解析全景攝像機的無死角監控

□ 文/張征

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解析全景攝像機的無死角監控

□ 文/張征

傳統攝像機在“高清”、“日夜監控”、“遠距離監控”的基礎上，已經被細分，超廣角攝像機的市場需求愈來愈大。廣角、全景類攝像機，主要應用在景區、會議室、商場、倉庫、森林等大面積開闊的區域，解決原來通過用幾只攝像頭覆蓋一個區域，或用快球來回巡航掃描實現場景覆蓋的問題，實現無死角監控。由此，全景攝像機應運而生，成為新一代視頻監控市場的利器。

全景攝像機分類

目前業內對全景攝像機還沒有一個很明確的定義，對于能看得更廣、角度更大的攝像機，大家都稱之為全景攝像機。狹義的全景攝像機是指能否實現360°監控的攝像機。

目前全景攝像機的產品形態包括多鏡頭式、單魚眼鏡頭式、混合式三種。

單魚眼鏡頭式：采用槍型攝像機或半球型攝像機加魚眼鏡頭的形式，這也是實現全景監控的一種最簡單且最經濟的方式，此種方式的關鍵點在于攝像機本身具有對魚眼“畸變”的矯正能力，或者可以結合特殊的處理軟件校正經過魚眼鏡頭變形后的圖像。

多鏡頭式：采用多鏡頭多角度監控后拼接圖像實現360度的監控，這種方式實現技術十分復雜，成本比較高，但卻少了魚眼全景攝像機帶來的魚眼畸變的困擾。

混合式：采用PTZ球機加魚眼鏡頭的形式，這種方式較為少見，攝像機在轉動時可當作球機使用，當球機鏡頭和魚眼鏡頭重合時，可當作全景攝像機使用。

關鍵技術點

總體而言，全景攝像機的關鍵技術點有四個：鏡頭、圖像傳感器、魚眼鏡頭、虛擬PTZ。

鏡頭優劣會大幅度影響監控圖像的質量，目前嚴格意義上的全景攝像機鏡頭焦距基本在1.9mm左右，視角范圍能達到180°，有效像素能夠達到1200萬像素或者更高，解像力要比傳統攝像機高很多。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差距不大，但是邊緣清晰度以及有效監控距離卻相差很遠。

圖像傳感器的選擇影響監控圖像的效果。由于全景攝像機的監控范圍寬廣，場景較單一監控場景很復雜，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、感光度強弱都在很大程度上影響圖像效果。與此同時，不同規格的傳感器寬動態效果也不盡相同，這也是衡量全景攝像機好壞的一個重要指標。

使用魚眼鏡頭的全景攝像機，其成像原理與普通攝像機不一樣，圖像邊緣往往會形成一個凸出、變形的畫面，所以要比普通攝像機更容易使圖像扭曲或失真，影響成像質量。所以如何矯正、還原圖像，看清圖像中的監控物體， 就是全景攝像機最重要的問題。目前，有兩種技術能夠矯正畸變：一種是由后端平臺進行信息處理、還原成像；另一種則是在攝像機內置軟件直接矯正，然后再傳輸到監測后端。

可以使用虛擬PTZ對存儲的圖像做放大、縮小等細節觀察。PTZ在安防監控領域是控制云臺上下左右轉動與鏡頭變聚焦，用于自動或手動追蹤鎖定的目標，在監測范圍內一路跟拍追蹤目標。而全景攝像機所采用的虛擬PTZ，應用概念類似云臺的追蹤效果，只是不必像真實的云臺那樣進行實際的機械化轉動，而是通過縮放圖像來達到類似的效果，因而能大幅遞增監控系統的使用壽命，使得監控人員在操作上更容易上手，也能降低維護費用。

全景攝像機發展現狀

全景攝像機發展至今已有十余年的時間，雖然其在鏡頭矯正、虛擬PTZ等關鍵技術存在很大的難度，但市面上已經有部分廠家推出了全景攝像機產品，并對消費者廣泛宣傳引導。我們不討論各個廠家推出的全景攝像機效果如何，僅僅從實際應用來看，全景攝像機市場占有率似乎“差強人意”。

