魚眼鏡頭——全景攝像機關(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，因為我們在實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，后處理再強也不能"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，這種畸變會隨著視場角的擴大而嚴重，不過，這也是一種合理現(xiàn)象。因為，魚眼鏡頭是按照折射光學(xué)原理設(shè)計，一種有多塊折射透鏡組合而成的超廣角鏡頭，能夠?qū)Τ^2π立體角空間進行拍攝，但是視場角和角分辨的設(shè)計受到制約。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，但是遠離光軸的邊緣區(qū)域的目標(biāo)角分辨率太低(邊緣圖像嚴重壓縮)。

　　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)生的變形也就越強烈。為了達到180度的超大視角，魚眼鏡頭的設(shè)計者不得不作出犧牲，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能造成非常強烈的透視效果，強調(diào)被攝物近大遠小的對比。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，會顯得比原先長一倍。

　　二、魚眼鏡頭在安防監(jiān)控中的應(yīng)用

　　魚眼鏡頭是構(gòu)建全景視覺最簡單有效的方法之一，它的突出特點是一次性可攝入超過180度視角內(nèi)所有的信息，從而達到無盲區(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)全景攝像機選用的魚眼鏡頭均是第一種，因為其三維視角可達到360度x180度，達到理想的全景視角。雖然視場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，這種畸變會隨著視場角的擴大而嚴重，不過，這也是一種合理現(xiàn)象。

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

　　在當(dāng)前的安防市場上，一隨著視頻監(jiān)控盲點越發(fā)不被人們所忍受，市場對無盲點視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求也愈來愈烈。而全景攝像機就是實現(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，對用戶乃至對社會而言意義非凡。其中有一種類型是基于超廣角魚眼鏡頭的全景攝像機。而魚眼全景攝像機是對現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的改造與升級。在魚眼全景監(jiān)控系統(tǒng)中，只需要一臺魚眼全景攝像機即可實現(xiàn)全景無盲區(qū)監(jiān)控，沒有任何的機械部件，圖像通過超廣角的魚眼鏡頭攝取監(jiān)控現(xiàn)場的全景圖像，根據(jù)安裝方式的不同，可達到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。如果嚴格來講，全景攝像機并不是一臺攝像機，它是由魚眼鏡頭高清攝像機圖像處理軟件構(gòu)成的"三合一"全景監(jiān)控系統(tǒng)。