Κάμερες Fisheye – Εξάλειψη «τυφλών» σημείων

Στην κατηγορία του video surveillance η εξάλειψη των τυφλών σημείων ανέκαθεν αποτελούσε πρόκληση. Έτσι, δεν είναι τυχαίο το ότι οι fisheye κάμερες που προσφέρουν πανοραμική παρακολούθηση εύρους 360 μοιρών έχουν γίνει ιδιαίτερα δημοφιλείς, για χρήση σε μεγάλους εσωτερικούς χώρους. Στο άρθρο αυτό θα εξετάσουμε μερικά από τα πλεονεκτήματα αλλά και κάποιους περιορισμούς των καμερών fisheye.

Του Δημήτρη Σκιάννη

Οι τελικοί χρήστες που θέλουν να ελέγχουν μεγάλους χώρους, όπως για παράδειγμα ένα εμπορικό κατάστημα, την υποδοχή ενός ξενοδοχείου, ένα εστιατόριο ή καφέ, μια αποθήκη ή ένα οποιοδήποτε ενιαίο χώρο συχνά περιορίζονται από τη χρήση συμβατικών καμερών (box ή bullet) που στοχεύουν προς μια κατεύθυνση ανά πάσα στιγμή. Το αποτέλεσμα είναι να δημιουργούνται ορισμένες φορές «τυφλά» σημεία που δεν καλύπτονται από σύστημα παρακολούθησης με μια ή και περισσότερες κάμερες και έτσι μπορεί κάποιος να μπορεί εκμεταλλευθεί τα τρωτά σημεία της εγκατάστασης. Μια πανοραμική κάμερα εύρους 180 ή 360 μοιρών, είτε πολλαπλών αισθητήρων, είτε τύπου fisheye, μπορεί να δώσει λύση σε αυτό το πρόβλημα.

Πλεονεκτήματα …και κάποιοι περιορισμοί

Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των fisheye καμερών -που δεν είναι μια καινούργια κατηγορία στην αγορά αλλά συνεχώς εξελίσσεται- έναντι των καμερών πολλαπλών αισθητήρων (multisensor) είναι το μέγεθος και το βάρος τους. Μια multisensor κάμερα έχει τρείς ή τέσσερις αισθητήρες και ως εκ τούτου τείνει να έχει μεγάλο βάρος και όγκο. Μερικά μοντέλα φτάνουν σε διαστάσεις τα 314×512 χιλιοστά και ζυγίζουν 4,8 κιλά. Αντιθέτως, οι τυπικές fisheye κάμερες έχουν διάμετρο από 146 έως 160 χιλιοστά και ζυγίζουν λιγότερο από 1 Kg.

Οι κάμερες fisheye είναι περισσότερο κατάλληλες για τη γενική επιτήρηση και τον έλεγχο μεγάλων χώρων, παρά για πολύπλοκες εφαρμογές, όπως η αναγνώριση προσώπων. Οι εγκαταστάτες συστήνουν τις fisheye κάμερες για επαγγελματικές εφαρμογές όπου απαιτείται μια «γενική» επόπτευση του χώρου και της κινητικότητας σε αυτόν. Για άλλους σκοπούς, προτιμούν τις συμβατικές κάμερες. Ωστόσο, ο χρήστης μπορεί να συνδυάσει fisheye και συμβατικές κάμερες στον ίδιο χώρο, σε συγκεκριμένα σημεία, ώστε να επιτυγχάνει τη βέλτιστη παρακολούθησή του. Για παράδειγμα, σε ένα εμπορικό κατάστημα, μια fisheye κάμερα μπορεί να ελέγχει γενικότερα το χώρο, ενώ μια συμβατική κάμερα μονού φακού μπορεί να ελέγχει τα πρόσωπα όσων εισέρχονται ή εξέρχονται μέσω της κεντρικής εισόδου.

Παρ’ ότι έχουν αρκετά πλεονεκτήματα, όμως, οφείλουμε να τονίσουμε και ορισμένους περιορισμούς τους. Ειδικότερα, προσφέρουν χαμηλότερη ανάλυση εικόνας σε σχέση με τις κάμερες πολλαπλών αισθητήρων. Τα πρώιμα μοντέλα fisheye είχαν τόσο μικρή ανάλυση που οι λεπτομέρειες ενός ανθρώπινου προσώπου δεν ήταν ορατές, εκτός αν αυτό ήταν πολύ κοντά στην κάμερα. Ευτυχώς οι πιο σύγχρονες λύσεις χρησιμοποιούν 4K αισθητήρες με έως 12MP ανάλυση, αν και πάλι ίσως θα λέγαμε ότι έχουν περιορισμό: Η βέλτιστη ανάλυση και ποιότητα εντοπίζεται στο κέντρο της εικόνας, ενώ επιδεινώνεται όσο πάμε προς τις «άκρες».

