A biztonságtechnika legizgalmasabb területei a különleges igények, póriasan fogalmazva az „úri huncutságok” kielégítésének mezsgyéjén találhatók. Mi csudát kereshetnek a sokáig fotóművészek, marketingesek és lelkes amatőrök kedvenc játékszerének tartott panoráma fotók és videók a bűnmegelőzés, bűnüldözés és a biztonságtechnika területén?  Erre keressük a választ, és bizony nagyon meglepő felfedezésekre, kiváló és meglehetősen gyerekcipőben járó megoldásokra bukkanunk.

De mi is az a panoráma kép? Biztosan mindenkinek van róla fogalma, ilyet vagy olyat már látott de mégsem tiszta mi is az. Igazából a dolog sokkal bonyolultabb, mint az első pillanatban látszik.   Hogy pontosan megértsük miről is van szó kezdjük az egyszerűbbnek látszó panoráma fotókkal. A panoráma videók persze nem mások, mint az egyes panoráma képek sorozata, ugyanúgy, mint a megszokott képek és videók esetében.

A panoráma képek először is nem tévesztendők össze a szokásos 16×9 (1.78:1) vagy a mozikban használatos 20×9 (2.22:1) oldalarányú  szélesvásznú képekkel.  A panoráma kép definíciónak számos buktatója van. Hogy egyértelmű legyen én a panoráma képet a vízszintes és függőleges látószögével definiálnám. A 180/60 panorámakép tehát 180 fokos vízszintes és 60 fokos függőleges látószögű panoráma képet takar. Hogy egyáltalán panoráma képről beszélhessünk annak legalább 120/60 látószöggel kell rendelkezni.

A 360/180 panoráma képek már a virtuális valóság világába (VR) tartoznak, mert ezeket a képeket már csak speciális számítógépes programok segítségével tudjuk megjeleníteni a kétdimenziós képernyőn.

A kisebb függőleges felbontású képeket ( 45-60º) sík (Planar or Flat), a 90º-ost félgömb (Hemisphere) és a 180º-ost gömb (Sphere) panoráma képeknek nevezzük.

A legkönnyebben kezelhető és értelmezhető forma az alábbi képen látható sík panoráma kép.

Egy ilyen kép általában több fotó egymásmellé helyezésével készül. A fotókat egy vízszintesen forgatható (panoráma) fejre szerelt fényképezőgéppel készítjük el. Az alkalmazott optika látószögétől függően, minden expozíció után kicsit elfordítva a gépet, egy fotósorozatot kapunk. A képeket utólag egy panoráma fotó szerkesztőprogrammal egymásmellé illesztve (Stitching) kapjuk meg a panoráma képet. A program korrigálja az optika perspektivikus torzítását, megkeresi a képeken a közös pontokat és ezek alapján automatikusan összeilleszti képeket. A sík panorámafotók elkészítéséhez egyenes vonalú, normál, azaz a szokásos (rectilinear) optikákat használnak. Ezek az optikák –elméletben- nem görbítik meg a valóságban egyenes vonalakat, de minél nagyobb látószögű (kisebb fókuszú) optikát választunk, annál nagyobb jól észrevehető „hordó” torzítással találkozhatunk. Ilyen optikákkal maximum 80-100 fok függőleges látószöget tudunk elérni. Ahogy növeljük a függőleges látószöget egyre kisebb fókuszú optikák használatával, úgy egyre „görbültebb” képeket kapunk, melyeket ugyan össze tudunk illeszteni, az említett programok segítségével, de a teljes panoráma képnek már csak részét tudjuk torzítás nélkül megjeleníteni a képernyőn.

A látószög növelésének további módja a halszem (Fisheye) optikák használata.  Ezek az optikák maximálisan 185 fokos látószöget tudnak biztosítani. Jellemzőjük az erősen görbült leképezés, amely a 180 fokos típusnál már egy kör alakú (valójában félgömb) képet eredményez, mint azt a lenti jobb oldali kép mutatja.

