360度全景摄像技术原理介绍

360 度全景摄像技术原理介绍 通常只有在必须的情况下 我们才费尽周折地试图在狭小空间安装视频监控设备 就 当人们开始将要习惯忍受这样的架设行为时 固有的需求矛盾所制 悄然产生一种新生力 量 360 度全景摄像 以往我们在狭小空间试图构建监控系统 无外乎会采用几种方案 短焦距镜头摄像机 调整安装位置 或多摄像机联动对射等 但以上几种方式都存在着不同的应用缺陷 选择短 焦距镜头摄像机时 水平可视范围小于 80 度 广角也超不过 90 度 因而监控范围较小 调 整安装位置 往往受到客观环境的制约而影响稳定安装 例如一面是玻璃 一面是门 顶上 有电线或无法承重的装饰吊顶等等 选择多摄像机联动对射 不仅增加了设备投入的成本 也使得施工变得更加繁琐 一一 360 度全景摄像技术简介度全景摄像技术简介 顾名思义 360 度全景摄像就是一次性收录前后左右的所有图像信息 没有后期合成 更没有多镜头拼接 其原理依据仿生学 鱼眼构造如图 1 采用物理光学的球面镜透射加反射 原理一次性将水平 360 度 垂直 180 度的信息成像 如图 2 再采用硬件自带的软件进行转 换 以人眼习惯的方式呈现出画面 图 1 鱼眼结构 图 2 鱼眼镜头的硬件示意图 鱼眼镜头是一种超广角的特殊镜头 其视觉效果类似于鱼眼观察水面上的景物 鱼的 眼睛类似人眼构造 但是相对于扁圆形的人眼水晶体 鱼眼水晶体是圆球形 虽然只能看 到比较近的物体 但却拥有更大的视角 图 3 中 人眼看水中实物 由于实物反射的光线在水中发生折射 使人误以为物体 处于虚像的位置 例如水中筷子弯曲现象 根据折射原理 光从空气斜射入水等介质中时 折射角小于入射角 光从水等介质斜射入空气中时 折射角大于入射角 也可以概括为 光 从一种介质斜射入另一种介质时 传播方向一般会发生变化 鱼眼镜头就是利用折射原理 本着拥有更大的球面弧度 类似鱼眼的球形水晶体 成像平面离透镜更近 鱼眼的水晶体到 视网膜距离很近 的设计思想 进行开发制造的 一般来说 焦距越短 视角越大 而视角越大 因光学原理产生的变形也就越强烈 为 了达到水平 360 度 垂直 180 度的超大视角 鱼眼镜头允许桶形畸变合理存在 除了画面 中心的景物保持不变 其他本应水平或垂直的景物都发生了相应的变化 为了把畸变后的 图象转化为适合于人眼观看的正常图像 需要通过软件对图像进行坐标变换 并进行图像 修正等处理 图 4 是以日本 FXC 鱼眼镜头为例 简要介绍 360 摄像头软件处理的基本流程 360 度全景图片 转换坐标并做图像增强处理 截取部分信息 图 4 软件处理流程 图 5 是日本 FXC360 全景处理处理系统中 圆形图像转换为平面图像所用到的原理与方 程式 在 PC 端软件或者嵌入式处理系统中通过计算处理 呈现出人眼所习惯的平面图像 图 5 软件处理所用方程式 二二 360 度摄像头的产品特点度摄像头的产品特点 1 压倒性的宽角度摄像 水平 360 度 垂直 180 度全景摄像 颠覆了以往广角摄像机的概念 对 360 度产品来说 视频监控已经无死角 图 6 一般摄像头取景角度 图 7 360 度摄像头取景角度 2 球面图像可转化为正常的平面视图 鱼眼摄像头所取景的图像 经过摄像机内部软件的修正 图面展开等处理 可转化为适合 人眼的正常平面视图 图 8 平面展开实景图 3 降低成本 相比采用传统摄像机视频监控系统 采用全方位取景的 360 度摄像头 可以有效降低摄像 头数量 并缩减在多输入硬盘录像机方面的投入 还可降低施工布线难度 并节省后续维 护费用 4 可接入已有的视频监视系统 360 度摄像头 可以无缝接入已有的模拟监控系统 扩展性较好 用铜轴电缆与普通的硬 盘录像机接续 即可实现 360 度全景监控 三 应用案例 360 度全景摄像可以广泛应用于楼宇大厅 出入口 电梯 会议室 饮食店 停车场 工 厂厂房多钟场合 下面是采用 360 度全景摄像设备实现的某监控实例 在狭小的公交车车厢内的应用 如图 9 图 10 所示 该案例采用日本 FXC 的 360 全景摄像 头 安装于车厢中部 仅用一台设备 即可实现无死角全景视频监控 若采用传统的摄像 机监控 一节车厢大约要 4 台设备才能覆盖全部范围 在狭小的空间内 破坏美感 容易 引起乘客不快 图 9 车内球形成像 图 10 车内成像展开 某公司会议室内应用 如 图 11 所示 该案例中 结合音视频记录设备 采用 360 全景摄 像技术 仅用一台设备 即可真实地全程记录会议 把记录数据上传至服务器 可供日后 查阅或相关被授权人员阅览 日本 FXC 株式会社的该系统是会议记录行业的终极设备 图 11 会议室中的三种视觉处理 原始图像 二分图像 四分图像 如上述实例所示 360 度全景摄像可以将周围环境图像信息尽收 眼 底 在狭小的空间 应用自如 可以剔除死角和盲区 如果不考虑整体尺寸 按照市面上现有的 2 8mm 75 度 广角摄像机组合来实现一台 360 度 全景 摄像机的视野 需要 360 75 5 180 75 2 7 台 四 其他特点 除上述特点之外 360 度全景独有的虚拟 PTZ 技术 如图 11 使得可以在回放图像时 体 验 Zoom In Out 以及旋转等操作 可完全取代传统高速球机中电机驱动的云台控制系统 有了虚拟 PTZ 的技术基础 一方面实现虚拟现实将更为容易 另一方面 将减少机械电机部 件 更大程度上减少设备功耗和发热 减少器件摩擦损耗 延长设备和系统的使用寿命 采用 360 度全景摄像头 狭小空间的视频监控系统就有了一套全新的方案 可解决视距 视角 安装 成本控制等多种问题 图 12 日本 FXC 摄像头虚拟 PTZ 操作实例 五 结语 360 度全景