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                                    360度全景攝像技術(shù)原理介紹

                                    發(fā)布時(shí)間:2020-08-04 14:53:33點(diǎn)擊:9508

                                     通常只有在必須的情況下,我們才費盡周折地試圖在狹小空間安裝視頻監控設備。就當人們開(kāi)始將要習慣忍受這樣的架設行為時(shí)(固有的需求矛盾所制),悄然產(chǎn)生一種新生力量---- 360度全景攝像。

                                    以往我們在狹小空間試圖構建監控系統,無(wú)外乎會(huì )采用幾種方案:短焦距鏡頭攝像機、調整安裝位置、或多攝像機聯(lián)動(dòng)對射等。但以上幾種方式都存在著(zhù)不同的應用缺陷;選擇短焦距鏡頭攝像機時(shí),水平可視范圍小于80度(廣角也超不過(guò)90度),因而監控范圍較小;調整安裝位置,往往受到客觀(guān)環(huán)境的制約而影響穩定安裝(例如一面是玻璃、一面是門(mén)、頂上有電線(xiàn)或無(wú)法承重的裝飾吊頂等等);選擇多攝像機聯(lián)動(dòng)對射,不僅增加了設備投入的成本,也使得施工變得更加繁瑣。

                                    一 360度全景攝像技術(shù)簡(jiǎn)介

                                    顧名思義,360度全景攝像就是一次性收錄前后左右的所有圖像信息,沒(méi)有后期合成,更沒(méi)有多鏡頭拼接。其原理依據仿生學(xué)(魚(yú)眼構造如圖1)采用物理光學(xué)的球面鏡透射加反射原理一次性將水平360度,垂直180度的信息成像(如圖2),再采用硬件自帶的軟件進(jìn)行轉換,以人眼習慣的方式呈現出畫(huà)面。

                                    360度全景攝像技術(shù)原理介紹

                                     

                                    圖1 魚(yú)眼結構

                                    360度全景攝像技術(shù)原理介紹

                                     

                                    圖2 魚(yú)眼鏡頭的硬件示意圖

                                    魚(yú)眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭,其視覺(jué)效果類(lèi)似于魚(yú)眼觀(guān)察水面上的景物。魚(yú)的眼睛類(lèi)似人眼構造,但是相對于扁圓形的人眼水晶體,魚(yú)眼水晶體是圓球形,雖然只能看到比較近的物體,但卻擁有更大的視角。

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                                    圖3中,人眼看水中實(shí)物,由于實(shí)物反射的光線(xiàn)在水中發(fā)生折射,使人誤以為物體處于虛像的位置(例如水中筷子彎曲現象)。根據折射原理,光從空氣斜射入水等介質(zhì)中時(shí),折射角小于入射角;光從水等介質(zhì)斜射入空氣中時(shí),折射角大于入射角。也可以概括為,光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向一般會(huì )發(fā)生變化。魚(yú)眼鏡頭就是利用折射原理,本著(zhù)擁有更大的球面弧度(類(lèi)似魚(yú)眼的球形水晶體),成像平面離透鏡更近(魚(yú)眼的水晶體到視網(wǎng)膜距離很近)的設計思想,進(jìn)行開(kāi)發(fā)制造的。

                                    一般來(lái)說(shuō),焦距越短,視角越大,而視角越大,因光學(xué)原理產(chǎn)生的變形也就越強烈。為了達到水平360度,垂直180度的超大視角,魚(yú)眼鏡頭允許桶形畸變合理存在,除了畫(huà)面中心的景物保持不變,其他本應水平或垂直的景物都發(fā)生了相應的變化。為了把畸變后的圖象轉化為適合于人眼觀(guān)看的正常圖像,需要通過(guò)軟件對圖像進(jìn)行坐標變換,并進(jìn)行圖像修正等處理。

                                    圖4是以日本FXC魚(yú)眼鏡頭為例,簡(jiǎn)要介紹360攝像頭軟件處理的基本流程:

                                    360度全景攝像技術(shù)原理介紹

                                     

                                     360度全景圖片 轉換坐標并做圖像增強處理 截取部分信息

                                    圖4軟件處理流程

                                    圖5是日本FXC360全景處理處理系統中,圓形圖像轉換為平面圖像所用到的原理與方程式。在PC端軟件或者嵌入式處理系統中通過(guò)計算處理,呈現出人眼所習慣的平面圖像。

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                                    圖5 軟件處理所用方程式

                                    二 360度攝像頭的產(chǎn)品特點(diǎn)

                                    1,壓倒性的寬角度攝像

                                    水平360度,垂直180度全景攝像,顛覆了以往廣角攝像機的概念。對360度產(chǎn)品來(lái)說(shuō),

                                    視頻監控已經(jīng)無(wú)死角。

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                                    圖6 一般攝像頭取景角度

