虚拟演播室系统跟其关键技术.doc

投标文件 PAGE 7浙大安达 杭州教工路531号保亭工业区A座1楼 ?057188210802 http: PAGE 7 多年来，演播室的节目录制经常使用色键抠像技术，将在蓝背景前录制的前景画面（如播音员、主持人）与事先制作好的背景画面经色键器合成，产生所需的节目画面供播出或录制。使用这种传统的抠像技术最大的缺点是在前景和背景合成时，前景和背景的图像没?quot;锁定，也就是说摄像机运动时（变焦、移动、转动），背景无法随之变化。这样就造成前景与背景的相对位置关系不正确，合成的图像生硬，播音员好像在背景上漂浮，不符合人们的视觉习惯。为了避免这种情况，就需要对前景与背景在空间上锁定，即调整或移动背景使之与摄像机的运动同步。虚拟演播室（Virtual Studio）可以说是应运而生，成为节目制作人员关注的焦点。 一、虚拟演播室系统构成 典型的虚拟演播室系统是由摄像设备、摄像机位置参数分析和控制、图形计算机、背景材料库和图像合成等设备组成。虚拟演播室节目制作系统构成的简单框图如图1所示。 在蓝背景中的演员由前景摄像机（真实摄像机）拍摄，而如图1所示的背景图像记录及生成系统称为虚拟摄像机。真实的和虚拟的摄像机始终是锁定的。因此，需要确定真实摄像机的位置参数，包括摄像机在演播室中的空间位置，摄像机的运动参数（倾斜、转动、翻转），摄像机镜头设置参数（变焦、聚焦、光圈）。所有这些数据都被送入计算机中进行分析，实时生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像。然后，前景图像（包括演员和真实场景、道具）与计算机生成的背景图像通过色键控制器进行天衣无缝的合成。输出的图像可以 直接播出或记录在存储媒介上。 　 图1虚拟演播室节目制作系统构成 二、虚拟演播室关键技术 虚拟演播室技术包括摄像机跟踪技术、计算机虚拟场景设计和蓝背景技术、灯光技术和色键技术等。 1.摄像机跟踪技术 摄像机跟踪技术是虚拟演播室中一项关键技术，它可以获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数，从而判断摄像机、演员或主持人、计算机虚拟场景之间的相对位置关系，帮助系统实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。 摄像机跟踪要求有足够的精度。以变焦比为20倍、60万像素的2/3英寸CCD摄像机为例，假定水平有效像素数为850，最小水平视角3°～ 5°，为保持±1/2像素的图像精确度并考虑镜头特性，要求角度定位精度和分辨率达到0.001°数量级。目前，摄像机跟踪技术主要有图形识别和机械传感两种方式。 (1)图形识别法 图形识别实际上是一种运动估测算法，它可以对运动画面进行精确的计算，获得摄像机的各项运动参数。实际应用一般采用有浅蓝色网格图案的深蓝色背景板，拍摄时，系统会对网格进行定位追踪，通过对每一幅画面中许多像素点亮度信号进行计算，可以得出画面的移动和比例的变化，用这个测量值和运动参数建立一个关于像素子集的联立方程。为了减少计算误差，可以选择一个基准帧，以之为基准对每幅画面进行计算。同时为了达到实时处理，要求计算机的图像处理速度达到50帧/秒。 为了避免摄像机快速进行左右、俯仰摇动时，画面中网格图案变得模糊而影响跟踪效果，摄像机应使用电子快门。电子快门的速度越快，允许摄像机运动的速度就越快。同时，演播室整个蓝色幕布（蓝箱）的布光要尽量均匀。当摄像机的光圈为5.6，电子快门速度为1/120时，网格图案的信号电平应达到70%左右，这样可获得最稳定的跟踪效果。 (2)机械传感法 基于传感器的摄像机跟踪系统最精确，传感器被安装在摄像机三角架、基座、升降摇臂的摇摄轴、俯仰轴上和镜头的变焦、聚焦环上以及滑轨、推车上。它采集摄像机位置和透视数据，编码量化后通过RS－232端口或RS－422端口传送给计算机。 　(3)两种跟踪方式的比较 无论是图形识别方式还是传感器方式各有其优缺点。 图形识别方式的优势在于：不需要对摄像机进行改造，无需镜头校准，便于摄像师操作，摄像机可以不用轨道进行移动；一个跟踪器可同时用于多个摄像机。其不足之处在于：要对每幅画面进行大数据量分析和计算，加大了视频延时量；为了精确的跟踪，必须使网格图案保持清晰，这使得摄像机景深范围受到限制；只有当画面中含有一定数量的网格图案时，系统才能进行测量计算，使得演员的活动范围受到一定的限制，无法拍摄一些特写镜头；由于背 景有深浅两种蓝色，对演播室布光要求比较严格，对色键器的质量要求很高。 机械传感方式可以弥补上述图形识别方式的不足，测量摄像机运动参数非常精确，旋转角度可以达到.001°，移动距离可以达到0.01毫米的精确度；摄像机运动不受限制，演员在蓝色布景范围内的活动自由度大。但其缺点在于：每台摄像机必须有一个跟踪器；摄像机移动不便，定位、镜头校准复杂困难。 图形