360度全景攝像技術(shù)原理介紹

360 度全景攝像技術(shù)原理介紹 通常只有在必須的情況下 我們才費(fèi)盡周折地試圖在狹小空間安裝視頻監(jiān)控設(shè)備 就 當(dāng)人們開始將要習(xí)慣忍受這樣的架設(shè)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(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng) 無外乎會(huì)采用幾種方案 短焦距鏡頭攝像機(jī) 調(diào)整安裝位置 或多攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)對射等 但以上幾種方式都存在著不同的應(yīng)用缺陷 選擇短 焦距鏡頭攝像機(jī)時(shí) 水平可視范圍小于 80 度 廣角也超不過 90 度 因而監(jiān)控范圍較小 調(diào) 整安裝位置 往往受到客觀環(huán)境的制約而影響穩(wěn)定安裝 例如一面是玻璃 一面是門 頂上 有電線或無法承重的裝飾吊頂?shù)鹊?選擇多攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)對射 不僅增加了設(shè)備投入的成本 也使得施工變得更加繁瑣 一一 360 度全景攝像技術(shù)簡介度全景攝像技術(shù)簡介 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 沒有后期合成 更沒有多鏡頭拼接 其原理依據(jù)仿生學(xué) 魚眼構(gòu)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(zhuǎn) 換 以人眼習(xí)慣的方式呈現(xiàn)出畫面 圖 1 魚眼結(jié)構(gòu) 圖 2 魚眼鏡頭的硬件示意圖 魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭 其視覺效果類似于魚眼觀察水面上的景物 魚的 眼睛類似人眼構(gòu)造 但是相對于扁圓形的人眼水晶體 魚眼水晶體是圓球形 雖然只能看 到比較近的物體 但卻擁有更大的視角 圖 3 中 人眼看水中實(shí)物 由于實(shí)物反射的光線在水中發(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(xiàn)象 根據(jù)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 魚眼鏡頭就是利用折射原理 本著擁有更大的球面弧度 類似魚眼的球形水晶體 成像平面離透鏡更近 魚眼的水晶體到 視網(wǎng)膜距離很近 的設(shè)計(jì)思想 進(jìn)行開發(fā)制造的 一般來說 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(qiáng)烈 為 了達(dá)到水平 360 度 垂直 180 度的超大視角 魚眼鏡頭允許桶形畸變合理存在 除了畫面 中心的景物保持不變 其他本應(yīng)水平或垂直的景物都發(fā)生了相應(yīng)的變化 為了把畸變后的 圖象轉(zhuǎn)化為適合于人眼觀看的正常圖像 需要通過軟件對圖像進(jìn)行坐標(biāo)變換 并進(jìn)行圖像 修正等處理 圖 4 是以日本 FXC 魚眼鏡頭為例 簡要介紹 360 攝像頭軟件處理的基本流程 360 度全景圖片 轉(zhuǎn)換坐標(biāo)并做圖像增強(qiáng)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(tǒng)中 圓形圖像轉(zhuǎn)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(tǒng)中通過計(jì)算處理 呈現(xiàn)出人眼所習(xí)慣的平面圖像 圖 5 軟件處理所用方程式 二二 360 度攝像頭的產(chǎn)品特點(diǎn)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(jī)的概念 對 360 度產(chǎn)品來說 視頻監(jiān)控已經(jīng)無死角 圖 6 一般攝像頭取景角度 圖 7 360 度攝像頭取景角度 2 球面圖像可轉(zhuǎn)化為正常的平面視圖 魚眼攝像頭所取景的圖像 經(jīng)過攝像機(jī)內(nèi)部軟件的修正 圖面展開等處理 可轉(zhuǎn)化為適合 人眼的正常平面視圖 圖 8 平面展開實(shí)景圖 3 降低成本 相比采用傳統(tǒng)攝像機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng) 采用全方位取景的 360 度攝像頭 可以有效降低攝像 頭數(shù)量 并縮減在多輸入硬盤錄像機(jī)方面的投入 還可降低施工布線難度 并節(jié)省后續(xù)維 護(hù)費(fèi)用 4 可接入已有的視頻監(jiān)視系統(tǒng) 360 度攝像頭 可以無縫接入已有的模擬監(jiān)控系統(tǒng) 擴(kuò)展性較好 用銅軸電纜與普通的硬 盤錄像機(jī)接續(xù) 即可實(shí)現(xiàn) 360 度全景監(jiān)控 三 應(yīng)用案例 360 度全景攝像可以廣泛應(yīng)用于樓宇大廳 出入口 電梯 會(huì)議室 飲食店 停車場 工 廠廠房多鐘場合 下面是采用 360 度全景攝像設(shè)備實(shí)現(xiàn)的某監(jiān)控實(shí)例 在狹小的公交車車廂內(nèi)的應(yīng)用 如圖 9 圖 10 所示 該案例采用日本 FXC 的 360 全景攝像 頭 安裝于車廂中部 僅用一臺(tái)設(shè)備 即可實(shí)現(xiàn)無死角全景視頻監(jiān)控 若采用傳統(tǒng)的攝像 機(jī)監(jiān)控 一節(jié)車廂大約要 4 臺(tái)設(shè)備才能覆蓋全部范圍 在狹小的空間內(nèi) 破壞美感 容易 引起乘客不快 圖 9 車內(nèi)球形成像 圖 10 車內(nèi)成像展開 某公司會(huì)議室內(nèi)應(yīng)用 如 圖 11 所示 該案例中 結(jié)合音視頻記錄設(shè)備 采用 360 全景攝 像技術(shù) 僅用一臺(tái)設(shè)備 即可真實(shí)地全程記錄會(huì)議 把記錄數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器 可供日后 查閱或相關(guān)被授權(quán)人員閱覽 日本 FXC 株式會(huì)社的該系統(tǒng)是會(huì)議記錄行業(yè)的終極設(shè)備 圖 11 會(huì)議室中的三種視覺處理 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圍環(huán)境圖像信息盡收 眼 底 在狹小的空間 應(yīng)用自如 可以剔除死角和盲區(qū) 如果不考慮整體尺寸 按照市面上現(xiàn)有的 2 8mm 75 度 廣角攝像機(jī)組合來實(shí)現(xiàn)一臺(tái) 360 度 全景 攝像機(jī)的視野 需要 360 75 5 180 75 2 7 臺(tái) 四 其他特點(diǎn) 除上述特點(diǎn)之外 360 度全景獨(dú)有的虛擬 PTZ 技術(shù) 如圖 11 使得可以在回放圖像時(shí) 體 驗(yàn) Zoom In Out 以及旋轉(zhuǎn)等操作 可完全取代傳統(tǒng)高速球機(jī)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)的云臺(tái)控制系統(tǒng) 有了虛擬 PTZ 的技術(shù)基礎(chǔ) 一方面實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)將更為容易 另一方面 將減少機(jī)械電機(jī)部 件 更大程度上減少設(shè)備功耗和發(fā)熱 減少器件摩擦損耗 延長設(shè)備和系統(tǒng)的使用壽命 采用 360 度全景攝像頭 狹小空間的視頻監(jiān)控系統(tǒng)就有了一套全新的方案 可解決視距 視角 安裝 成本控制等多種問題 圖 12 日本 FXC 攝像頭虛擬 PTZ 操作實(shí)例 五 結(jié)語 360 度全景