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讲解VR全景摄影技术是何原理

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 楼主| 发表于 18-01-22 14:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
通常只有在必须的情况下,我们才费尽周折地试 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---- VR全景摄像。

以往我们在狭小空间试 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。
一 VR全景摄像技术简介
顾名思义,VR全景摄像就是一次性收录前后左右的所有 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 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 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。

1 鱼眼结构

2 鱼眼镜头的硬件示意

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。

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 象转化为适合于人眼观看的正常 像,需要通过软件对 像进行坐标变换,并进行 像修正等处理。
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:

4软件处理流程

5是日本FXC360全景处理处理系统中,圆形 像转换为平面 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 像。

5 软件处理所用方程式

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。

360度摄像头取景角度

2,球面 像可转化为正常的平面视

鱼眼摄像头所取景的 像,经过摄像机内部软件的修正, 面展开等处理,可转化为适合人眼的正常平面视 。

平面展开实景

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VR全景监控。

三 应用案例

VR全景摄像可以广泛应用于楼宇大厅,出入口,电梯,会议室,饮食店,停车场,工厂厂房多钟场合。下面是采用VR全景摄像设备实现的某监控实例。

在狭小的公交车车厢内的应用(如 9, 10所示)。该案例采用日本FXC的360全景摄像头,安装于车厢中部,仅用一台设备,即可实现无死角全景视频监控。若采用传统的摄像机监控,一节车厢大约要4台设备才能覆盖全部范围,在狭小的空间内,破坏美感,容易引起乘客不快。

9 车内球形成像

10 车内成像展开

某公司会议室内应用 (如  11所示)。该案例中,结合音视频记录设备,采用360全景摄像技术,仅用一台设备,即可真实地全程记录会议。把记录数据上传至服务器,可供日后查阅或相关被授权人员阅览。日本FXC株式会社的该系统是会议记录行业的终极设备。

11 会议室中的三种视觉处理(原始 像、二分 像、四分 像)

如上述实例所示,VR全景摄像可以将周围环境 像信息尽收“眼”底。在狭小的空间应用自如,可以剔除死角和盲区。如果不考虑整体尺寸,按照市面上现有的2.8mm (75度)广角摄像机组合来实现一台360度“全景”摄像机的视野,需要{(360 ÷ 75 ≈ 5)+(180 ÷ 75 ≈ 2)} ≈ 7 台。

四 其他特点

除上述特点之外,VR全景独有的虚拟PTZ技术(如 11),使得可以在回放 像时,体验Zoom In/Out以及旋转等操作,可完全取代传统高速球机中电机驱动的云台控制系统。有了虚拟PTZ的技术基础,一方面实现虚拟现实将更为容易;另一方面,将减少机械电机部件,更大程度上减少设备功耗和发热,减少器件摩擦损耗,延长设备和系统的使用寿命。

采用VR全景摄像头,狭小空间的视频监控系统就有了一套全新的方案,可解决视距、视角、安装、成本控制等多种问题。

12 日本FXC摄像头虚拟PTZ操作实例

五 结语

VR全景以其能真实快速表现360度范围内场景的全部 像信息,能给浏览者带来身临其境的感觉,在多种应用场景中,优势都比较明显。 除了在监控行业,在产品展示、视频教学、影音娱乐、虚拟现实等方面,也可发挥巨大作用;相信在不久以后这种 像技术会应用到各个行业中。

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发表于 18-01-23 15:11 | 显示全部楼层
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