虚拟演播室系统的关键技术

  • 2019-10-10 11:23/
  • 作者:讯维

VGA信号

在虚拟演播室应用过程中,涉及众多关键的技术,这些技术的有机组合,成就了最终实用的虚拟演播室。

一、摄像机跟踪技术

要使前景图像与虚拟背景之间实现天衣无缝的结合, 摄像机跟踪系统的精确度和稳定性至关重要。如果传送给图形工作站的数据信息没能准确反映真实摄像机的运动参数,前景图像看起来就像漂浮在背景上,这就无异于传统的演播室系统,无法体现虚拟演播室系统的优点。

虚拟演播

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利用摄像机跟踪技术的目的在于将摄像机当前的位置方向、镜头参数通过RS-422或RS-232接口输入到一套计算机系统中,计算机通过编码处理后将控制数据输入到制作虚拟摄像机的另一套计算机系统中。根据这些控制数据,制作虚拟背景的应用软件就会来调整虚拟场景的虚拟摄像机的位置、方向和镜头的运动参数等,从而使前后景象实现同步。

目前,虚拟演播室中的跟踪技术可分为以下几种方式。

1.电子跟踪系统

在成熟稳定的技术的基础上,电子跟踪系统在虚拟演播室的所有跟踪系统中可能是最精确、最准确的跟踪方式。它的工作原理是系统直接将采集到的摄像机的运动参数转换为电子脉冲,进行处理。 处理后的数据将被传送给虚拟演播室系统。

根据摄像机运动的主体一云台 ,可以把电子跟踪系统划分为机械云台工作方式和电动云台工作方式。

1)机械云台工作方式

在机械云台工作方式下,因为摄像机的运动由摄像师直接操控,所以该方式下的机电跟踪系统由改进后的摄像机云台、脚轮或升降杆等装置、编码器、传感器和相应的电子设备组成。

2)电动云台工作方式

在电动云台工作方式下,通过云台控制器或综合控制器远程控制摄像机的运动。由于电动云台本身就包含了电动设备和编码器,因此只需和系统连接即可将摄像机的运动参数提取出来。

电子跟踪系统的优点如下:

(1)无延迟获取摄像机的运动参数。
(2)支持多台摄像机。
(3)摄像机可自由摇移、俯仰、变焦和聚焦,也可以结合导轨、升降台、吊臂进行拍摄。
(4)可靠性高,精度高,跟踪准确。
(5)安装简单,操作方便。

但电子跟踪系统也有明显的缺陷,主要表现在以下几方面。

(1)机械云台校正时间较长,若跟踪系统重新启动,必须要再次进行演播室校正。
(2)若要增加摄像机则需要增加相应的跟踪装置。
(3)摄像机只能进行有限程度的活动。
(4)安装成本较高。

2.图像分析识别系统

图像分析识别系统实际上是种"运动估测算法" 。该系统是在摄像机摄取的图像的基础上,对运动画面进行精确的计算,从而获得摄像机的各项运动参数。该系统涉及的计算较多,需要对摄像机运动前后拍摄的图像进行边缘处理、透视关系变化分析、 图像模块匹等计算,从而得出系统所需的摄像机的运动参数和位置捕捉参数。

图像分析识别系统可分为模式识别方式和背景图像识别方式。

1)模式识别方式

模式识别方式又被称做网格识别方式。即首先在演播室的蓝色背景下绘制两种深浅程度不同的图形,然后确定虚拟演播室的最初值。当摄像机的机械运动参数发生变化时,背景图形的特征也会相应改变。通过测试图形的变化,就可以得知摄像机的运动参数,从而可以确定演员和虚拟场景的透视关系和距离。

2)背景图像识别方式

背景图像识别方式与模式识别方式的工作流程大致相同,区别在于背景图像识别方式没有设置固定的图案模式,而是以实际的背景图案作为预定模式储存于计算机中。这种方式下,增加了拍摄的自由度,但会使延迟时间变得更长。 图像分析识别系统的优点如下:

(1)相较于之前电子跟踪系统方式下的跟踪技术,图像分析识别系统不需要安装附加装置,例如传感器、 编码器等设备。
(2)对摄象机没有特殊要求,即便是演播室原有摄像机也可以被采用。
(3)拍摄过程中摄像师较自由,可随意移动摄像机,发挥的空间更多。
(4)一台跟踪器可跟踪多个摄像机,相较于电子跟踪系统,在增加机位时成本较低。

图像分析识别系统的缺点如下:

(1)系统需要蓝幕上精确的蓝色网格图案作为参考,因此摄像机必须探测到一定数量的网格才能保持跟踪。这样使得摄像师在接近拍摄物体或者拍摄特写时,系统有可能丢失跟踪信号,从而会使演员的活动范围受到一定的限制。
(2)由于要对每幅画面进行精确的计算,数据的分析和计算会延长视频延时时间。
(3)由于网格图案是由不同深浅程度的蓝格组成的,因此对虚拟演播室内的布光要求很高,同时对色键器的质量要求也较为严格。

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