Pastaruoju laiku daug šurmulio stebėjimo sistemų rinkoje kelia 360 laipsnių arba hemisferinių kamerų gamintojai. Argumentuojant tokių kamerų panudojimo privalumus, akcentuojama, kad nebelieka „aklų“ zonų, galima smarkiai sumažinti naudojamų kamerų skaičių ir pan. Ar iš tikrųjų tai yra tokia panacėja, kuri gali išspręsti visas problemas?
Kadangi hemisferinės kameros gali būti kelių tipų, tame tarpe ir kameros sudarytos iš kelių sensorių, tai toliau kalbėsime tik apie vieno sensoriaus kameras, kuriose 360 laipsnių matymo kampas yra pasiekiamas optikos pagalba, kadangi kelių sensorių sistemas iš esmės galima laikyti kelių kamerų sistemomis.
Pradžiai šiek tiek faktų ir istorijos.
Tokio tipo hemisferinių kamerų pradžia galima laikyti momentą, kai stebėjimo kameroms buvo pritaikyti taip vadinami žuvies akies (fisheye) objektyvai, kurie gana senokai buvo naudojami fotografijoje. Fisheye objektyvas – tai ypač plataus matymo kampo (apie 180 laipsnių horizontalaus vaizdo) objektyvas. Žodis hemisferinis reikštų tai, kad į fotografinę plokštelę (stebėjimo kamerų atveju – į vaizdo sensorių) yra suprojektuojamas vaizdas, kuris erdvėje yra išsidėstęs pusėje sferos. Paprasčiausias to pavyzdys – žvaigždėlapis, kai matoma dangaus sfera yra atvaizduojama plokštumoje, t.y. popieriuje. Savaime suprantama, jeigu mes norime suploti pusę sferos, tai atstumai tarp joje esančių taškų pasikeis, pakis daiktų forma, lygiagrečios tiesės pavirs kreivėmis ir panašiai. Paprastai tariant, gautas vaizdas bus su geometriniais iškraipymais ir atrodys maždaug taip:
Naudoti tokį vaizdą stebėjimo tikslams tikrai nepatogu,į jį žiūrint reikia daryti sudėtingas transformacijas mintyse, todėl tas vargina. Nepaisant to, kameros su tokiais objektyvais buvo naudojamos, turbūt daugeliui yra žinomos „durų akutės“ kameros ir kitokie pritaikymai.
Tačiau sparčiai greitėjant vaizdo apdorojimo procesoriams, atsirado galimybė šias transformacijas atlikti tiesiog kameroje ir vartotojui pateikti jau geometriškai koreguotą vaizdą. Pirmosios tokios kameros pasirodė maždaug 2005 metais ir tikrai susilaukė daug dėmesio. Daugelis naujų savybių buvo tikrai revoliucinės: virtualus PTZ, bendro vaizdo skaidymas į kelis nepriklausomus srautus ir panašiai, bet kamerų kaina buvo aukšta ir plačiai jos nepaplito. Tačiau idėja liko gyva ir po kelių metų pasirodė kito gamintojo, šįkart jau skaitmeninės IP kameros su patobulintomis ir praplėstomis funkcijomis, kainų skirtumas jau nebebuvo toks žymus. Šiuo gamintoju pasekė dar keli ir atrodo, kad dabar kiekvienas gamintojas laiko pareiga savo asortimente turėti nors vieną hemisferinę kamerą.
Pabandykime detaliau pažvelgti į kai kuriuos hemisferinių kamerų aspektus.
