解析全景攝像機(jī)的無(wú)死角監(jiān)控

□ 文/張征

?

解析全景攝像機(jī)的無(wú)死角監(jiān)控

□ 文/張征

傳統(tǒng)攝像機(jī)在“高清”、“日夜監(jiān)控”、“遠(yuǎn)距離監(jiān)控”的基礎(chǔ)上，已經(jīng)被細(xì)分，超廣角攝像機(jī)的市場(chǎng)需求愈來(lái)愈大。廣角、全景類攝像機(jī)，主要應(yīng)用在景區(qū)、會(huì)議室、商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、森林等大面積開闊的區(qū)域，解決原來(lái)通過(guò)用幾只攝像頭覆蓋一個(gè)區(qū)域，或用快球來(lái)回巡航掃描實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景覆蓋的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)無(wú)死角監(jiān)控。由此，全景攝像機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，成為新一代視頻監(jiān)控市場(chǎng)的利器。

全景攝像機(jī)分類

目前業(yè)內(nèi)對(duì)全景攝像機(jī)還沒(méi)有一個(gè)很明確的定義，對(duì)于能看得更廣、角度更大的攝像機(jī)，大家都稱之為全景攝像機(jī)。狹義的全景攝像機(jī)是指能否實(shí)現(xiàn)360°監(jiān)控的攝像機(jī)。

目前全景攝像機(jī)的產(chǎn)品形態(tài)包括多鏡頭式、單魚眼鏡頭式、混合式三種。

單魚眼鏡頭式：采用槍型攝像機(jī)或半球型攝像機(jī)加魚眼鏡頭的形式，這也是實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控的一種最簡(jiǎn)單且最經(jīng)濟(jì)的方式，此種方式的關(guān)鍵點(diǎn)在于攝像機(jī)本身具有對(duì)魚眼“畸變”的矯正能力，或者可以結(jié)合特殊的處理軟件校正經(jīng)過(guò)魚眼鏡頭變形后的圖像。

多鏡頭式：采用多鏡頭多角度監(jiān)控后拼接圖像實(shí)現(xiàn)360度的監(jiān)控，這種方式實(shí)現(xiàn)技術(shù)十分復(fù)雜，成本比較高，但卻少了魚眼全景攝像機(jī)帶來(lái)的魚眼畸變的困擾。

混合式：采用PTZ球機(jī)加魚眼鏡頭的形式，這種方式較為少見，攝像機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可當(dāng)作球機(jī)使用，當(dāng)球機(jī)鏡頭和魚眼鏡頭重合時(shí)，可當(dāng)作全景攝像機(jī)使用。

關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

總體而言，全景攝像機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)有四個(gè)：鏡頭、圖像傳感器、魚眼鏡頭、虛擬PTZ。

鏡頭優(yōu)劣會(huì)大幅度影響監(jiān)控圖像的質(zhì)量，目前嚴(yán)格意義上的全景攝像機(jī)鏡頭焦距基本在1.9mm左右，視角范圍能達(dá)到180°，有效像素能夠達(dá)到1200萬(wàn)像素或者更高，解像力要比傳統(tǒng)攝像機(jī)高很多。而普通的超廣角鏡頭（視角范圍130°左右）中間視野范圍與全景攝像機(jī)差距不大，但是邊緣清晰度以及有效監(jiān)控距離卻相差很遠(yuǎn)。

圖像傳感器的選擇影響監(jiān)控圖像的效果。由于全景攝像機(jī)的監(jiān)控范圍寬廣，場(chǎng)景較單一監(jiān)控場(chǎng)景很復(fù)雜，圖像傳感器的信息量必然十分龐大，圖像傳感器的分辨率高低、感光度強(qiáng)弱都在很大程度上影響圖像效果。與此同時(shí)，不同規(guī)格的傳感器寬動(dòng)態(tài)效果也不盡相同，這也是衡量全景攝像機(jī)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。