Ha egy 180 fokos halszem optikával ellátott fényképezőgépet a mennyezetre szerelünk, az optika lefelé néz) akkor egy 360×90 fokos, félgömb alakú (Hemisphere) képet kapunk.

A fent látható kép persze nehezen értelmezhető, de ha megfelelő szoftver algoritmussal a kép egyes részeit kisimítjuk akkor egy virtuális  PTZ-nek nevezett funkcióval a teljes képen vándorolhatunk.

A halszem optikák, mint láthattuk kör alakú képet rögzítenek az érzékelőn. A mai érzékelők azonban szinte kizárólag 16×9 képarányúak, így az érzékelőnek csak egy része van kihasználva. Az Immervision cég Panamorph optikáival ellipszis alakú képet kapunk, amely jobban kihasználja az érzékelő pixeleit így az egyik (most vízszintes) irányban jelentősen 30%-al megnő a felbontás.

360º-os panoráma képeket panoráma tükörrel kombinált (katadioptrikus) optikákkal is elkészíthetünk. Ennek előnye, hogy a tükör nem okoz színi hibát, de hátránya, hogy a kép közepén egy vakfolt keletkezik és a függőleges látószög nem sem éri el a 180º-ot. Ez a módszer inkább az amatőrök körében népszerű, viszonylagos olcsósága miatt. Egy ilyen összeállítás csak körülbelül 115 fokos (52º a horizont feletti és 63º a horizont alatti) függőleges látószöget biztosít. További hátrány, hogy szabadon lévő panoráma tükör könnyen megsérülhet, elpiszkolódhat, így ipari környezetben csak néhány felvétel erejéig tanácsos használni.

Ha egy 180 fokos halszem optikával felszerelt fényképezőgéppel – függőleges tengelye körül elforgatva- 360 fokos képsorozatot készítünk és azt egy megfelelő szoftverrel összeillesztjük akkor egy 360/180 fokos panoráma képet kapunk:

A kép síkban (képernyőn) való megjelenítéshez a virtuális valóság (VR) szoftveres megjelenítőit használhatjuk, melyugyan  a panoráma képnek mindig csak egy részletét mutatja, de a virtuális PTZ funkciónak köszönhetően a képet 360 fokban vízszintesen körbeforgathatjuk, illetve  90 fokkal lefelé (a föld felé) és 90 fokkal felfelé (az ég felé) is dönthetjük.

Egy-egy jó minőségű panorámakép elkészítése profi eszközökkel is időrabló és sok számítógépes utómunkát követelő feladat.

Végezetül a panoráma képek elkészítésének legdrágább, de kétségtelenül a legjobb eredményt és a legnagyobb felbontást garantáló módja, a speciális színes vonal (Line Scan) ipari kamerák alkalmazása. Az alábbi képen látható, hogy a képérzékelő nem egy pixel mátrixból, hanem csak egyetlen sorból áll:

A Line Scan  kamerák működésébe nem akarok mélyebben belemenni, elégedjünk meg azzal, hogy ezek a kamerák ellentétben a szokásos (Area Scan) kamerákkal egy időben csak egy pixelsor rögzítésére képesek. Ahhoz hogy teljes képet kapjunk vagy a kamerát, vagy az előtte lévő tárgyat el kell mozdítani minden újabb sor exponálása előtt. Ez módszer nem egy új felfedezés, hiszen a film és egyéb síkszkennerek már nagyon régóta ezen az elven működnek. A Line Scan kamerákat is már régóta széles körben alkalmazzák az ipar, az egészségügy, a térképészet és a minőség-ellenőrzés, stb. területén főleg a gyors mozgású, a kamera előtt elhaladó objektumok, vagy az azon lévő képek, szövegek, vonalkódok rögzítésére.

