魚眼鏡頭——全景攝像機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

　　魚眼鏡頭是一種焦距極短并且視角接近或等于180°的鏡頭。16mm或焦距更短的鏡頭通常即可認(rèn)為是魚眼鏡頭。它是一種極端的廣角鏡頭，“魚眼鏡頭”是它的俗稱。為使鏡頭達(dá)到最大的攝影視角，這種攝影鏡頭的前鏡片直徑且呈拋物狀向鏡頭前部凸出，與魚的眼睛頗為相似，"魚眼鏡頭"因此而得名。魚眼鏡頭屬于超廣角鏡頭中的一種特殊鏡頭，它的視角力求達(dá)到或超出人眼所能看到的范圍。盡管如此，仍然存在很大的差別，因?yàn)槲覀冊(cè)趯?shí)際生活中看見的景物是有規(guī)則的固定形態(tài)，而通過魚眼鏡頭產(chǎn)生的畫面效果則超出了這一范疇。（漢中安防監(jiān)控）

　　從監(jiān)控應(yīng)用的角度來看，鏡頭的選擇將決定圖像質(zhì)量的性能上限，采集到的數(shù)據(jù)不清晰，后處理再?gòu)?qiáng)也不能"虛構(gòu)"像素。從特性而言，魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭，這種攝影鏡頭的前鏡片直徑且呈拋物狀向鏡頭前部凸出，其視覺效果類似于魚眼觀察水面上的景物。雖然視場(chǎng)角提供了無與倫比的享受，但卻是以犧牲原有監(jiān)控畫面為前提獲得的，魚眼鏡頭這種變形的圖像一般稱之為桶形畸變，這種畸變會(huì)隨著視場(chǎng)角的擴(kuò)大而嚴(yán)重，不過，這也是一種合理現(xiàn)象。因?yàn)?，魚眼鏡頭是按照折射光學(xué)原理設(shè)計(jì)，一種有多塊折射透鏡組合而成的超廣角鏡頭，能夠?qū)Τ^2π立體角空間進(jìn)行拍攝，但是視場(chǎng)角和角分辨的設(shè)計(jì)受到制約。典型的表現(xiàn)就是靠近光軸的中央?yún)^(qū)域的目標(biāo)角分辨很較高，但是遠(yuǎn)離光軸的邊緣區(qū)域的目標(biāo)角分辨率太低(邊緣圖像嚴(yán)重壓縮)。

　　一、魚眼鏡頭的成像原理

　　眾所周知，焦距越短，視角越大，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180度的超大視角，魚眼鏡頭的設(shè)計(jì)者不得不作出犧牲，即允許這種變形（桶形畸變）的合理存在。其結(jié)果是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。

　　魚眼鏡頭最大的作用是視角范圍大，視角一般可達(dá)到220·或230·，這為近距離拍攝大范圍景物創(chuàng)造了條件；魚眼鏡頭在接近被攝物拍攝時(shí)能造成非常強(qiáng)烈的透視效果，強(qiáng)調(diào)被攝物近大遠(yuǎn)小的對(duì)比。魚眼鏡頭的成像有兩種，一種像其他鏡頭一樣，成像充滿畫面；另一種成像為圓形。無論哪種成像，用魚眼鏡頭所攝的像，變形相當(dāng)厲害，透視匯聚感強(qiáng)烈。所以它常被用作特殊效果鏡頭，一只伸向魚眼鏡頭的手臂，會(huì)顯得比原先長(zhǎng)一倍。

　　二、魚眼鏡頭在安防監(jiān)控中的應(yīng)用

　　魚眼鏡頭是構(gòu)建全景視覺最簡(jiǎn)單有效的方法之一，它的突出特點(diǎn)是一次性可攝入超過180度視角內(nèi)所有的信息，從而達(dá)到無盲區(qū)效果。從特性而言，魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭，這種攝影鏡頭的前鏡片直徑且呈拋物狀向鏡頭前部凸出，其視覺效果類似于魚眼觀察水面上的景物。它是一種短焦距鏡頭，一般焦距在F=6-16mm之間，根據(jù)光學(xué)成像原理，短焦距才能呈現(xiàn)出大視場(chǎng)的監(jiān)控效果。

　　常見的魚眼鏡頭有兩種，一種是圓形成像，一種是矩形成像。前者可攝的三維角度相比后者要大，目前大多數(shù)全景攝像機(jī)選用的魚眼鏡頭均是第一種，因?yàn)槠淙S視角可達(dá)到360度x180度，達(dá)到理想的全景視角。雖然視場(chǎng)角提供了無與倫比的享受，但卻是以犧牲原有監(jiān)控畫面為前提獲得的，魚眼鏡頭這種變形的圖像一般稱之為桶形畸變，這種畸變會(huì)隨著視場(chǎng)角的擴(kuò)大而嚴(yán)重，不過，這也是一種合理現(xiàn)象。

　　一般的監(jiān)控探頭視場(chǎng)角度在60度-90度左右，如果監(jiān)控場(chǎng)所有大范圍的監(jiān)控需求，如果只是多裝幾支攝像頭來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域的覆蓋，無疑會(huì)增加攝像頭成本與安裝成本，后端的顯示與存儲(chǔ)成本也會(huì)相應(yīng)的增加；即便是球機(jī)可以通過云臺(tái)實(shí)現(xiàn)360度全范圍監(jiān)控，但卻不能達(dá)到同時(shí)監(jiān)控360度的范圍，而且在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，多數(shù)球機(jī)都通過設(shè)置預(yù)置位對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行監(jiān)控，難以避免重要事件被"漏控"的情況出現(xiàn)。

　　在當(dāng)前的安防市場(chǎng)上，一隨著視頻監(jiān)控盲點(diǎn)越發(fā)不被人們所忍受，市場(chǎng)對(duì)無盲點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求也愈來愈烈。而全景攝像機(jī)就是實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控，它的出現(xiàn)可在真正意義上消除監(jiān)控盲區(qū)，確保視頻的可靠性、完整性，對(duì)用戶乃至對(duì)社會(huì)而言意義非凡。其中有一種類型是基于超廣角魚眼鏡頭的全景攝像機(jī)。而魚眼全景攝像機(jī)是對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的改造與升級(jí)。在魚眼全景監(jiān)控系統(tǒng)中，只需要一臺(tái)魚眼全景攝像機(jī)即可實(shí)現(xiàn)全景無盲區(qū)監(jiān)控，沒有任何的機(jī)械部件，圖像通過超廣角的魚眼鏡頭攝取監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的全景圖像，根據(jù)安裝方式的不同，可達(dá)到180度或360的全景畫面，并通過內(nèi)嵌或者是外置的圖像處理軟件將橢圓或圓形的變形圖像修正為正常的視頻圖像。如果嚴(yán)格來講，全景攝像機(jī)并不是一臺(tái)攝像機(jī)，它是由魚眼鏡頭高清攝像機(jī)圖像處理軟件構(gòu)成的"三合一"全景監(jiān)控系統(tǒng)。