隨著(zhù)攝像機從模擬走向網(wǎng)絡(luò )，“高清”日漸成為市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn)，它的出現讓人們可以看得更清楚，獲得更多的細節。但是，客戶(hù)在從之前“只能看見(jiàn)人臉”到現在“能看清人臉”的同時(shí)，又提出了另一方面的要求，那就是看得更廣，即在同一個(gè)場(chǎng)景中能看到更多的東西。對此，原來(lái)是通過(guò)用幾只攝像頭覆蓋一個(gè)區域，或用快球來(lái)回巡航掃描去解決。但在某些場(chǎng)合，這些方案還不能完全滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，比如客戶(hù)需要在同一個(gè)畫(huà)面里確定人的移動(dòng)，或需要用同一個(gè)場(chǎng)景中監看到的事物去說(shuō)明一些問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候就需要全景攝像機或者超廣角攝像機。
  安防行業(yè)最常見(jiàn)的CCD傳感芯片是1/3英寸或1/4英寸的，8mm或6mm的鏡頭被稱(chēng)為標準鏡頭，對應角度分別為46.5゜x34.6゜和34.6゜x25.9゜（水平ｘ垂直），之所以稱(chēng)之為標準，意思是看到的圖像不會(huì )變形，相對應8mm或6mm的以下的鏡頭，就會(huì )被稱(chēng)之為廣角鏡頭，一般情況下配配4mm的鏡頭可以看到65.6゜或49.7゜的視場(chǎng)角范圍（以水平角度計算，下同），此時(shí)圖像變形的已經(jīng)很厲害，如果想看到更廣闊的范圍，就要用到2.2mm甚至以下的鏡頭（鏡頭角度118.6゜或90.0゜），但是就會(huì )出現魚(yú)眼效應-------也就是一般人所說(shuō)的圖像邊緣輪廓的嚴重變形扭曲。
  業(yè)界一直在研究基于球面透視投影約束的魚(yú)眼鏡頭校正方法，通常采用的是這樣的算法：利用場(chǎng)景中直線(xiàn)的魚(yú)眼投影曲線(xiàn),使用球面透視投影約束,得到徑向和切向變形參數,實(shí)現了魚(yú)眼圖像的校正?；诖唇訄D像之間重疊部分亮度差最小的原理,確定了重疊區域,通過(guò)在重疊區域間的融合,實(shí)現了圖像的無(wú)縫拼接。校正及拼接結果表明,該方法能得到較為滿(mǎn)意的效果，一般可以滿(mǎn)足對大角度或是超廣角的要求，可以形成一個(gè)能夠將監控攝像機在超廣角情況下圖像的形變修改成較為正常的圖像，以達到寬視野的效果，一般在平面范圍內最大可以實(shí)現170度的超廣角度。

一、全景與廣角攝像機的發(fā)展與現狀
  目前業(yè)內對全景攝像機還沒(méi)有一個(gè)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(chēng)之為全景攝像機。比如一個(gè)安裝在廣場(chǎng)或大門(mén)口的、短焦距的500萬(wàn)像素攝像機，它基本上能將大門(mén)口或廣場(chǎng)上的事物看清楚，于是很多人稱(chēng)這種攝像機為全景攝像機。也有一些廠(chǎng)家把360度攝像機結合特定安裝方式的解決方案稱(chēng)為全景攝像機，比如在會(huì )議室的天花板上裝一臺垂直向下的魚(yú)眼攝像機，幾乎能看到會(huì )議室的全景，這種方案也稱(chēng)之為全景攝像機。
  對于上述兩種定義的全景攝像機，深圳市華安泰智能科技有限公司基于全景技術(shù)生產(chǎn)的360度魚(yú)眼全景高清網(wǎng)絡(luò )攝像機是目前解決全景監控難題中性?xún)r(jià)比較高的全景攝像機， 這種攝像機沒(méi)有任何機械部件，它通過(guò)魚(yú)眼鏡頭攝取監控現場(chǎng)的全景圖像，通過(guò)內嵌或者外置的展開(kāi)軟件將變形的全景圖像還原為正常的視頻圖像，即可實(shí)現全景無(wú)盲區監控。360度魚(yú)眼全景高清網(wǎng)絡(luò )攝像機它可監控整個(gè)360°、180°、90°環(huán)境并且在監控上無(wú)任何視覺(jué)上的死角，同時(shí)亦可在不同分割視窗中或是在擷取影像所展開(kāi)的二維平面上做電子云臺控制。
  目前，在對一個(gè)場(chǎng)所實(shí)行全方位監控的時(shí)候一般有兩種方式，一是多攝像機的疊加實(shí)現全角度的覆蓋，這樣會(huì )形成攝像機群的龐大場(chǎng)景，不僅場(chǎng)地設計美觀(guān)上有影響，而且在建設費用上，成本居高不下；二是采用云臺的方式，實(shí)現監控場(chǎng)景的輪巡覆蓋，但是給監控人員對畫(huà)面連續監控的要求帶來(lái)了一定的難度。
在空間廣、視野寬、環(huán)境復雜，而且對監控環(huán)境要求做到監控畫(huà)面連續的情況下，這種應用就需要使用超大角度監控，最好使用超廣角攝像機。
一般的監控攝像機，比如我們用的比較多的槍機或紅外一體機，大家都用的是3.6mm以上的鏡頭，因為視野角度的問(wèn)題，再往下就可能出現圖像嚴重變形，有了這種校正電路之后，再配上2mm以下廣角的鏡頭，我們即可輕而易舉的達到100°以上的監控范圍而不至于引起圖像變形，輕松實(shí)現全方位無(wú)死角的監控效果。