A vonal kamerák a biztonságtechnika látókörébe a 360×180 fokos nagyfelbontású panoráma képek gyors elkészítésének lehetőségével kerültek be. Ugyanis ha egy ilyen kamerára egy 180 fokos halszem optikát szerelünk, és vízszintesen 360 fokban körbefogatjuk és a forgással szinkronizáljuk az exponálást, akkor tökéletes, nagyon nagy felbontású, 360 fokos panoráma képeket készíthetünk. Ezen technológia talán legismertebb képviselője a Panoscan Inc MK-3 panoráma kamerája, melyet előszeretettel alkalmaznak a bűnügyi helyszínek rögzítésénél.

A bűnügyi helyszínelők alapvető feladata a helyszín minél alaposabb dokumentálása, melyet eddig sok-sok fénykép elkészítésének fáradságos munkájával oldottak meg.  Ez a folyamat akár több óráig is eltarthatott. Hihetetlen de, a Panoscan MK-3 panoráma kamerájával ez kevesebb mint 1 perc alatt elvégezhető. Végeredményül pedig, egy 360 fokos, minden irányba forgatható, több száz megapixel felbontású panoráma képet kapunk. Ez a felvétel lejátszható az elterjedt panoráma lejátszókkal vagy az  Apple QuickTime VR virtuális valóság megjelenítővel is. Ha ugyanabból a pozícióból, de különböző kamera magassággal két panoráma képet készítünk, akkor a Panoscan Inc. PanoMetric™ megoldásával még- néhány milliméteres- pontossággal méréseket is végezhetünk a panoráma képeken, melyet DXF formátumban elmenthetünk további feldolgozásra. A megoldás előnye vitathatatlan, nincsenek véletlenül kimaradt képrészletek, a felvételeket bármikor elővehetjük és a virtuális valóság megjelenítőkkel évek múlva is ugyanúgy járhatjuk be a helyszínt mintha valóban ott lennénk. Ha valakit mélyebben érdekel a technológia, akkor további információkat és számos demó videót találhat a Panoscan Inc. weboldalán (www.panoscan.com).

Most hogy megismerkedtünk a panoráma képekkel, azt vizsgáljuk meg, hogy a videó megfigyelés területén, milyen életképes megoldásokat alkalmazhatunk. A videó megfigyelő rendszerek esetében a minél messzebb lévő objektumokról illetve a minél nagyobb területekről, holttér nélküli felvételek készítése jelent igazán kihívást. Míg az előbbi elvárás motoros zoomos vagy speed dóm PTZ kamerákkal viszonylag kielégítően kezelhető, addig az utóbbi sokszor komoly fejfájást okoz. A fájdalom csillapítására javallott gyógyszer a 180-360 fokos panoráma kamerák alkalmazása. De mint minden gyógyszernek, ennek is számos mellékhatása van., alkalmazásuk mellett és ellene is nagyon sok érv szól. Ha biztosak akarunk lenni abban, hogy választásunk eredménye nem csalódás lesz, akkor gondosan mérlegelni kell a számunkra nyújtott előnyöket és hátrányokat. Ebből az írásból kiderül, hogy a jelenlegi technológia mellet milyen választási lehetőségeink vannak, és mit kell alaposan megfontolni a panoráma kamerák alkalmazásánál, kiválasztásánál.

A videó megfigyelésben alkalmazott panoráma kamerák általában 180-360 fokos vízszintes látószöggel akár 4-10 másik kamerát is helyettesíthetnének. A megoldással kétség kívül radikálisan lehet csökkenteni a felhasznált kamerák számát, a kábelezés a tápellátás és felszerelés költségét is, viszont a képminőséget tekintve –a több érzékelős megoldásokat leszámítva- erős kompromisszumokra kényszerülhetünk.

A panoráma kamerák kínálata jelenleg még nagyon szűkös, és a választott kamera erősen korlátozza az alkalmazható videó menedzsment szoftverek (VMS) választékát is.

