全景鱼眼监控摄像机图像校正核心算法

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文章编号：2095－6835（2016）17－0071－01
全景鱼眼监控摄像机图像校正核心算法
马朋飞，李柳群，潘云龙
（北方民族大学，宁夏 银川 750021）
摘 要：鱼眼镜头的视角范围远远大于平面镜头，为人们建立体积最小、质量最轻、功耗最少、视角最大的监控系统提供了可能性。

对于鱼眼镜头所成的像，由于受到景深曲率的影响，图像畸变十分严重，不符合正常视觉感受。

因此，需要图像校正算法消除鱼眼镜头畸变。

关键词：鱼眼镜头；全景监控；畸变校正；高清传感器
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2016.17.071
鱼眼镜头全景摄像机有四大关键技术，即鱼眼镜头、高像素传感器、处理软件和虚拟PTZ 。

上述四大技术中，高像素传感器和虚拟PTZ 技术基于近年高清传感器以及数字技术的迅猛发展已逐渐成熟，而鱼眼镜头及其处理软件还存在一些问题。

虽然多路视频全景摄像机可以避免鱼眼镜头图像失真，但或多或少也会存在融合边缘效果不真实、角度有偏差、分割融合后有“附加感”的问题。

1 全景摄像机技术
全景摄像机作为一种特殊形态的产品，其有专用的应用领域和特色。

该技术不被某些特殊性和专用性束缚，表现出常规型摄像机应具有的功能，且环境适用性更强。

全景摄像机的优点在于能以最少的装机量实现最有效率的监控效果，即能减少护罩、布线与人员的施工费用，还能降低监控工程成本。

但其并未成熟，有不可忽视的缺陷，比如摄像机的单价偏高，监控距离较短，图像存储、还原等存在问题，急需调整和改进。

2 鱼眼图像失真分析
鱼眼镜头全景摄像机的鱼眼镜头是一种超广角的特殊镜头，这种镜头的前镜片呈抛物状向镜头前部凸出，是一种焦距在6～16 mm 的短焦距镜头。

根据光学成像原理，短焦距镜头能呈现出大视场的监控效果，其三维视角可达到全景视角。

但其是以牺牲监控画面的真实感为前提的，且带来了被称之为“桶形畸变”的视觉上的严重变形。

这种畸变会随着视场角的增大而越来越严重，进而导致图像严重失真。

一般而言，鱼眼图像失真可分为3种，即径向失真、非正交失真和中心偏移。

径向失真是由于鱼眼镜头径向曲率的不规则而引起的，非正交失真是由于鱼眼光轴与传感器平面未完全正交所引起的，中心偏移是由于鱼眼镜头光轴未穿过传感器的中心而产生的。

失真使人难以辨别图像，不符合人类的视觉习惯，因此，校正技术显得尤为重要。

但不同的鱼眼镜头的畸变还是有着较大差异的，因此，全景摄像机鱼眼镜头的选择非常重要，其会直接影响摄像机图像源的效果。

3 鱼眼图像校正算法分析
图像校正技术的思路并不复杂，一般是从原始饼图中拉出一个单独的扇形，再根据比例和透视等原理进行一定变形和校正处理，拼合这些分别处理好的扇形图像便可得到符合监控需求的图像。

对于需求较低的场景，可直接对圆形饼图进行简单的四角拉伸，也能取得适合人眼观看的图像效果。

虽然具体到每一个厂家的核心算法必然会有所不同，但图像校正技术的中心思想都是采用一定算法将边缘畸变严重的图形拉伸整合为适合观看的比例正常的图像。

其中，所用算法的
合理性、编程水平和最终系统资源的占用率共同决定了此算法的质量。

虚拟PTZ 是在图像内部进行像素抓取的，从而实现放大和旋转等功能。

对于校正算法，其主要存在的问题不是如何取得更加优秀的图片效果，而是如何更好地将图片整合到前端固件和后端软件上，实现对事实与事后录像的双向虚拟控制。

4 鱼眼图像校正方式
鱼眼图像校正有2种处理方式：①采用前端摄像机内置软件处理；②采用后端PC 机软件处理。

这2种方式都是对图像边缘的像素进行校正的，图像校正的关键在于图像边缘像素的还原完整度。

第一种方法节省了后端的网络资源，避免了对带宽和存储造成压力，即在前端便可完成对图像的校正和压缩，最终将一个水平展开的图像传输到后端平台，使用者可根据需求选择全景画面或四画面显示，图像具有实时性；第二种方法在后端PC 机上进行图像校正，其优势是借助PC 硬件快速的处理能力和软件的完备性，完美地实现全景图像的展开和四画面的显示。

从处理能力上看，后端PC 机能力较强，图像的效果更要好，但不具有实时性。

目前，鱼眼摄像机图像校正技术虽也会有像素遗失的情况发生，但总体上都可以保证图像的有效像素，从而满足正常的监控需求。

对于多镜头全景摄像机而言，虽然不存在鱼眼图像变形校正的问题，但应努力保证多镜头拍摄画面的拼接实现以及镜头的无死角、无盲点、自然连贯。

多镜头全景摄像机一般由摄像机内置的专用处理软件校正，再将图像整合成视频流传到监控后端。

现有的技术已经能较好地满足全景和四画面的显示需求。

5 结束语
综上所述，不可盲目地追崇全景摄像机，其目前不能完全取代传统摄像机的作用和功能。

因此，如何搭配全景摄像机与常规型摄像机共同使用，使二者相互取长补短，从而实现监控效果最大化，是现阶段除技术突破之外相关工作人员最应考虑的问题。

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〔编辑：张思楠〕
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