二、技術(shù)可行性
  對于超廣角攝像機來(lái)說(shuō)，諸多的先進(jìn)技術(shù)注定要對監控角度有著(zhù)更高的要求。而超級角度的成像效果不僅關(guān)系到傳感器的選取，在鏡頭的選用上也都有著(zhù)很高的關(guān)聯(lián)度。此外在一些器件的工藝和設計要求上，也都與普通的監控攝像機有著(zhù)明顯的不同，而這些要求也都為攝像機的角度質(zhì)量和監控范圍做著(zhù)盡可能大的貢獻。
  當然，除了鏡頭的嚴格要求以外，芯片良好的矯正能力則是超廣角攝像機更加重要的工作要求。由于超廣角度技術(shù)本身的特點(diǎn)，正常監控過(guò)程中的圖像，畫(huà)面邊緣會(huì )出現畫(huà)面畸變，造成邊緣區域的圖像失真。芯片內部?jì)戎玫闹悄軋D像修正軟件可對各圖像區域進(jìn)行相應矯正，顯示正常圖像，從而最大化的保持成像的清晰和準確。

三、技術(shù)優(yōu)勢
全景攝像機
  1、超寬監控視角
  一枚魚(yú)眼鏡頭盡收360度全景，可取代傳統的多支攝像機：用戶(hù)只需要一枚專(zhuān)用的魚(yú)眼鏡頭便能直接觀(guān)看整個(gè)空間，四周的影像一次盡收眼底，完全消滅死角。 
  2、降低成本       
  全景攝像機的這種360度實(shí)時(shí)全景監控能力，使得無(wú)需為涵蓋整個(gè)監控區域而安裝多臺攝像機，因而節省了攝像機硬件投資。監控攝像機路數大大減少，可以節省配套設備，如鏡頭、防護罩、布線(xiàn)、電源、錄像、顯示等相應配件和設備的成本，還可降低施工布線(xiàn)難度，節省安裝時(shí)間、人工費用以及后續維護費用。
  3、虛擬PTZ技術(shù)
  采用虛擬PTZ技術(shù)，可以放大或移動(dòng)監控視野內的圖像區域，當轉變方向觀(guān)察另一個(gè)圖像區域時(shí)，不會(huì )發(fā)出任何噪音，隱秘且不易察覺(jué)。由于沒(méi)有機械移動(dòng)部件，不需要時(shí)刻的進(jìn)行機械化運轉，全景攝像機不會(huì )發(fā)生任何磨損，產(chǎn)品結實(shí)耐用，使用壽命大大延長(cháng)。全景環(huán)視的圖像失真矯正可對多個(gè)圖像區進(jìn)行，這樣，與機械PTZ攝像機不同，全景攝像機能同時(shí)觀(guān)察和攝錄多個(gè)不同的區域。

