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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。
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