻拼接服務(wù)器，系統(tǒng)成本較高。另外系統(tǒng)的安裝調(diào)試也很復(fù)雜、后期維護(hù)量也很大，顯然這不是一個(gè)很好的全景監(jiān)控方案。因此，用戶提出了這樣的需求：?jiǎn)螖z像機(jī)是否可以實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控？

圖一：視頻拼接系統(tǒng)

魚眼攝像機(jī)成為全景監(jiān)控的主流選擇

在用戶的單攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控的強(qiáng)烈需求下，魚眼全景攝像機(jī)問世，并憑借著360°全景監(jiān)控的巨大優(yōu)勢(shì)，迅速成為視頻監(jiān)控界的新寵，也成為了全景監(jiān)控的主流選擇。

魚眼攝像機(jī)即是搭配了魚眼鏡頭的攝像機(jī)，而魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭，其構(gòu)造仿照魚類眼睛，水平視角和垂直視角均可達(dá)180°（如圖二），因此魚眼攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)360°無死角、全覆蓋的監(jiān)控效果。

圖二：魚眼鏡頭

例如在會(huì)議室、教室、超市、大廳等需要全景監(jiān)控的場(chǎng)景，原本需要3~4臺(tái)普通攝像機(jī)安裝在不同角落才能實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景覆蓋，而現(xiàn)在一臺(tái)魚眼攝像機(jī)即可掌控全局 （如圖三）。既然一臺(tái)魚眼攝像機(jī)即可代替多臺(tái)普通攝像機(jī)，并能達(dá)到一樣的監(jiān)控效果，為什么魚眼攝像機(jī)一直以來在市場(chǎng)中卻不溫不火呢？

圖三：魚眼攝像機(jī)效果圖

其實(shí)魚眼攝像機(jī)的應(yīng)用一直停留在全景監(jiān)控上，它只是滿足了用戶最基本的全景監(jiān)控需求，而對(duì)于細(xì)節(jié)的捕捉卻無法滿足人們的期望。由于魚眼鏡頭都是超短焦鏡 頭，所以通過魚眼鏡頭所形成的圖像雖然視野范圍足夠大，但物體在畫面中比例非常小，細(xì)節(jié)自然不夠豐富。另外，圓形視角圖像并不符合人眼觀看習(xí)慣，并且周邊 畫面畸變嚴(yán)重，細(xì)節(jié)更是無法獲得。

直至近年來，隨著EPTZ技術(shù)的應(yīng)用、圖像畸變矯正技術(shù)日趨成熟、以及超高清魚眼攝像機(jī)的出現(xiàn)，魚眼攝像機(jī)對(duì)于細(xì)節(jié)的獲取和呈現(xiàn)才開始符合用戶的預(yù)期。所 謂EPTZ即是電子云臺(tái)，能對(duì)圖像進(jìn)行放大和移動(dòng)，達(dá)到類似云臺(tái)操作的效果，方便對(duì)一些細(xì)節(jié)進(jìn)行查看。畸變矯正技術(shù)，則是通過算法把失真的魚眼圓形圖像盡 量矯正成正常顯示的圖像（如圖四）。

圖四：圖三局部矯正圖像

然而在畸變矯正的過程中會(huì)裁剪掉畸變較大的局部圖像，從而造成全景圖像畫面的部分缺失，細(xì)節(jié)不全的結(jié)果，顯然這不是所有用戶都能接受的。同時(shí)，魚眼攝像機(jī) 發(fā)展也存在一大瓶頸：分辨率很難提高。因?yàn)樘岣叻直媛什恢皇呛?jiǎn)單的提升Sensor和鏡頭，包括ISP的處理、視頻的編碼、網(wǎng)絡(luò)等因素都是需要整體考慮 的，并且在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和工藝要求上，高分辨率魚眼攝像機(jī)要比普通魚眼攝像機(jī)嚴(yán)格數(shù)倍。

多鏡頭前端拼接全景拼接攝像機(jī)會(huì)成為趨勢(shì)？

作為用戶，我們希望的全景攝像機(jī)不僅能看得全，而且沒有畸變，希望能達(dá)到視頻拼接系統(tǒng)的效果：呈現(xiàn)一幅完整的180°的畫面、監(jiān)控場(chǎng)景盡收眼底、直觀而又清晰。

產(chǎn)品總是因需而變，于是一體化的前端拼接全景攝像機(jī)出現(xiàn)了。這種攝像機(jī)基于all in one的設(shè)計(jì)理念，在攝像機(jī)內(nèi)集成多個(gè)鏡頭，并且在攝像機(jī)內(nèi)完成多鏡頭的圖像拼接，直接輸出180°的全景畫面。目前主流的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是在攝像機(jī)內(nèi)封裝四個(gè)高清傳感器，以及四個(gè)獨(dú)立短焦距高清定焦鏡頭，圖像處理、拼接融合、壓縮編碼等核心技術(shù)均 在前端攝像機(jī)固件上完成，再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控的后端，解碼后顯示出180°的全景畫面。