A videó megfigyelésre is használható panoráma kamerás megoldások három csoportba oszthatók:

• Több (általában 4-5) érzékelőt és normál optikákat tartalmazó megoldások (pl. Arecont Vision, Scallop), melyek az sík (Planar) panoráma képeknek felelnek meg.
• Egy érzékelőt és halszem (Fisheye) optikát tartalmazó speciális típusok (pl. Mobotix, Vivotek, GeoVision), melyek a félgömb (Hemisphere), 360×90 fokos panoráma képeknek felenek meg.
• Megapixel IP kamerára szerelt 360° Panomorph optikák (Immervision), melyek a 360×90 fokos félgömb leképezés módosított ( Panomorph) változata

A 4-5  érzékelővel szerelt megoldás tipikus példája az Arecont Vision legújabb 20MP (AV20185) illetve a Scallop  Imaging  7MP (D7-180- Digital Window) 180°-os panoráma kamerái.

Az Arecont négy 5MP-es a Scallop pedig öt 1.3MP-es érzékelőt épített be a kamerájába Hogy kinek melyik szimpatikusabb az ízlések és pofonok kérdése, de tény, hogy a Scallop megoldása diszkrétebb, kompaktabb megjelenésű és ezért esztétikus környezetbe jobban illeszkedik. A Scallop 5 érzékelős megoldásnak még előnye lehet, ugyanis a páratlan számú érzékelőnek köszönhetően a kép közepén nincs összeillesztési probléma., a jobb és baloldali képeknél fellépő esetleges pontatlaságok pedig sokkal kevésbé zavarók. Mindkét kamera beltéri és kültéri kivitelben is kapható.

A fenti 4-5 érzékelős megoldások  180 fokos sík panoráma képet adnak, melyet a VMS általában  úgy kezel, mintha négy egymás mellé helyezett külön kameráról lenne szó. A Scallop ebben egy kicsit megint többet ad. Mert a már kamera oldalon összefűzi a képet és ezenkívül még négy zoomolható külön képet is ad. Ez egyes képeken használhatjuk a digitális PTZ funkciókat is (zoom, pan, tilt).

A kamerákat több neves VMS gyártó is támogatja. Hátrányuk a viszonylag magas ár, és hogy 2 darab is kellhet belőle, ha egy teljes 360 fokos területet le akarjuk fedni.

Az Arecont kamera tesztje előző írásainkban megtalálható, a Scallopot még nem sikerült karmaink közé kapni. Az alábbi kép a Scallop összefűzött 180 fokos panoráma képét mutatja…

és íme az egyik zoom ablakban mutatott nagyobb felbontású kép:

Az Arecont Vision 20MP 360  fokos kamerája (AV20365) négy 90 fokos látószöget biztosító érzékelőből áll. Mindegyik érzékelő 5 MP felbontású, és hogy ne legyen holttér a kameraképek összeillesztésénél, az érzékelők dőlésszöge finoman (csavarhúzóval, mechanikusan) állítható.

 Az ilyen 360 fokos kamera képe már egy kicsit zavaró lehet, de ez sajnos az érzékelők állásának természetes következménye, melyet biztosan meg lehet szokni….

A 360°-os panoráma kamerák másik verziója a halszem (fisheye)  optikával ellátott speciális kamerák. Ezt a vonalat  a legújabb, a már 5MP érzékelővel szerelt Vivotek FD8172V,  Mobotix Q24M, és GeoVision GV-FE521 kamrák képviselik.

A fenti képen is látható, hogy ezek a kamerák jóval kompaktabb kivitelűek, esztétikusabbak, mint a 4 érzékelővel ellátott társaik. Hátrányuk viszont, hogy eredendően (a halszem optikának köszönhetően) nagyon torzított félgömb alakú (hemiszférikus) képet szolgáltatnak.

