Камеры «РЫБИЙ ГЛАЗ» - особенности IP-камер видеонаблюдения с объективом FISHEYE

В наше время уже никого невозможно удивить камерой видеонаблюдения. Их повсеместно используют в магазинах, офисах, подъездах жилых домов, на улицах и на парковках. Наверное, их видели все и узнают с первого взгляда. Но есть один вид камер, который не так широко известен публике и не очень часто применяется при построении систем видеонаблюдения. Дело в том, что данные камеры имеют весьма специфический вид и сферу применения. Заинтриговали? Раскроем тайну – сегодня мы хотим рассказать Вам о камерах «Fisheye» или «Рыбий глаз». Почему они так называются, в чем их специфичность, как и где они применяются – читайте в нашей статье.

Что из себя представляют камеры «Fisheye»

Сегодняшняя наша статья посвящена рыбьим глазам. Нет, не волнуйтесь, ни одна рыба в ходе написания этой статьи не пострадала. Речь пойдет о камерах, называемых «Fisheye» (произносится как «фиш ай»), что в переводе означает «рыбий глаз». Это крайне специфичные камеры, имеющие достаточно узкую область применения, однако в ряде случаев просто незаменимые. Дело в том, что угол зрения подобных камер составляет 180 градусов, в отличие от обычных камер видеонаблюдения, где угол обзора обычно не превышает 110 градусов. Такая их особенность дает камерам «Fisheye» возможности, недоступные классическим камерам, но при этом тянет за собой целый ряд, скажем так, «характерных черт», затрудняющих их повсеместное использование. Впрочем, давайте обо всем по порядку.

Понятие «рыбий глаз» используется для обозначения разновидности сверхширокоугольных объективов с целенаправленно увеличенной дисторсией. Название «рыбий глаз» подчёркивает сходство изображения, даваемого таким объективом, с эффектом «окна Снелла», благодаря которому подводные обитатели, смотрящие вверх на поверхность из-под воды видят в освещённом круге всё надводное полушарие от горизонта до горизонта — «окно Снелла», в результате преломления света на границе воздух-вода, «сжимает» угол обзора 180° в угол обзора 97,5°. В камере такой эффект достигается путем использования специальных линз с большим изгибом, который обеспечивает устройству более широкий охват светового диапазона. Выпуклая структура линзы заставляет свет преломляться по краям кадра, передавая чёткое изображение лишь по центру. В результате получаются фотографии и видео с заметными «бочкообразными» искажениями по границам снимка. В переводе на человеческий язык - итоговая картинка, получаемая подобной камерой, предстает в виде полусферического изображения, что обеспечивает максимальную область видимости. Ну и, если совсем по-простому, именно такое изображение Вы увидите, если посмотрите в обычный дверной глазок.

Прежде всего разделим понятия «камера с объективом типа  «Fisheye» и «IP-камера типа Fisheye». В первом случае имеется в виду обычная камера с установленным «фиш ай» объективом. И это нам не очень интересно, так как подобным конструированием больше занимаются любители фотографии с целью получить необычные фото с интересным эффектом. Во втором случае подразумеваются камеры, имеющие не только объектив с углом зрения 180 градусов, но и некоторые специфические функции в их программном обеспечении. Такие камеры также называют «панорамными» и именно их мы будем сегодня рассматривать.

Основные преимущества панорамных камер с объективом «Рыбий глаз»

В чем же заключается преимущество панорамных камер перед другими типами? Традиционные камеры видеонаблюдения с углом обзора 90-110 градусов для охвата большой территории должны быть установлены в достаточно большом количестве. Например, чтобы получить полную картину площадки со столбом в центре неё, Вам придется повесить на этот столб 3-4 обычных камеры. Можно решить эту проблему с помощью PTZ камеры, которая позволит охватить все 360 градусов. Но и тут не обойдется без ложки дегтя, так как в один конкретный момент PTZ камера тоже может охватить лишь сектор в 90 градусов. И либо Вам придется посадить за неё оператора, управляющего камерой вручную, либо автоматизировать процесс с помощью прописанного маршрута патрулирования. И даже так вероятность того, что она зафиксирует начало какого-либо происходящего на нашей гипотетической площадке события, составит всего лишь 25%, так как большую часть времени она будет смотреть в другие стороны. Аналогичные проблемы возникают и в помещении. Практически нереально охватить всё помещение целиком с помощью одной камеры. Всегда остаются «слепые» зоны. Требуется минимум две камеры, причем установленные в противоположных углах помещения. Так что, в обоих случаях устанавливать связку обычных камер и жить спокойно? Вовсе не обязательно. Именно  камеры «Рыбий глаз» помогут решить эту проблему.