相比傳統(tǒng)的視頻拼接系統(tǒng)，這種一體化前端拼接全景攝像機(jī)不需要視頻拼接服務(wù)器，系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，成本更低。在整體系統(tǒng)建設(shè)，安裝調(diào)試以及后期維護(hù)上，一體化 前端拼接攝像機(jī)無疑具備不可忽視的巨大優(yōu)勢(shì)。相比占主流的魚眼全景攝像機(jī)，多鏡頭拼接全景攝像機(jī)的優(yōu)勢(shì)是一定程度上擺脫了焦距的限制，在相同條件下可以看 清楚更遠(yuǎn)的距離。因?yàn)轸~眼鏡頭焦距一般都小于2mm，以保證獲得足夠大的視場(chǎng)角。而隨著拼接技術(shù)的成熟，多鏡頭拼接全景攝像機(jī)鏡頭焦距可從目前主流的 5mm變得更大，看的距離更遠(yuǎn)，看的細(xì)節(jié)更多。另外，多鏡頭前端拼接全景攝像機(jī)沒有了像素的限制，也存在中間與邊緣清晰度差距巨大這一問題。因此，綜合來 看多鏡頭前端拼接全景攝像機(jī)將會(huì)成為大場(chǎng)景全景監(jiān)控的首選，也將是全景攝像機(jī)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

然而，多鏡頭前端拼接全景攝像機(jī)看的場(chǎng)景更大，看得細(xì)節(jié)更多，看得更遠(yuǎn)，但是當(dāng)具體到人臉細(xì)節(jié)或車牌細(xì)節(jié)，顯然目前的多鏡頭前端拼接全景攝像機(jī)沒辦法獲得。而在一些大型十字路口、廣場(chǎng)、園區(qū)、機(jī)場(chǎng)等較大場(chǎng)景，我們希望看全的同時(shí)，還能看清細(xì)節(jié)。

單攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)全景和細(xì)節(jié)全部掌控？

魚眼攝像機(jī)、多鏡頭前端拼接攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了用戶看全的監(jiān)控需求，而看清監(jiān)控場(chǎng)景內(nèi)的細(xì)節(jié)通常是采用支持光學(xué)變倍、支持PT功能的球型攝像機(jī)，要想兼顧全景和細(xì)節(jié)必須要兩者配合使用。那是否有一體化的攝像機(jī)能同時(shí)兼顧全景和細(xì)節(jié)呢？

攝像機(jī)的發(fā)展總是圍繞著用戶的需求，以用戶的實(shí)際需求作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)。在2015深圳安博會(huì)上就出現(xiàn)了能實(shí)現(xiàn)這一功能的產(chǎn)品：?？低曻椦巯盗蠨S- 2DP0818Z-D（如圖五）。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)獨(dú)特，采用“多水平全景攝像機(jī)+中心特寫跟蹤”的方案，上方四個(gè)星光級(jí)水平全景攝像機(jī)負(fù)責(zé)全景監(jiān)控，并在攝像 機(jī)內(nèi)完成四鏡頭圖像拼接，輸出一幅180°的全景圖像；下方是負(fù)責(zé)捕獲細(xì)節(jié)的星光級(jí)特寫跟蹤球機(jī)。該產(chǎn)品也憑借著同時(shí)兼顧全景和細(xì)節(jié)的壓倒性優(yōu)勢(shì)問鼎有著 中國(guó)安防行業(yè)產(chǎn)品評(píng)選第一獎(jiǎng)之稱的“金鼎獎(jiǎng)”。更值得一提的是，該產(chǎn)品支持全景畫面與特寫跟蹤畫面聯(lián)動(dòng)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊或框選全景畫面的某移動(dòng)目標(biāo)，特寫鏡頭即 可變倍跟蹤；或者通過設(shè)置智能偵測(cè)功能（如區(qū)域入侵、越界偵測(cè)等），當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入全景畫面觸發(fā)智能規(guī)則，特寫球機(jī)自動(dòng)快速響應(yīng)進(jìn)行放大跟蹤，以實(shí)現(xiàn)全景畫面 和特寫跟蹤畫面的智能聯(lián)動(dòng)。

圖五：?？低曻椦巯盗挟a(chǎn)品

單攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)全景和細(xì)節(jié)的全部掌控，覆蓋全景，同時(shí)不錯(cuò)過局部細(xì)節(jié)，這種一體化產(chǎn)品的出現(xiàn)，讓人眼前一亮，這種革命性的全景高清監(jiān)控也為安防用戶帶來了全 然不同的新體驗(yàn)?？梢灶A(yù)見不久的將來，這種一體化高清全景&特寫跟蹤攝像機(jī)會(huì)是大場(chǎng)景監(jiān)控的標(biāo)配，比如機(jī)場(chǎng)、車站、廣場(chǎng)、體育場(chǎng)等需要全景監(jiān)控的 場(chǎng)景，都會(huì)有它的身影。

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