使用魚眼鏡頭的全景攝像機(jī)，其成像原理與普通攝像機(jī)不一樣，圖像邊緣往往會(huì)形成一個(gè)凸出、變形的畫面，所以要比普通攝像機(jī)更容易使圖像扭曲或失真，影響成像質(zhì)量。所以如何矯正、還原圖像，看清圖像中的監(jiān)控物體， 就是全景攝像機(jī)最重要的問(wèn)題。目前，有兩種技術(shù)能夠矯正畸變：一種是由后端平臺(tái)進(jìn)行信息處理、還原成像；另一種則是在攝像機(jī)內(nèi)置軟件直接矯正，然后再傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)后端。

可以使用虛擬PTZ對(duì)存儲(chǔ)的圖像做放大、縮小等細(xì)節(jié)觀察。PTZ在安防監(jiān)控領(lǐng)域是控制云臺(tái)上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)與鏡頭變聚焦，用于自動(dòng)或手動(dòng)追蹤鎖定的目標(biāo)，在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)一路跟拍追蹤目標(biāo)。而全景攝像機(jī)所采用的虛擬PTZ，應(yīng)用概念類似云臺(tái)的追蹤效果，只是不必像真實(shí)的云臺(tái)那樣進(jìn)行實(shí)際的機(jī)械化轉(zhuǎn)動(dòng)，而是通過(guò)縮放圖像來(lái)達(dá)到類似的效果，因而能大幅遞增監(jiān)控系統(tǒng)的使用壽命，使得監(jiān)控人員在操作上更容易上手，也能降低維護(hù)費(fèi)用。

全景攝像機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

全景攝像機(jī)發(fā)展至今已有十余年的時(shí)間，雖然其在鏡頭矯正、虛擬PTZ等關(guān)鍵技術(shù)存在很大的難度，但市面上已經(jīng)有部分廠家推出了全景攝像機(jī)產(chǎn)品，并對(duì)消費(fèi)者廣泛宣傳引導(dǎo)。我們不討論各個(gè)廠家推出的全景攝像機(jī)效果如何，僅僅從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，全景攝像機(jī)市場(chǎng)占有率似乎“差強(qiáng)人意”。

與傳統(tǒng)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)相比，全景攝像機(jī)最突出的優(yōu)勢(shì)就是360°監(jiān)控視角，這在很大程度上彌補(bǔ)了多臺(tái)傳統(tǒng)攝像機(jī)才能達(dá)到的視角范圍；但視野的擴(kuò)大卻是以監(jiān)控距離的犧牲為代價(jià)。目前全景攝像機(jī)主要應(yīng)用于室外視野開闊的場(chǎng)所，譬如道路交通、露天廣場(chǎng)、小區(qū)樓宇、港口碼頭等，某些場(chǎng)所監(jiān)控寬度甚至達(dá)到百米以上，在看清全景圖像實(shí)現(xiàn)調(diào)度的同時(shí)，不可能也沒(méi)有精力再看清人臉、車輛牌照等細(xì)節(jié)。

從成本的角度來(lái)看，全景攝像機(jī)的成本往往是傳統(tǒng)攝像機(jī)的5～10倍，這對(duì)于大多數(shù)工程商或者終端用戶來(lái)說(shuō)很難接受，畢竟網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)發(fā)展到如今的地步，已經(jīng)變成“白菜價(jià)”。在實(shí)際使用中，數(shù)量多且靈活的點(diǎn)位部署既能解決場(chǎng)景的全覆蓋，又能清晰地完成對(duì)重點(diǎn)場(chǎng)景的監(jiān)控。這就使得全景攝像機(jī)在實(shí)際項(xiàng)目中控標(biāo)的意義在很大程度上大于實(shí)際的使用意義，導(dǎo)致最終的用戶必須為其高昂的價(jià)格買單。

全景攝像機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

全景攝像機(jī)發(fā)展至今已有十年有余，而真正的推廣卻是從近兩年才開始的。具體來(lái)說(shuō)，全景攝像機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)如下：