Основная и главная особенность этих камер заключена в получении максимально широкого угла обзора без «слепых» зон. В поле зрения камеры находится всё вокруг и к ней невозможно приблизиться незамеченным (особенно при установке на стене или на потолке). Ниже приведен скриншот с такой камеры, где видно, что она отображает почти 180 градусов как по горизонтали, так и по вертикали. В нашем случае камера установлена в магазине на потолке, на высоте около 3-х метров.

Кстати, обратите внимание, что изображение представляет из себя круг, вписанный в квадрат, и углы остаются незадействованными. И здесь необходимо учитывать следующее: указываемое в характеристиках разрешение IP-камеры «Рыбий глаз» является разрешением используемой матрицы, но не разрешением именно изображения. Чёрные участки на картинке с камеры не содержат какой-либо информации (являясь следствием несовпадения «круглой» картинки и прямоугольной матрицы). Имея дело с камерой разрешения 2592x1944 (5 Мп), мы получим изображение с разрешением π * (1944/2)2=2 968 126 пикс≈2,83 Мп (согласно формуле площади круга, вписанного в прямоугольник).

Сферы применения IP-камер «Fisheye»

Оценив некоторую экзотичность получаемого с камеры «Fisheye» изображения, давайте попробуем определиться с возможными сферами её применения. Из-за особенностей отображения картинки, с геометрическими искажениями и малой плотностью пикселей на периферии изображения, данные камеры плохо подходят для задач распознавания и не дают высокой детализации наблюдаемых объектов. Но для общего контроля обстановки они очень хороши. Вам необходимо одной камерой охватить целое помещение – пожалуйста. Прекрасно показывают себя «Fisheye» камеры при установке на внешних углах здания на специальных кронштейнах, давая возможность, по сути, «заглядывать за угол». Требуется просматривать одной камерой пересечение коридоров – лучше «Fisheye» камеры с этой задачей не справится никто. Прекрасно осилят камеры этого типа и аналитику, которая не требует высокой детализации, например, пересечение линии, вторжение в область, детекция движения. Также в таких камерах часто встречаются AI функции «подсчет людей» и «тепловая карта». Ну, что такое подсчет людей Вы и так знаете, а вот «тепловая карта» - это один из эффективных инструментов видеоаналитики и мечта маркетолога. Она позволяет в одном кадре получить исчерпывающую информацию о движении в поле зрения камеры за определенный период и визуализировать, например, характер перемещений покупательской массы по пространству торговых залов. На основе распределения времени нахождения покупателей у определённых стеллажей может быть произведено сравнительное сопоставление товаров и их групп, особенностей выкладки и т.п.

Кстати, никакого отношения к тепловидению «тепловые карты» не имеют. Единственное сходство этих изображений с тепловизионными состоит в условном распределении цветового спектра по картинке: тепловизор отражает градации температуры, а тепловая карта — частоты появления покупателей в данном месте магазина.

Встречаются случаи использования камер «Рыбий глаз» на транспортных средствах в качестве вспомогательного средства для упрощения парковки и маневрирования крупногабаритного транспорта. Применяют их и в качестве средства контроля за пассажирами в салоне общественного транспорта по причине максимального охвата наблюдаемого пространства. Очень интересным примером применения камер «Fisheye» являются т. н. системы осмотра днища автомобилей (англ. UVSS), применяемые, в частности на таможенных пропускных пунктах, особенно мобильные их варианты. Для таких систем характерно сочетание малого расстояния от камеры до автомобиля с требованием максимально широкого угла обзора — и в этом случае использование таких камер практически не имеет альтернатив.

Особенности камер «Fisheye»

Если Вы все-таки решили использовать в каком-то из своих проектов «Fisheye» камеру, Вам следует знать некоторые их специфические особенности. Во-первых, обратите внимание, что из-за специфического искажения изображения объекты одинакового размера могут выглядеть по-разному, в зависимости от того, как близко они находятся к центру изображения. Во-вторых, получив впервые изображение с «Fisheye» камеры не пугайтесь. Границы изображения могут оказаться нечёткими, с какими-то неровными и полупрозрачными переходными областями и даже какими-то непонятными выпирающими участками. Это такая вот особенность камер, она лечится включением в настройках функции маскирования краёв («Border Mask») — граница станет круглой, ровной и красивой; платой за такое «окультуривание» станет некоторое сужение угла зрения. В-третьих, как мы уже говорили, камеры типа «Рыбий глаз» имеют максимальную плотность пикселов на метр в центре изображения, но по краям количество пикселов уменьшается. Чтобы этого не происходило, были придуманы «паноморфные» панорамные камеры видеонаблюдения. Это те же «Fisheye», но имеющие широкоугольные объективы со специально изменённой геометрией линз. Такое техническое решение позволяет получить более высокую плотность пикселей по краям изображения, однако при этом визуально увеличиваются удалённые от края объекты и уменьшается центральная зона изображения. Также оно позволяет максимально использовать площадь матрицы, из-за чего вместо круглой картинки получается эллиптическая. И хотя паноморфные камеры улучшают различимость объектов по краям видеоизображения, но вот геометрические искажения так и остаются. Ну и стоят они значительно дороже обычных «Fisheye». Четвертая особенность камер «Рыбий глаз» связана с описанным нами выше несоответствием заявленного разрешения камеры с реальным разрешением изображения. Казалось бы, что это не очень хорошо, но тут есть и свой плюс. Видеопоток с камеры типа «Fisheye» имеет меньший объем, чем с «обычной» камеры аналогичного разрешения. Но это касается лишь тех моментов, когда в кадре есть движение. При статическом изображение видеопоток обычной и панорамной камер одинаков. Тем не менее если в кадре часто происходят какие-то события, то видеоархив у камер «Fisheye» будет занимать меньше места, чем у обычной камеры.

