360度全景摄像技术应用浅析

　　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。

　　所以，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。

　　一、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。

　　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：

　　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。

　　二、360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。

　　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。

　　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。