超廣角攝像機
  1、多角度、多視角同時(shí) 監控
  超廣角攝像機的特點(diǎn)決定了在使用場(chǎng)所中，不僅僅會(huì )大大降低攝像機的使用數量，而且仍然可以實(shí)現大范圍的角度覆蓋。尤其是在監所中，對監所的重點(diǎn)部位：會(huì )見(jiàn)室、監舍等區域更可以一臺攝像機實(shí)現全范圍的覆蓋。
  2、成本低、易維護、低損耗
  在成本上，除了因為廣角度的覆蓋而減少了對傳統攝像機的數量要求之外，超廣角攝像機還有維護簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。因為一臺廣角攝像機可以代替多臺傳統攝像機，面向整個(gè)場(chǎng)所進(jìn)行監控，所以無(wú)需云臺、無(wú)需多角度調節，對攝像機的硬件損壞很低而且非常容易維護。
  3、兼容性強、易擴展
  超廣角攝像機專(zhuān)門(mén)針對監獄監所等特定的場(chǎng)所，在技術(shù)上基于基礎的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，可以整體平滑無(wú)縫地接入已有的網(wǎng)絡(luò )監控系統，兼容性非常強，擴展性很好。

四、技術(shù)原理
  超廣角攝像機配備的是CMOS圖像感光、圖像編碼器、圖像修正軟件的sensor，加上超廣角度的特殊鏡頭，整體滿(mǎn)足全方位超廣角度的取像效果。
超廣角鏡頭成像硬件原理圖如下：
 
  一般來(lái)說(shuō)，焦距越短，視角越大，而視角越大，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。
圖像傳感器芯片的原理如下：
 
  在以上芯片中，采用了最新的算法，并應用到了圖像修正軟件當中，軟件處理所用方程式為：
 
  鏡頭采集到邊緣變形的圖像后，畫(huà)面邊緣以凸面的形式呈現。傳感器處理時(shí)，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，通過(guò)對成像特點(diǎn)，光線(xiàn)攝入，以及透光量等環(huán)節的分析，調整不同區域的圖像均衡，呈現出人眼所習慣的平面圖像。

五、如何做到技術(shù)創(chuàng )新
  （1）技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
  超廣角攝像機成像原理與普通攝像機不一樣，圖像邊緣往往會(huì )形成一個(gè)凸出、變形的畫(huà)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(zhì)量。所以如何矯正、還原圖像，看清圖像中的監控物體，成為超廣角攝像機的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。
  理論上，有兩種方式能矯正超廣角鏡頭成像失真的問(wèn)題，一種是由后端平臺進(jìn)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。超廣角監控攝像技術(shù)采用后者解決鏡頭失真的問(wèn)題，傳感器內置芯片獨有的算法，在收到鏡頭采集的凸面畫(huà)面后，直接進(jìn)行矯正，這樣一來(lái)，可以舒緩網(wǎng)絡(luò )傳輸寬帶和后端存儲的壓力，提高了監控運行的效率。
  超廣角攝像機在研發(fā)過(guò)程中還存在以下幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)：
  第一，底層芯片計算方法復雜，超廣角圖像修正軟件在對圖像進(jìn)行灰度、對比度、銳度等調節方面受現場(chǎng)使用環(huán)境的制約，需要反復調試，可能會(huì )影響客戶(hù)的滿(mǎn)意度。
  第二，高像素的實(shí)現。超廣角攝像機實(shí)現高像素的效果，不僅是依靠傳感器的選取，而對ＩＳＰ的處理、編碼以及與網(wǎng)絡(luò )相應的配合要求都很重要，并且在相應的結構、工藝等要求上，都要比普通攝像機嚴格數倍。
  第三、凸面圖像展開(kāi)矯正的準確性。在將超廣角攝像機所產(chǎn)生的凸面圖像展開(kāi)為人眼能接受的普通平鋪圖像的過(guò)程中，反畸變、反扭曲的算法是非常重要的。因為從鏡頭選型開(kāi)始，就需要通過(guò)鏡頭的曲率特征分析、光學(xué)折射線(xiàn)路分析，以及結合透光亮考慮分析，才能取得一個(gè)比較好的圖像源，以達到大景深、高分辨率，且畫(huà)面周邊和中心的解像力要均衡。
  在市場(chǎng)方面，就作為一個(gè)產(chǎn)品而言，超廣角攝像機的價(jià)格是用戶(hù)尤為關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題，而在項目中的應用效果或者為用戶(hù)帶來(lái)哪些效益，不僅僅關(guān)注前端監控攝像機的成本差異，而對攝像機所拍攝出來(lái)的圖像是否能夠最終完整、實(shí)時(shí)、清晰地呈現在后端大屏幕上，其壓縮方式、網(wǎng)絡(luò )頻寬、存儲、后端平臺兼容等等一系列環(huán)節都十分重要。
  全景攝像機的關(guān)鍵技術(shù)：
  第一、高分辨率的實(shí)現。高像素的產(chǎn)品不僅是Sensor的選取，ISP的處理、編碼以及與網(wǎng)絡(luò )相應的配合都很重要，并且在相應的結構、工藝等要求上，要比普通攝像機嚴格數倍。
  第二、魚(yú)眼展開(kāi)矯正的準確性。在將魚(yú)眼攝像機所產(chǎn)生的圓形圖像展開(kāi)為人眼能接受的普通平鋪圖像的過(guò)程中，反畸變、反扭曲的算法是非常重要的。因為從鏡頭選型開(kāi)始，就需要通過(guò)鏡頭的曲率特征分析、光學(xué)折射線(xiàn)路分析，以及結合透光亮考慮分析，才能取得一個(gè)比較好的圖像源，以達到大景深、高分辨率，且畫(huà)面周邊和中心的解像力要均衡。對于全景攝像機的開(kāi)發(fā)，?？低暢藝栏窈Y選以確保鏡頭的高品質(zhì)的同時(shí)，對于魚(yú)眼展開(kāi)算法也做了長(cháng)期、深入的研究。目前已經(jīng)實(shí)現了對魚(yú)眼鏡頭所產(chǎn)生的圓形圖像進(jìn)行有效展開(kāi)及處理，獲得了人眼習慣的平鋪圖像，并且在沒(méi)有畸變和扭曲的細節基礎上進(jìn)行了相應優(yōu)化，保證了整體圖像的清晰、準確。
  （2）技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)
  超廣角監控攝像技術(shù)最大的創(chuàng )新點(diǎn)就在于傳感器采用獨特算法，可以直接矯正變形的圖像，超廣角度監控，采用虛擬PTZ形式，產(chǎn)生類(lèi)似云臺的追蹤效果。