Самую вкусную особенность «Fisheye» камер мы оставили напоследок, для наших самых терпеливых читателей. Естественно, что производители подобного оборудования понимают, что воспринимать изображение с этих камер в том виде, как оно есть по умолчанию, как минимум не очень удобно. Поэтому получаемую камерой специфическую «сферическую» картинку можно превратить в почти нормальную с помощью программных алгоритмов, зашитых в саму камеру. Практически все «Fisheye» камеры способны выводить изображение в нескольких режимах. Например, они способны имитировать до 4 независимых физических камер с углом обзора 90 градусов, смотрящих в разные стороны. Кроме того, они могут самостоятельно «склеить» и «развернуть» изображение в панорамный вид. Набор функций может отличаться у разных производителей. Но «по умолчанию» используется режим «Overview» – та самая «круглая картинка в чёрном прямоугольнике». Общее свойство этих режимов — изображение, полученное с их использованием, будет более привычного прямоугольного вида. Это достигается в том числе за счет программной коррекции геометрических искажений силами процессора камеры. При этом, однако, ввиду неравномерности плотности пикселей на таком изображении неизбежны размытые участки (особенно касается краев изображения).

Монтаж панорамных камер с объективом «Fisheye»

Ну и, напоследок, давайте рассмотрим особенности монтажа панорамных камер типа «Рыбий глаз». Монтируются они чаще всего на потолок, что дает возможность максимально проявить их лучшие качества. Настенный монтаж таких устройств целесообразно использовать для видеосъемки в тоннеле, коридоре или продолговатом помещении. Встречаются случаи монтажа «Fisheye» камер в полу помещений или на столе. Варианты программной «развертки» изображения в этих случаях могут отличаться.

Самой большой проблемой при установке камер c таким большим обзором является проблема освещения и засветов, так как камера захватывает очень большую площадь, как правило с разной освещенностью.  Очень яркий свет часто слепит или создает много тени, и многие «Fisheye» камеры не могут корректно отобразить картинку, потому что часть изображения очень светлая, а часть очень темная. Ведущие производители камер нашли решение данной проблемы - они начали применять в данных камерах технологию WDR (широкий динамический диапазон). Данные камеры с WDR анализируют картинку и производят обработку ярких огней или затемненных участков и корректируют изображение так, чтобы на выходе получить наилучшее изображение без этих негативных эффектов. Это приводит нас к выводу, что при установке «Fisheye» в местах с неравномерной освещенностью – очень желательно подбирать модель с наличием WDR, например очень неплохие модели от Dahua:  DH-IPC-EW5531P-AS или Dahua DH-IPC-EW5541P-AS.

Заключение.

Вот такие вот необычные камеры. В целом камеры «Fisheye» (Рыбий глаз) являются очень интересным и перспективным решением для систем видеонаблюдения, но не являются панацеей от всего. Надо понимать, что главным назначением этих камер является обзор помещения. При всей многомегапиксельности совершенно всё увидеть не удастся. Поэтому, например, для организации системы видеонаблюдения в магазине лучше всего использовать панорамные видеокамеры в сочетании с обычными купольными или корпусными для мониторинга кассовых операций и других важных мест. В результате, «Fisheye» камеры позволяют вести высококачественное видеонаблюдение в коридорах и холлах, магазинах, офисах, у входных дверей и т.д. при использовании меньшего количества камер, что, безусловно, положительно сказывается на стоимости всей системы видеонаблюдения. Кроме этого, панорамные камеры идеально подойдут маркетологам для построения тепловых карт. Всё это делает «Fisheye» камеры всё более востребованными на рынке систем безопасности. Так что не отставайте от тенденций рынка и используйте их в своих проектах. А мы постараемся и дальше рассказывать Вам об разнообразных интересных решениях, призванных обеспечить Вашу безопасность.

Хотите знать актуальные новости из мира технологий для безопасности? ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на наш ТМ КАНАЛ