因需而變，全景攝像機發展淺析

□ 文/石偉

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因需而變，全景攝像機發展淺析

□ 文/石偉

▲圖一：視頻拼接系統

隨著視頻監控的快速發展，網絡攝像機已經基本滿足了用戶的“超高清”、“全天候”、“超遠距離”的監控需求，而隨著監控行業市場不斷精細化，全景監控的需求逐漸凸顯出來。因此，全景監控也成為近年來視頻監控行業的一個研究熱點。本文主要討論基于用戶不斷深入全景需求，全景攝像機都有哪些形態的發展以及技術的提升。

視頻拼接系統解決了全景監控的有無問題

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

從視頻拼接系統拓撲圖不難看出，整個系統比較復雜，前端有多臺攝像機，后端有視頻拼接服務器，系統成本較高。另外系統的安裝調試也很復雜、后期維護量也很大，顯然這不是一個很好的全景監控方案。因此，用戶提出了這樣的需求：單攝像機是否可以實現全景監控？

魚眼攝像機成為全景監控的主流選擇

在用戶的單攝像機實現全景監控的強烈需求下，魚眼全景攝像機問世，并憑借著360°全景監控的巨大優勢，迅速成為視頻監控界的新寵，也成為了全景監控的主流選擇。

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

例如在會議室、教室、超市、大廳等需要全景監控的場景，原本需要3～4臺普通攝像機安裝在不同角落才能實現全場景覆蓋，而現在一臺魚眼攝像機即可掌控全局（如圖三）。既然一臺魚眼攝像機即可代替多臺普通攝像機，并能達到一樣的監控效果，為什么魚眼攝像機一直以來在市場中卻不溫不火呢？

▲圖二： 魚眼

魚眼鏡頭

▲圖三：魚眼攝像機效果圖

其實魚眼攝像機的應用一直停留在全景監控上，它只是滿足了用戶最基本的全景監控需求，而對于細節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，細節自然不夠豐富。另外，圓形視角圖像并不符合人眼觀看習慣，并且周邊畫面畸變嚴重，細節更是無法獲得。

直至近年來，隨著EPTZ技術的應用、圖像畸變矯正技術日趨成熟、以及超高清魚眼攝像機的出現，魚眼攝像機對于細節的獲取和呈現才開始符合用戶的預期。所謂EPTZ即是電子云臺，能對圖像進行放大和移動，達到類似云臺操作的效果，方便對一些細節進行查看。畸變矯正技術，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，細節不全的結果，顯然這不是所有用戶都能接受的。同時，魚眼攝像機發展也存在一大瓶頸：分辨率很難提高。因為提高分辨率不只是簡單的提升Sensor和鏡頭，包括ISP的處理、視頻的編碼、網絡等因素都是需要整體考慮的，并且在相應的結構和工藝要求上，高分辨率魚眼攝像機要比普通魚眼攝像機嚴格數倍。

多鏡頭前端拼接全景拼接攝像機會成為趨勢？

作為用戶，我們希望的全景攝像機不僅能看得全，而且沒有畸變，希望能達到視頻拼接系統的效果：呈現一幅完整的180°的畫面、監控場景盡收眼底、直觀而又清晰。

產品總是因需而變，于是一體化的前端拼接全景攝像機出現了。這種攝像機基于all in one的設計理念，在攝像機內集成多個鏡頭，并且在攝像機內完成多鏡頭的圖像拼接，直接輸出180°的全景畫面。目前主流的產品結構是在攝像機內封裝四個高清傳感器，以及四個獨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均在前端攝像機固件上完成，再通過網絡傳輸到視頻監控的后端，解碼后顯示出180°的全景畫面。

相比傳統的視頻拼接系統，這種一體化前端拼接全景攝像機不需要視頻拼接服務器，系統更加簡單，成本更低。在整體系統建設，安裝調試以及后期維護上，一體化前端拼接攝像機無疑具備不可忽視的巨大優勢。相比占主流的魚眼全景攝像機，多鏡頭拼接全景攝像機的優勢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的距離。因為魚眼鏡頭焦距一般都小于2mm，以保證獲得足夠大的視場角。而隨著拼接技術的成熟，多鏡頭拼接全景攝像機鏡頭焦距可從目前主流的5mm變得更大，看的距離更遠，看的細節更多。另外，多鏡頭前端拼接全景攝像機沒有了像素的限制，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將會成為大場景全景監控的首選，也將是全景攝像機發展的一個趨勢。

然而，多鏡頭前端拼接全景攝像機看的場景更大，看得細節更多，看得更遠，但是當具體到人臉細節或車牌細節，顯然目前的多鏡頭前端拼接全景攝像機沒辦法獲得。而在一些大型十字路口、廣場、園區、機場等較大場景，我們希望看全的同時，還能看清細節。

單攝像機實現全景和細節全部掌控？

魚眼攝像機、多鏡頭前端拼接攝像機實現了用戶看全的監控需求，而看清監控場景內的細節通常是采用支持光學變倍、支持PT功能的球型攝像機，要想兼顧全景和細節必須要兩者配合使用。那是否有一體化的攝像機能同時兼顧全景和細節呢？

攝像機的發展總是圍繞著用戶的需求，以用戶的實際需求作為產品設計出發點。在2015深圳安博會上就出現了能實現這一功能的產品：海康威視鷹眼系列DS-2DP0818Z-D（如圖五）。該產品設計獨特，采用“多水平全景攝像機+中心特寫跟蹤”的方案，上方四個星光級水平全景攝像機負責全景監控，并在攝像機內完成四鏡頭圖像拼接，輸出一幅180°的全景圖像；下方是負責捕獲細節的星光級特寫跟蹤球機。該產品也憑借著同時兼顧全景和細節的壓倒性優勢問鼎有著中國安防行業產品評選第一獎之稱的“金鼎獎”。更值得一提的是，該產品支持全景畫面與特寫跟蹤畫面聯動，鼠標點擊或框選全景畫面的某移動目標，特寫鏡頭即可變倍跟蹤；或者通過設置智能偵測功能（如區域入侵、越界偵測等），當目標進入全景畫面觸發智能規則，特寫球機自動快速響應進行放大跟蹤，以實現全景畫面和特寫跟蹤畫面的智能聯動。

▲圖五：海康威視鷹眼系列產品

單攝像機實現全景和細節的全部掌控，覆蓋全景，同時不錯過局部細節，這種一體化產品的出現，讓人眼前一亮，這種革命性的全景高清監控也為安防用戶帶來了全然不同的新體驗。可以預見不久的將來，這種一體化高清全景&特寫跟蹤攝像機會是大場景監控的標配，比如機場、車站、廣場、體育場等需要全景監控的場景，都會有它的身影。

作者單位：杭州海康威視數字技術股份有限公司