全景摄像机的原理与进展.PDF

第 39 卷第 2 期 ■科技进展 doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2017.02.007 全景摄像机的原理与进展 ① ② ① †①② 林泉 ，李磊 ，方中华 ，徐建华 ①上海臻恒光电系统有限公司，上海 20 1800; ②华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062 摘要 全景摄像机已经发展到高清、网络化。目前多见的是如下4种：鱼眼全景、多镜头拼接全景、反射式全景、双鱼眼全 景。四种全景摄像机的发展与技术各有特点：鱼眼全景，最早出现，技术最成熟简单；多镜头拼接全景，可以实现超高像 数图像，但是图像边缘融合、整体白平衡等有待改善；反射式全景，采用反射式光学，弥补了鱼眼全景四周图像解析度不 高的缺点；双鱼眼全景，鱼眼和多镜头技术的结合，可实现水平垂直360度图像拍摄。 关键词 全景；鱼眼；反射式；720度摄相机；360度摄像机 1956年，美国安培(Ampex) 公司发明了2英 景摄像机的需求就显得更为迫切。 寸、4 磁头磁带录像机，开创了记录画面的方 传统的成像设备采用小孔成像原理，是一种 [1] 法 。1980年1月，日本SONY 公司生产出了世 基于中心投影的方法，采用类似于人眼的方式来 界上第一台CCD摄像机XC- 1，内置12万像素的 观察世界。然而，这种成像方式通常会有一个视 ICX008CCD[2] ；1986年5月，SONY 公司又率先 场角，也就是说，用上述成像方式往往只能观察 [3] 推出了商品化分量式数字录像机 。摄像机技术 到某一块区域。在日常生产生活中，常常需要对 ° 从此开始了飞速的发展：图像分辨率从QCIF发 360 的视场进行观察，因此，人们对全景成像技术 展到CIF 、D 1、HD 、Full HD ，再到现在2K 、 的需求是显而易见的。如果仍然采用中心投影的 ° 4K超高清；编码技术也经过MPEG2 、MPEG4 、 方式实现360 的全景成像，根据几何光学理论， H.264发展到H.265；镜头更是由之前单一角度的 这需要一个无限大的像平面，显然这是无法实现 定焦镜头，发展到现在规格齐全，具备变焦、防 的。因此，一系列新的成像方式被提出并应用。 抖等众多功能的各种镜头。 全景摄像机作为新产品，每年保持大约20% 现代数字技术和网络技术的发展，摄像机 的固定增长。虽然由于其自身特点的限制，未来 也从模拟模式走向网络化、高清化，由原来 “看 可能不会有大规模爆发式的增长，但在某些行业 得见”逐步发展到 “看得清” “看得远”。高像 会成为主流的必需品。目前市场上能独立生产全 素的CMOS传感器和H .265编码技术的出现，使 景摄像机的厂家并不多，但是随着市场的接受度 全景影像记录与实时传输成为可能。随着视频摄 不断加大，必将有更多的厂商加入到这块新兴市 像细分市场的发展，超广角摄像机的需求逐渐凸 场的竞争中来。 显出来。特别是会议室、办公室、大厅大堂、商 全景摄像机的发展必需四大关键技术：镜 场、仓库、车间等大面积开阔的区域，既无法安 头、高像素传感器、处理软件和虚拟PTZ(Pan/ 装多个摄像头，又需要大范围、无死角监控，全 Tilt/Zoom) 。高像素传感器和虚拟PTZ技术已经 †通信作者，E-mail: jhxu@zheo.net