Παράλληλα, η μέγιστη απόσταση παρακολούθησης είναι ακόμα ένα σημείο που αποτελεί πρόκληση για την κατηγορία των fisheye καμερών. Μια τυπική fisheye με ανάλυση 4000×3000 pixels και φακό 180 μοιρών μπορεί να προσφέρει ικανοποιητική λεπτομέρεια ενός προσώπου σε απόσταση, έως και 3,6 μέτρα από αυτήν. Από εκεί και πέρα, όσο το άτομο απομακρύνεται, τόσο πιο δυσδιάκριτο γίνεται το πρόσωπό του. Το πρόβλημα αυτό υφίσταται εδώ και χρόνια, από την κυκλοφορία των πρώτων fisheye 360 καμερών μονού αισθητήρα και δεν έχει επιλυθεί.

Αντίστοιχους περιορισμούς έχουμε και κατά την παρακολούθηση εξωτερικών χώρων. Στην περίπτωση αυτή, μια fisheye κάμερα δε μπορεί να θεωρηθεί καλύτερη από μια τυπική κάμερα πολλαπλών αισθητήρων. Για παράδειγμα, μια multisensor κάμερα μπορεί να παρέχει ανώτερη ποιότητα εικόνας και «βάθος» όταν στοχεύει στη γωνία ενός κτιρίου, σε σχέση με μια fisheye.

Οι fisheye κάμερες είναι λοιπόν οι πλέον κατάλληλες για χρήση σε εσωτερικούς μεγάλους χώρους όπου απαιτείται πλήρης κάλυψη χωρίς τυφλά σημεία.

Εφαρμογές των καμερών fisheye

Γενικά μιλώντας, οι κάμερες fisheye μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε όλες σχεδόν τις κάθετες αγορές, βοηθώντας τον τελικό χρήση να ελέγχει μεγάλους χώρους με μια μόνο κάμερα. Είναι ιδανικές για παράδειγμα για τα μέσα μαζικής μεταφοράς αλλά και χώρους όπως, νοσοκομεία καθώς τα τυφλά σημεία σε αυτές τις περιπτώσεις μπορούν να αποτελέσουν απειλή για τους επιβάτες ή τους ασθενείς, με ποικίλους τρόπους.

Άλλη μια κάθετη αγορά στην οποία οι κάμερες fisheye βρίσκουν εφαρμογή είναι η ναυσιπλοϊα. Μπορούν να αποδειχθούν ιδιαίτερα χρήσιμες στην παρακολούθηση γιγαντιαίων πλοίων με δαιδαλώδες εσωτερικό και μεγάλους ή μικρούς χώρους καθώς προσφέρουν πλήρη κάλυψη χωρίς να καταλαμβάνουν πολύτιμο χώρο και σε πολύ μικρότερο αριθμό απ’ ότι θα απαιτούσε μια εγκατάσταση συμβατικών καμερών.

Το θέμα της “αποστρέβλωσης” εικόνας (de-warping)

Οι πανοραμικές λήψεις που προσφέρουν οι fisheye κάμερες, παρ’ ότι είναι χρήσιμες για την πλήρη παρακολούθηση ενός χώρου, συχνά παρουσιάζουν μια εικόνα, αφύσικη στο ανθρώπινο μάτι (θα μπορούσαμε να τη χαρακτηρίσουμε στρεβλή). Εκεί έρχεται η τεχνική της αποστρέβλωσης εικόνας (αγγλιστί de-warping) προκειμένου να διορθώσει τη λήψη ώστε να προβάλλονται τα αντικείμενα και τα πρόσωπα στις φυσικές τους διαστάσεις.

Το de-warping επιτυγχάνεται μέσω software που δημιουργεί μια διορθωμένη εκδοχή του βίντεο 360 μοιρών, το οποίο εκπέμπει η fisheye κάμερα. Ο φακός της κάμερες παίζει μεγάλο ρόλο σε αυτή τη διαδικασία. Το software διαφέρει ανάλογα με τον τύπο του φακού, ο οποίος μπορεί να παρέχει στερεογραφική, ορθογραφική, ισαπέχουσα ή ισαπεχούσων γωνιών εικόνα (stereographic, equidistant, equidistant angle or orthographic).