Raiška: dažniausiai yra deklaruojama, kad tokia kamera yra kelių megapikselių raiškos. Šis skaičius reiškia kiek pikselių yra vaizdo sensoriuje, tačiau kaip matome aukščiau esančioje iliustracijoje , projektuojamas vaizdas neapima viso vaizdo sensoriaus ploto, taigi ne visi pikseliai yra efektyvūs. Jeigu sensoriaus ilgis ir plotis yra 4:3 santykio (daugumoje atvejų taip ir yra), tuomet juodos zonos sudaro maždaug 40 procentų viso sensoriaus ploto (jeigu matymo kampas yra 180 vertikalia kryptimi ir 180 laipsnių horizontalia). 3 MP hemisferinės kameros reali raiška tokiu būdu gaunasi mažesnė nei 2 MP įprastos kameros. Efektyviąją raišką galima padidinti, didinant sensoriaus padengimo plotą, bet tada siaurėja matymo kampas. Vienas iš įdomesnių sprendimų yra Fisheye objektyvų pakeitimas panomorfiniais, kurie pasižymi labai įdomiomis savybėmis (turi skirtingus židinio nuotolius vertikalia ir horizontalia kryptimi) ir leidžia gerokai efektyviau išnaudoti vaizdo sensoriaus raišką.
Kitas svarbus momentas yra nelinijiniai optiniai iškraipymai. Naudojant įprastus objektyvus, vaizdas projektuojamas į sensorių beveik tiesiškai, t.y. matomo objekto dydžio proporcijos atitinka jo atvaizdo sensoriuje proporcijas, taigi kuo didesnis yra stebimas objektas, nesvarbu kurioje vaizdo srityje jis bebūtų, tuo daugiau pikselių sudarys jo atvaizdą kameros sensoriuje arba stebėtojo monitoriuje. Fisheye objektyvas pasižymi optiniu netiesiškumu, todėl tai, kiek pikselių vaizde užims objektas, priklausys nuo to, kurioje vaizdo vietoje jis yra. Daugiausia pikselių vaizdo ilgio vienetui tenka centrinėje vaizdo dalyje ir jų smarkiai mažėja artėjant prie vaizdo kraštų. Geometrinių vaizdo iškraipymų pašalinimas programiniu būdu papildomų raiškos pikselių neprideda, o paprasčiausiai juos „ištampo“ iki reikalingo dydžio.
Turint omenyje šias dvi išvadas galima rimtai pasiginčyti apie tai, kiek standartinės raiškos (nekalbant apie megapikselines) kamerų gali pakeisti viena hemisferinė. Vėlgi tai labai priklausys nuo to, kokie yra stebėjimo tikslai: jeigu tai bendro pobūdžio stebėjimas, tai gal ir tiesa, kad tokia kamera gali pakeisti kelias, tai priklausys nuo aplinkybių. Tačiau tada, kai stebėjimas reikalingas identifikavimui – vertinti reikia labai atsargiai. Pvz jeigu reikalinga atpažinti žmogų, tai pagal grubius apskaičiavimus, naudojant 3 MP hemisferinę kamerą, tai galima padaryti, kai atsumas iki žmogaus yra apie 3 m. Turint omenyje, kad dažniausiai tokias kameras rekomenduojama tvirtinti prie lubų, tai išeitų kad daugumoje atvejų žmogų mes galėsime atpažinti tik tada, kai jis yra beveik tiesiai po kamera... Taip pat ne mažiau svarbu tai, kad net jei pagal grubius raiškos skaičiavimus viena hemisferinė kamera pakeičia kelias standartinės raiškos kameras, jos matymo pozicija yra viena ir dažnai ne pati palankiausia, kai tuo tarpu kelias atskiras kameras galima išdėstyti taip, kad rūpimas zonas matyti iš kelių apžvalgos taškų.
Kitas svarbus aspektas yra hemisferinių kamerų jautrumas šviesai. Dėl savo ypatybių fisheye objektyvai pasižymi mažesniu šviesingumu, todėl renkantis tokią kamerą stebėjimui blogo apšviestumo sąlygomis derėtų gerai įvertinti jos galimybes.
Be abejonės, hemisferinės kameros turi savo nišą ir kai kuriais atvejais yra tiesiog nepakeičiamos, bet negalima būtų laikyti tai universaliu sprendimu tinančiu visiems gyvenimo atvejams.
Straipsnio autorius:
Kęstutinis Nagys
el. paštas k.nagys@boxandvalue