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                                    圖7 360度攝像頭取景角度

                                    2,球面圖像可轉化為正常的平面視圖

                                    魚(yú)眼攝像頭所取景的圖像,經(jīng)過(guò)攝像機內部軟件的修正,圖面展開(kāi)等處理,可轉化為適合人眼的正常平面視圖。

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                                    圖8 平面展開(kāi)實(shí)景圖

                                    3,降低成本。

                                    相比采用傳統攝像機視頻監控系統,采用全方位取景的360度攝像頭,可以有效降低攝像頭數量,并縮減在多輸入硬盤(pán)錄像機方面的投入,還可降低施工布線(xiàn)難度,并節省后續維護費用。

                                    4,可接入已有的視頻監視系統

                                    360度攝像頭,可以無(wú)縫接入已有的模擬監控系統,擴展性較好。用銅軸電纜與普通的硬盤(pán)錄像機接續,即可實(shí)現360度全景監控。

                                    三 應用案例

                                    360度全景攝像可以廣泛應用于樓宇大廳,出入口,電梯,會(huì )議室,飲食店,停車(chē)場(chǎng),工廠(chǎng)廠(chǎng)房多鐘場(chǎng)合。下面是采用360度全景攝像設備實(shí)現的某監控實(shí)例。

                                    在狹小的公交車(chē)車(chē)廂內的應用(如圖9,圖10所示)。該案例采用日本FXC的360全景攝像頭,安裝于車(chē)廂中部,僅用一臺設備,即可實(shí)現無(wú)死角全景視頻監控。若采用傳統的攝像機監控,一節車(chē)廂大約要4臺設備才能覆蓋全部范圍,在狹小的空間內,破壞美感,容易引起乘客不快。

                                    360度全景攝像技術(shù)原理介紹

                                     

                                    圖9 車(chē)內球形成像

                                    360度全景攝像技術(shù)原理介紹

                                     

                                    圖10 車(chē)內成像展開(kāi)

                                    某公司會(huì )議室內應用 (如 圖11所示)。該案例中,結合音視頻記錄設備,采用360全景攝像技術(shù),僅用一臺設備,即可真實(shí)地全程記錄會(huì )議。把記錄數據上傳至服務(wù)器,可供日后查閱或相關(guān)被授權人員閱覽。日本FXC株式會(huì )社的該系統是會(huì )議記錄行業(yè)的終極設備。

                                    360度全景攝像技術(shù)原理介紹

                                     

                                    圖11 會(huì )議室中的三種視覺(jué)處理(原始圖像、二分圖像、四分圖像)

                                    如上述實(shí)例所示,360度全景攝像可以將周?chē)h(huán)境圖像信息盡收"眼"底。在狹小的空間應用自如,可以剔除死角和盲區。如果不考慮整體尺寸,按照市面上現有的2.8mm (75度)廣角攝像機組合來(lái)實(shí)現一臺360度"全景"攝像機的視野,需要{(360 ÷ 75 ≈ 5)+(180 ÷ 75 ≈ 2)} ≈ 7 臺。

                                    四 其他特點(diǎn)

                                    除上述特點(diǎn)之外,360度全景獨有的虛擬PTZ技術(shù)(如圖11),使得可以在回放圖像時(shí),體驗Zoom In/Out以及旋轉等操作,可完全取代傳統高速球機中電機驅動(dòng)的云臺控制系統。有了虛擬PTZ的技術(shù)基礎,一方面實(shí)現虛擬現實(shí)將更為容易;另一方面,將減少機械電機部件,更大程度上減少設備功耗和發(fā)熱,減少器件摩擦損耗,延長(cháng)設備和系統的使用壽命。

                                    采用360度全景攝像頭,狹小空間的視頻監控系統就有了一套全新的方案,可解決視距、視角、安裝、成本控制等多種問(wèn)題。

                                    360度全景攝像技術(shù)原理介紹

                                     

                                    圖12 日本FXC攝像頭虛擬PTZ操作實(shí)例

                                    五 結語(yǔ)

                                    360度全景以其能真實(shí)快速表現360度范圍內場(chǎng)景的全部圖像信息,能給瀏覽者帶來(lái)身臨其境的感覺(jué),在多種應用場(chǎng)景中,優(yōu)勢都比較明顯。 除了在監控行業(yè),在產(chǎn)品展示、視頻教學(xué)、影音娛樂(lè )、虛擬現實(shí)等方面,也可發(fā)揮巨大作用;相信在不久以后這種圖像技術(shù)會(huì )應用到各個(gè)行業(yè)中。

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