目前全景攝像機的體制主要有以下幾種:
攝像機拼接方式:利用多個攝像機拼接實現(xiàn)大范圍監(jiān)控。此方法的難度在于各攝像機輸出圖像的圖像匹配以及圖像拼接;另外,各攝像機的同步觸發(fā)以及同步輸出也尤為重要,而且后期多圖像融合實時輸出對軟硬件的要求也非常高,要達到較好的效果,成本較高。一般適用于對成本不敏感且分辨率要求很高的特定情況應(yīng)用。
單臺攝像機,通過旋轉(zhuǎn)拼接的方式:此方法的實時性較差,且需要旋轉(zhuǎn)機構(gòu),成本較高,僅適用于實時性要求不高的場合。
單鏡頭+單攝像機實現(xiàn)全景成像,這是目前應(yīng)用比較廣泛的全景成像方式。根據(jù)成像原理的不同,單鏡頭分為魚眼全景鏡頭和反射-折射式全景鏡頭。在模擬相機時代,受制于攝像機的像素不高,單鏡頭+單攝像機實現(xiàn)全景成像時,監(jiān)控景物所占像素極小,分辨率較低,因此可用性一直不強。隨著高清攝像機的發(fā)展,現(xiàn)階段監(jiān)控CCTV攝像機可達千萬像素,單鏡頭+單攝像機實現(xiàn)全景的應(yīng)用范圍及前景非常好。以下主要介紹這兩種鏡頭的原理以及差別。
A、魚眼式全景鏡頭
原理:與常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計不同,根據(jù)相似成像原理,魚眼鏡頭利用大曲率負透鏡人為引入大量的桶形畸變實現(xiàn)廣角范圍內(nèi)的成像,同時也避免了邊緣由于視場角的增大照度急劇下降的問題。
成像特點:
能夠利用一個鏡頭實現(xiàn)180°以上視場,且視場內(nèi)無盲區(qū);
徑向方向(從成像圓中心向外)包含景物的高度信息,切向方向(成像圓中心的同心圓的切線)包含物體的水平信息;
魚眼圖像中心較小視場內(nèi)的景物占了大量像素,圖像外圓區(qū)域景物場景多但所占像素較少,因此,魚眼圖像面臨的一個問題就是如何通過設(shè)計增加邊緣視場所占像素,提高邊緣景物分辨率;但受限于成像原理,提高邊緣景物分辨率會大大增加魚眼鏡頭的設(shè)計難度以及加工難度;
魚眼鏡頭設(shè)計采用非線性的相似成像原理,且人為引入了大量的桶形畸變,因此在魚眼圖像進行展開時,只能采用擬合的方式,圖線展開精度與算法相關(guān)性較大,且展開圖像畸變難以*校正;
魚眼攝像機的設(shè)計以及安裝較為方便,采用常規(guī)攝像機的方式將常規(guī)鏡頭更換為合適的魚眼鏡頭即可實現(xiàn)全景攝像機。
B、反射-折射式全景鏡頭
原理:利用非球面(球面)反射鏡(組)實現(xiàn)大范圍視場角收集,后經(jīng)過匹配的中繼常規(guī)鏡頭入射到CCD/CMOS傳感器成像。根據(jù)反射鏡面形的設(shè)計,理論上可實現(xiàn)空間(4π)成像。
成像特點:
能夠利用反射鏡(非球面或球面,一個或一組)實現(xiàn)水平360°,俯仰90°以上的環(huán)形視場成像;根據(jù)成像原理,在攝像機的安裝方向會有盲區(qū)存在,可改進單反射鏡為雙反射鏡的方式以及根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計減小盲區(qū),但由于結(jié)構(gòu)上有遮擋視場的部件存在,不能*消除盲區(qū);
水平方向視場角360°,俯仰視場角可根據(jù)要求更改反射鏡的面形設(shè)計,理論上可實現(xiàn)-90°~90°俯仰視場角;
和魚眼鏡頭類似,徑向方向(從成像圓中心向外)包含景物的高度信息,切向方向(成像圓中心的同心圓的切線)包含物體的水平信息;
不增加設(shè)計難度以及成本的情況下,可通過非球面反射鏡(組)的設(shè)計,極大提高邊緣景物所占像素以及分辨率;非常適用于對環(huán)形區(qū)域的全景監(jiān)控;
成像原理類似于攝像機的單視點成像,反射鏡一般采用二次曲面設(shè)計,在進行全景展開時,能夠根據(jù)曲面面形以及幾何投影關(guān)系非常的還原成像景物的空間坐標,展開圖像無畸變;由于其高精度還原成像景物的空間坐標,可聯(lián)動外接高速球攝像機實現(xiàn)細節(jié)觀察;采用反射-折射全景成像的攝像機zui早應(yīng)用于機器人導(dǎo)航等機器視覺領(lǐng)域;
鏡頭的裝調(diào)精度要求較高;
攝像機結(jié)構(gòu)形式多樣化;
非球面反射鏡目前的加工成本偏高。