與傳統的監控攝像機相比，全景攝像機最突出的優勢就是360°監控視角，這在很大程度上彌補了多臺傳統攝像機才能達到的視角范圍；但視野的擴大卻是以監控距離的犧牲為代價。目前全景攝像機主要應用于室外視野開闊的場所，譬如道路交通、露天廣場、小區樓宇、港口碼頭等，某些場所監控寬度甚至達到百米以上，在看清全景圖像實現調度的同時，不可能也沒有精力再看清人臉、車輛牌照等細節。

從成本的角度來看，全景攝像機的成本往往是傳統攝像機的5～10倍，這對于大多數工程商或者終端用戶來說很難接受，畢竟網絡攝像機發展到如今的地步，已經變成“白菜價”。在實際使用中，數量多且靈活的點位部署既能解決場景的全覆蓋，又能清晰地完成對重點場景的監控。這就使得全景攝像機在實際項目中控標的意義在很大程度上大于實際的使用意義，導致最終的用戶必須為其高昂的價格買單。

全景攝像機的發展趨勢

全景攝像機發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。具體來說，全景攝像機的發展趨勢如下：

行業應用是全景攝像機的主戰場。雖然全景攝像機比較適用在空間小、監視環境簡單的場所，例如零售店、小型商場、電梯、停車場與會議室等等。但因其高昂的價格、復雜的圖像處理技術以及圖像校正后的低分辨率等因素的限制，全景攝像機并沒能像其他普通攝像機那樣進入大眾的生活。全景攝像機將主要在金融及政法領域應用，這主要是基于這兩個行業特殊的場景，需要較大范圍的視角覆蓋，使用價值遠大于成本壓力。

高分辨率。目前主流設備廠商生產的全景攝像機分辨率大概在300萬、500萬左右，然而從分辨率密度上來考慮，同樣的像素的攝像機在監控更大的區域時會導致像素的分散和退化。這是由于監控范圍很大，在與傳統監控鏡頭共用大小相同的成像芯片上，就需要接收數倍的圖像信息，這就造成畫面分辨率的下降，因此只有在對監控圖像畫面質量要求不太高或使用高分辨率成像器件時才能使用。所以對于全景攝像機而言，提高畫面分辨率是未來一項重要的研究課題。未來全景攝像機分辨至少在4K甚至1200萬像素以上，這樣才更加有意義。

H.265編碼。高分辨率必然會造成帶寬、存儲壓力的增大，目前主流的H.264編碼4K分辨率碼流大概在16～32Mbps，這無論對于國內實際的網路帶寬環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為實際，而解決這個問題的關鍵就是H.265編碼。據實際測試分析，同樣的場景H.265比H.264編碼帶寬節省一半以上，與此同時圖像處理效果也有很大程度的提升，還能大幅節省存儲成本，因此265編碼的攝像機一上市便獲得了很高的關注和認可。全景攝像機也將逐步朝著H.265編碼方式轉變，這是市場的驅動。

寬動態。全景攝像機采用具有360度超大視角的魚眼鏡頭監控整個場景，如此大范圍的監控勢必會導致全景攝像機在白平衡以及曝光等方面的處理困難。正是由于這點，限制了全景攝像機在室內的應用。解決好全景攝像機的寬動態效果，能夠推動未來全景攝像機在室內環境的應用。

智能。基于全景攝像機旺盛的行業應用需求，智能分析功能顯得尤為重要，智能化也是安防監控發展的一個大方向。而現有網路攝像機智能分析存在識別率低、誤報率高的問題，這是在后續算法改進方面需要加強的。此外智能分析的種類也不僅僅局限于虛擬周界、絆線報警等入門級智能，而應該在行為分析、音視頻異常檢測、流量統計等方面實現突破。

作者單位：天津天地偉業數碼科技有限公司