Ahhoz hogy a képet élvezni lehessen egy szoftver algoritmus, áttranszformálja, kiegyenesíti a képet.  Ezt a folyamatot „dewarping”-nak azaz visszagörbítésnek vagy kiegyenesítésnek nevezzük.

A „dewarping”  technológia azt is biztosítja, hogy több –általában négy- ablakban virtuális PTZ szolgáltatásokat is használjunk. Sajnos ezek az algoritmusok erősen gyártó függőek, így a különböző (persze nem túl sok) gyártó fisheye kamerái más és más szolgáltatásokat támogatnak.

A dewarping algoritmus vagy magán a kamerán (Mobotix) vagy a kamerát kezelő kliensen fut. És tulajdonképpen mindkét megoldás komoly hátrányokkal jár. A kamerán futó megoldás esetében a VMS csak azt tudja rögzíteni, amit a kamera feldolgozott, így fontos részek veszhetnek el (hasonlóan, mint egy igazi PTZ kamera esetében).  Ha szoftver meg a kliensen fut, akkor azzal az a baj, hogy a gyártó specifikus algoritmust általában csak a kameragyártó VMS szoftvere támogatja. Így könnyen eshetünk egyetlen gyártó „csapdájába”, azaz a rendszerhez csak az adott gyártó kameráit használhatjuk.

A legnagyobb szabadságot talán az Immervision 360° Panomorph optikák jelenthetik. A speciálisan kialakított optika több gyártó kamerájára is rászerelhető, felbontása jobb lehet, mint a halszem optikáké, és nem utolsó sorban a kép visszagörbítéséhez szükséges algoritmust több ismert VMS szállító is integrálta rendszerébe. Ebben a megoldásban a kamera hemiszférikus képet továbbít a kliens és rögzítő felé, és a kliens fogja a képet visszagörbíteni, vezérelni a digitális PTZ funkciókat, stb.

Akár Panomorph akár Fisheye  típusú összeállítást választunk további kompromisszumokra kényszerülünk a több érzékelős megoldásokhoz képest:

• Korlátozott VMS támogatás, néhány kamerát (Pl. Mobotix) csak a saját gyártója támogatja.
• Alacsony fényérzékenység, a kamerák használatához jól megvilágított területekre van szükség, a kamerák nem rendelkeznek elhúzható IR szűrővel, azaz éjszakai módban nem használhatók,  kivéve egyes Panomorph összeállításokat.
• A nagy lefedett terület miatt (360°) a kamerák komoly kihívás elé néznek, ha a terület nem egyenletesen megvilágított (a sötétebb részek teljesen elmosódhatnak, míg világosak túlexponáltak lehetnek)
• Felbontási problémák, a panoráma kamerák 6x akkora területet fednek le, mint a 60°-os látómezejű „hagyományos’ kamerák, ami azt eredményezi, hogy a panoráma kamrák pixelsűrűsége (felbontása) hatodrésze a megszokotthoz képest. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy még egy 5MP-es panoráma kamera is egy kb. VGA (640×480) felbontású kamerának megfelelő minőségű képet produkál. Ennek következménye, hogy 4-6 méterről egy személy már nem azonosítható.
• A panoráma kamerák nem telepíthetők túl magasra (5-6 m) mert ekkor a megfigyelt objektumok (emberek) már túl kicsik lesznek.

A panoráma kamerák kiválasztásánál tehát nagy gondossággal kell eljárni, mert ez alapvetően befolyásolja (szűkíti) a rendszer további komponensek választási lehetőségét!

A legjobb tudásom szerint sem merném kijelenteni, hogy a több érzékelős megoldás, a halszem vagy egy Panomorph optika és egy fix IP kamera kombinációja a legjobb választás. Véleményem szerint a körülményeket és igényeket összevetve, mindhárom megoldást részletesebben meg kell vizsgálni és élő tesztek alapján eldönteni melyik változat felel meg legjobban  az ügyfeleink igényeinek.