馬朋飛++李柳群++潘云龍

文章編號：2095-6835（2016）17-0071-01

摘 要：魚眼鏡頭的視角范圍遠遠大于平面鏡頭，為人們建立體積最小、質(zhì)量最輕、功耗最少、視角最大的監(jiān)控系統(tǒng)提供了可能性。對于魚眼鏡頭所成的像，由于受到景深曲率的影響，圖像畸變十分嚴重，不符合正常視覺感受。因此，需要圖像校正算法消除魚眼鏡頭畸變。

關(guān)鍵詞：魚眼鏡頭；全景監(jiān)控；畸變校正；高清傳感器

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.071

魚眼鏡頭全景攝像機有四大關(guān)鍵技術(shù)，即魚眼鏡頭、高像素傳感器、處理軟件和虛擬PTZ。上述四大技術(shù)中，高像素傳感器和虛擬PTZ技術(shù)基于近年高清傳感器以及數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展已逐漸成熟，而魚眼鏡頭及其處理軟件還存在一些問題。雖然多路視頻全景攝像機可以避免魚眼鏡頭圖像失真，但或多或少也會存在融合邊緣效果不真實、角度有偏差、分割融合后有“附加感”的問題。

1 全景攝像機技術(shù)

全景攝像機作為一種特殊形態(tài)的產(chǎn)品，其有專用的應(yīng)用領(lǐng)域和特色。該技術(shù)不被某些特殊性和專用性束縛，表現(xiàn)出常規(guī)型攝像機應(yīng)具有的功能，且環(huán)境適用性更強。全景攝像機的優(yōu)點在于能以最少的裝機量實現(xiàn)最有效率的監(jiān)控效果，即能減少護罩、布線與人員的施工費用，還能降低監(jiān)控工程成本。但其并未成熟，有不可忽視的缺陷，比如攝像機的單價偏高，監(jiān)控距離較短，圖像存儲、還原等存在問題，急需調(diào)整和改進。

2 魚眼圖像失真分析

魚眼鏡頭全景攝像機的魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭，這種鏡頭的前鏡片呈拋物狀向鏡頭前部凸出，是一種焦距在6～16 mm的短焦距鏡頭。根據(jù)光學成像原理，短焦距鏡頭能呈現(xiàn)出大視場的監(jiān)控效果，其三維視角可達到全景視角。但其是以犧牲監(jiān)控畫面的真實感為前提的，且?guī)砹吮环Q之為“桶形畸變”的視覺上的嚴重變形。這種畸變會隨著視場角的增大而越來越嚴重，進而導致圖像嚴重失真。

一般而言，魚眼圖像失真可分為3種，即徑向失真、非正交失真和中心偏移。徑向失真是由于魚眼鏡頭徑向曲率的不規(guī)則而引起的，非正交失真是由于魚眼光軸與傳感器平面未完全正交所引起的，中心偏移是由于魚眼鏡頭光軸未穿過傳感器的中心而產(chǎn)生的。失真使人難以辨別圖像，不符合人類的視覺習慣，因此，校正技術(shù)顯得尤為重要。但不同的魚眼鏡頭的畸變還是有著較大差異的，因此，全景攝像機魚眼鏡頭的選擇非常重要，其會直接影響攝像機圖像源的效果。

3 魚眼圖像校正算法分析

圖像校正技術(shù)的思路并不復雜，一般是從原始餅圖中拉出一個單獨的扇形，再根據(jù)比例和透視等原理進行一定變形和校正處理，拼合這些分別處理好的扇形圖像便可得到符合監(jiān)控需求的圖像。對于需求較低的場景，可直接對圓形餅圖進行簡單的四角拉伸，也能取得適合人眼觀看的圖像效果。

雖然具體到每一個廠家的核心算法必然會有所不同，但圖像校正技術(shù)的中心思想都是采用一定算法將邊緣畸變嚴重的圖形拉伸整合為適合觀看的比例正常的圖像。其中，所用算法的合理性、編程水平和最終系統(tǒng)資源的占用率共同決定了此算法的質(zhì)量。虛擬PTZ是在圖像內(nèi)部進行像素抓取的，從而實現(xiàn)放大和旋轉(zhuǎn)等功能。對于校正算法，其主要存在的問題不是如何取得更加優(yōu)秀的圖片效果，而是如何更好地將圖片整合到前端固件和后端軟件上，實現(xiàn)對事實與事后錄像的雙向虛擬控制。

4 魚眼圖像校正方式

魚眼圖像校正有2種處理方式：①采用前端攝像機內(nèi)置軟件處理；②采用后端PC機軟件處理。這2種方式都是對圖像邊緣的像素進行校正的，圖像校正的關(guān)鍵在于圖像邊緣像素的還原完整度。第一種方法節(jié)省了后端的網(wǎng)絡(luò)資源，避免了對帶寬和存儲造成壓力，即在前端便可完成對圖像的校正和壓縮，最終將一個水平展開的圖像傳輸?shù)胶蠖似脚_，使用者可根據(jù)需求選擇全景畫面或四畫面顯示，圖像具有實時性；第二種方法在后端PC機上進行圖像校正，其優(yōu)勢是借助PC硬件快速的處理能力和軟件的完備性，完美地實現(xiàn)全景圖像的展開和四畫面的顯示。從處理能力上看，后端PC機能力較強，圖像的效果更要好，但不具有實時性。目前，魚眼攝像機圖像校正技術(shù)雖也會有像素遺失的情況發(fā)生，但總體上都可以保證圖像的有效像素，從而滿足正常的監(jiān)控需求。

對于多鏡頭全景攝像機而言，雖然不存在魚眼圖像變形校正的問題，但應(yīng)努力保證多鏡頭拍攝畫面的拼接實現(xiàn)以及鏡頭的無死角、無盲點、自然連貫。多鏡頭全景攝像機一般由攝像機內(nèi)置的專用處理軟件校正，再將圖像整合成視頻流傳到監(jiān)控后端?，F(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)能較好地滿足全景和四畫面的顯示需求。

5 結(jié)束語

綜上所述，不可盲目地追崇全景攝像機，其目前不能完全取代傳統(tǒng)攝像機的作用和功能。因此，如何搭配全景攝像機與常規(guī)型攝像機共同使用，使二者相互取長補短，從而實現(xiàn)監(jiān)控效果最大化，是現(xiàn)階段除技術(shù)突破之外相關(guān)工作人員最應(yīng)考慮的問題。

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〔編輯：張思楠〕