行業(yè)應(yīng)用是全景攝像機(jī)的主戰(zhàn)場(chǎng)。雖然全景攝像機(jī)比較適用在空間小、監(jiān)視環(huán)境簡(jiǎn)單的場(chǎng)所，例如零售店、小型商場(chǎng)、電梯、停車場(chǎng)與會(huì)議室等等。但因其高昂的價(jià)格、復(fù)雜的圖像處理技術(shù)以及圖像校正后的低分辨率等因素的限制，全景攝像機(jī)并沒(méi)能像其他普通攝像機(jī)那樣進(jìn)入大眾的生活。全景攝像機(jī)將主要在金融及政法領(lǐng)域應(yīng)用，這主要是基于這兩個(gè)行業(yè)特殊的場(chǎng)景，需要較大范圍的視角覆蓋，使用價(jià)值遠(yuǎn)大于成本壓力。

高分辨率。目前主流設(shè)備廠商生產(chǎn)的全景攝像機(jī)分辨率大概在300萬(wàn)、500萬(wàn)左右，然而從分辨率密度上來(lái)考慮，同樣的像素的攝像機(jī)在監(jiān)控更大的區(qū)域時(shí)會(huì)導(dǎo)致像素的分散和退化。這是由于監(jiān)控范圍很大，在與傳統(tǒng)監(jiān)控鏡頭共用大小相同的成像芯片上，就需要接收數(shù)倍的圖像信息，這就造成畫面分辨率的下降，因此只有在對(duì)監(jiān)控圖像畫面質(zhì)量要求不太高或使用高分辨率成像器件時(shí)才能使用。所以對(duì)于全景攝像機(jī)而言，提高畫面分辨率是未來(lái)一項(xiàng)重要的研究課題。未來(lái)全景攝像機(jī)分辨至少在4K甚至1200萬(wàn)像素以上，這樣才更加有意義。

H.265編碼。高分辨率必然會(huì)造成帶寬、存儲(chǔ)壓力的增大，目前主流的H.264編碼4K分辨率碼流大概在16～32Mbps，這無(wú)論對(duì)于國(guó)內(nèi)實(shí)際的網(wǎng)路帶寬環(huán)境還是終端用戶的成本壓力都是難以接受的。因此更高壓縮比的編碼方式才使得高分辨率的訴求變?yōu)閷?shí)際，而解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵就是H.265編碼。據(jù)實(shí)際測(cè)試分析，同樣的場(chǎng)景H.265比H.264編碼帶寬節(jié)省一半以上，與此同時(shí)圖像處理效果也有很大程度的提升，還能大幅節(jié)省存儲(chǔ)成本，因此265編碼的攝像機(jī)一上市便獲得了很高的關(guān)注和認(rèn)可。全景攝像機(jī)也將逐步朝著H.265編碼方式轉(zhuǎn)變，這是市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)。

寬動(dòng)態(tài)。全景攝像機(jī)采用具有360度超大視角的魚眼鏡頭監(jiān)控整個(gè)場(chǎng)景，如此大范圍的監(jiān)控勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致全景攝像機(jī)在白平衡以及曝光等方面的處理困難。正是由于這點(diǎn)，限制了全景攝像機(jī)在室內(nèi)的應(yīng)用。解決好全景攝像機(jī)的寬動(dòng)態(tài)效果，能夠推動(dòng)未來(lái)全景攝像機(jī)在室內(nèi)環(huán)境的應(yīng)用。

智能。基于全景攝像機(jī)旺盛的行業(yè)應(yīng)用需求，智能分析功能顯得尤為重要，智能化也是安防監(jiān)控發(fā)展的一個(gè)大方向。而現(xiàn)有網(wǎng)路攝像機(jī)智能分析存在識(shí)別率低、誤報(bào)率高的問(wèn)題，這是在后續(xù)算法改進(jìn)方面需要加強(qiáng)的。此外智能分析的種類也不僅僅局限于虛擬周界、絆線報(bào)警等入門級(jí)智能，而應(yīng)該在行為分析、音視頻異常檢測(cè)、流量統(tǒng)計(jì)等方面實(shí)現(xiàn)突破。

作者單位：天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司