Η διαδικασία του de-warping μπορεί να λάβει χώρα είτε στο firmware της κάμερας, είτε στο VMS που την υποστηρίζει. Ορισμένοι κατασκευαστές προσφέρουν ένα software plug-in που εκτελεί το de-warping μέσα στο VMS.

Ωστόσο, θα πρέπει να γνωρίζετε ορισμένα προβλήματα που προκύπτουν από το de-warping. Ορισμένοι κατασκευαστές εφαρμόζουν de-warping μόνο στο επίπεδο της κάμερας, χωρίς να παρέχουν plug-in ή ξεχωριστό software στον πελάτη. Επιπλέον, σε ορισμένα μοντέλα το in-camera de-warping δεν είναι ιδιαίτερα εξελιγμένο, με αποτέλεσμα η τελική εικόνα να παραμένει διαστρεβλωμένη.

Συμβουλές για την επιλογή και εγκατάσταση fisheye κάμερας

Το εγχειρίδιο μιας fisheye κάμερας μπορεί να περιλαμβάνει ένα μεγάλο όγκο πληροφοριών και σίγουρα λόγω των ιδιαιτεροτήτων που παρουσιάζουν οι κάμερες αυτού του τύπου, θα πρέπει οι εγκαταστάτες αλλά και οι τελικοί χρήστες να είναι ιδιαίτερα προσεκτικοί στην επιλογή αλλά και την εγκατάσταση τους. Καθώς οι κάμερες fisheye παράγονται σε αρκετά μικρότερο όγκο σε σχέση με τις συμβατικές κάμερες και η χρήση τους δεν είναι τόσο πολύ διαδεδομένη, είναι λογικό ακόμα και οι επαγγελματίες να μην είναι πολύ εξοικειωμένοι.

Η επιλογή μιας fisheye κάμερας δεν έχει ως βασικό κριτήριο την υψηλότερη ανάλυση μιας και όπως είπαμε ο σκοπός της δεν είναι τόσο πολύ η σύλληψη της λεπτομέρειας, όσο η γενική παρακολούθηση ενός χώρου. Επιπλέον, οι fisheye κάμερες είναι λογικό να “δυσκολεύονται” σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού καθώς δε μπορούν να καλύψουν ομοιόμορφα ένα χώρο με ακτίνες υπερύθρων, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται σημεία υπερ-έκθεσης στην τελική εικόνα.

Η επιλογή της σωστής κάμερας εξαρτάται από τις ανάγκες του εκάστοτε πελάτη. Οι ερωτήσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν το πόσο λεπτομερή εικόνα χρειάζεται, ποια θα είναι η μέγιστη απόσταση παρακολούθησης, ποιες θα είναι οι συνθήκες φωτισμού, το αν η κάμερα θα στοχεύει προς πηγή φυσικού φωτός (π.χ. παράθυρο) και άρα θα χρειάζεται HDR κ.λπ.

Όσον αφορά την εγκατάστασή τους, οι fisheye κάμερες θα πρέπει, ιδανικά, να τοποθετούνται στην οροφή του χώρου ώστε να ελέγχουν όσο το δυνατόν μεγαλύτερη επιφάνεια. Ιδού μερικές συμβουλές:

• Αποφύγετε την τοποθέτηση της fisheye κάμερας σε γωνίες, ή κοντά σε αυτές, αφού οι τοίχοι θα περιορίσουν το εύρος λήψης της.
• Αν η κάμερα πρόκειται να τοποθετηθεί στην οροφή, προσπαθήστε να βρίσκεται όσο το δυνατόν πιο κοντά στο κέντρο του παρακολουθούμενου χώρου.
• Τοποθετήστε την κάμερα μακριά από αεραγωγούς κλιματισμού και αυτόματες πόρτες εισόδου.
• Βεβαιωθείτε πως η κάμερα δε βρίσκεται κοντά σε λαμπτήρες φωτισμού που θα επηρεάσουν την ποιότητα της λήψης της.
• Στερεώστε την κάμερα καλά με βίδες μεγάλου μήκους ώστε να αποφύγετε την πτώση της, μακροπρόθεσμα.

Κλείνοντας θα λέγαμε ότι οι κάμερες fisheye, παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον στο τομέα της βιντεοεπιτήρησης και αποτελούν μια λύση για ειδικές περιστάσεις που προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα με βασικότερο όλων την εξάλειψη των τυφλών σημείων. Όμως δεν αποτελούν πανάκεια και θα πρέπει να κατανοήσουμε τις απαιτήσεις του χώρου και τις δυνατότητες του εκάστοτε μοντέλου.