全景监控影像技术新突破：鱼眼影像3D度量

　　全景摄像机（亦称360 度、鱼眼摄像机）在安防市场发展已经超过10 年，早期因为影像摊平技术有专利开发限制、影像线条不准确等问题，影响市场使用意愿。随着影像传感器（sensor）分辨率及影像摊平技术的不断提升，全景摄像机的大范围可视角特性、一台抵多台、多元操作方式等优势，也让市场应用更为普遍。

　　根据市场调查机构Market Research Future 所发表的全景摄像机市场报告指出，全球全景摄像机市场从2016 2022 年将会有两位数以上的成长率，并预估其市场总额将会达到360亿美元。其中，北美市场因犯罪率问题，将带动当地对于高解析、低功耗全景摄像机的需求。

　　全景摄像机特色、优势及应用

　　以全景摄像机的技术来看，主要有两大特点：

　　1、摊平方式：全景摄像机的摊平技术大致可分为硬件解析跟软件解析两种。早期软件摊平技术因算法庞大，非常消耗计算机CPU资源，反而容易造成监控软件的不稳定。因此开始有芯片厂商投入硬件摊平技术的开发，包括：安霸、海思等厂商都有推出相关芯片。

　　2、照摄角度：搭配鱼眼镜头，依据摄像机装设位置进行180 度（墙面、走廊、接待处）或360度（天花板、地板) 视角的图像处理。鱼眼镜头的立体视角往往大于半个球形视野，在设定摄像机原生光轴为摄像机方向前提下，除了可以观察到前方的影像外，也可以看到包含上、下、左、右的影像视讯，以及任何选定的空间方向观察视野景物。专利期限已过的USPTO 5185667 详细揭露由理想投射模型来演绎选定参考特定方位角度的针孔正规影像的方法学，这是时下到处可及的360 度鱼眼球形摄像机演绎模型的技术数据。

　　基于上述特点，全景摄像机也因而展现其较一般监控摄像机更为突显的优势，包括：

　　超广角监控：由于全景摄像机能提供180度甚至360度全视野的影像范围，可以避免传统固定镜头摄像机限定视角，而产生监控死角的问题。

　　降低摄像机建置成本：一台全景摄像机能够提供大范围环场影像，可大幅降低固定镜头摄像机总体装置成本。

　　此外，车用系统是另一个较普遍使用全景摄像机的场合，目前市场上的产品主要是利用大视角**取得影像，再进行简单的影像调整，较未能发挥环周或环球场域的特性，也因此仍有失真影像的情况出现。

　　突破：如何完美呈现小空间全景影像？

　　事实上，目前的全景（鱼眼）摄像机几乎找不到在小空间（对象）的应用实例，这是来自现有成像的建模方法一般会把摄像机装置当成一个参考点，而了减低建构入射光路途径的角度偏差，经常必须使用在比较大的空间，这也呼应了目前全景摄像机适合应用于广大场域的特色。

　　然而，明志科技大学工程学院电子系暨智能医疗研究中心「全景影像监控实验室」（MOILAB）参考 I- 565735 及I- 565736实作MOIL-A 及MOIL-B 算法的仪器装置，以自行发展专用的AI 机械学习模块来对一般全景摄像机执行自由投射模式建模，能将低价位的鱼眼相机影像映像成符合于理想核心模型的球形坐标表面，用来扩展全景摄像机的技术应用范畴。

　　MOIL-A：不限鱼眼镜头，亦可呈现全景画面

　　MOIL-A是根据I565735 所揭露的「离散式自由投射模型」为基础，所开发出的全景（鱼眼）影像成像系统。「离散式」意指任何的一个像素（像素）点都能结合对应的入射光线路径，来组成一具有虚拟焦距的单点**。「自由模型」是指影像平面的各个像素的该单点与针孔单点摄像机互相独立，而且规格是容许自由变异的。而基于上述理论制作的「MOIL-A」，是以外界一个实体绝对坐标为原点，藉由开发装置及专属用途的机械学习方法引导每个像素寻找自己专属的入射光路径的空间绝对坐标，是跳脱一般将平面影像的组成，解释映像到专一圆形函数投射模式的建模方法。因此，MOIL-A不限于处理一般的鱼眼装置，而适合用来建模各类自由规格的镜头，例如：仿生（Bio-inspired）人体神经的非典型圆形函数瞳孔镜头。

　　MOIL-B：自创EPB 机械学习法

　　MOIL-B 是根据 I565736 内容并延申自创EPB（Emsembled Progressive Boost）机械学习方法学，用来评估常见的将圆形投射函数当成回归模型的适用性质。实务检测实验室可及的全景摄像机，发现跟完美模型都有些不规则的差异。纵然如此，MOIL-B演绎得到的特性焦距却可以非常接近规格书所公布的规格。因此，MOILA-B 不受前面既有技术的限制，即能处理到5cm纸盒或是管状对象，且不需采用针孔模式出发的立体度量学（stereoscope）程序，直接以鱼眼影像的视角编码内容来执行3D 影像度量，能满足更细微空间（例如：内视镜）的全景影像攫取需求。

　　【本文作者张创然为明志科技大学工学院电子工程系助理教授，其带领之「全景影像监控实验室」10 多年来潜心研究「MOIL 全景（鱼眼）影像技术，并取得多项重大成果。】

（编辑：西双版纳站长网）

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