六、多技術(shù)融合是未來(lái)全景攝像機發(fā)展的主要方向：
VMS支持
  全景攝像機的圖像處理需要VMS（視頻管理軟件）的支持，但由于目前的魚(yú)眼展開(kāi)算法都是廠(chǎng)家私有的，導致VMS支持范圍非常有限。如何將魚(yú)眼展開(kāi)算法實(shí)現互通共享，實(shí)現統一標準接口，是未來(lái)設備廠(chǎng)家和集成商需要共同努力的方向。
分辨率
  全景攝像機相對于普通攝像機而言一個(gè)很大的優(yōu)勢在于其超大的監控范圍，然而從分辨率密度上來(lái)考慮，同樣的像素的攝像機在監控更大的區域時(shí)會(huì )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(huà)面分辨率的下降，因此只有在對監控圖像畫(huà)面質(zhì)量要求不太高或使用高分辨率成像器件時(shí)才能使用。這就解釋了為什么300萬(wàn)像素的全景攝像機畫(huà)面質(zhì)量看上去像CIF分辨率。所以對于全景攝像機而言，提高畫(huà)面分辨率是未來(lái)一項重要的研究課題。
低照度
  全景攝像機大多數都沒(méi)有ICR（機械式紅外濾色片），導致其低照度效果很難令人滿(mǎn)意。因為在以后的發(fā)展中會(huì )更多關(guān)注全景攝像機的夜間效果，譬如采用ICR+紅外補光或者提升感光器的感光性能來(lái)提升低照度效果。
寬動(dòng)態(tài)
  以魚(yú)眼攝像機為例，其采用具有360度超大視角的魚(yú)眼鏡頭監控整個(gè)場(chǎng)景，如此大范圍的監控勢必會(huì )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(diǎn)，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(dòng)態(tài)效果，能夠推動(dòng)未來(lái)全景攝像機在室內環(huán)境的應用。
智能
  如何解放安防的人力一致是智能分析的發(fā)展方向，特別是在全景攝像機的無(wú)死角監控的條件下實(shí)現智能分析一定能夠帶來(lái)更好的安防應用。