一種可自動跟蹤目標的虛擬演播室實現(xiàn)方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及廣播電視領域，更具體地，涉及一種可自動跟蹤目標的虛擬演播室實 現(xiàn)方法。
【背景技術】
[0002] 虛擬演播室的應用大大的節(jié)約了演播室搭建的成本和時間，使場景的更換快速便 捷。
[0003] 由于虛擬演播室使用由計算機生成的虛擬三維場景與實體攝像機拍攝的畫面摳 像合成的方法。當對實體攝像機做推、拉、搖拍攝的時候必須保證虛擬場景中的虛擬攝像機 也做相應的運動，否則就會出現(xiàn)拍攝的人物漂浮在場景中的情況。為了保證在實體攝像機 做推、拉、搖拍攝時由計算機生成的虛擬三維場景能與實體攝像機拍攝的畫面同步，避免出 現(xiàn)實體攝像機拍攝的人或物漂浮在場景中的情況，虛擬場景中的虛擬攝像機需要實時的跟 蹤實體攝像機的推、拉、搖動作。為此需要有一套跟蹤系統(tǒng)獲取實體攝像機的推、拉、搖動 作，并傳輸?shù)教摂M的三維場景，控制虛擬場景中的虛擬攝像機做相應的推、拉、搖動作。再將 實時生成的虛擬場景與實體攝像機拍攝的人物摳像合成。這樣就實現(xiàn)了虛擬攝像機對實體 攝像機的同步跟蹤，從而實現(xiàn)了真實人物與虛擬場景的同步變化。
[0004] 目前實現(xiàn)攝像機跟蹤系統(tǒng)主要有以下四種方式：網(wǎng)格跟蹤技術、傳感器跟蹤技術、 紅外跟蹤技術、超聲波跟蹤技術，其基本原理都是采用圖形或者機械的方法，獲得攝像機的 參數(shù)，包括攝像機的推、拉、搖等。但是這些攝像機跟蹤系統(tǒng)極其昂貴，調(diào)試相當復雜，而且 對三腳架、攝像機鏡頭和與跟蹤系統(tǒng)配套的虛擬場景的接口都有特殊的要求。
[0005] 圖1所示為上述應用的典型場景。當被拍攝的人物從位置A移動到位置B時，攝 像員會采用"搖攝"的方法跟蹤被拍攝的人物；系統(tǒng)采用上述的四種跟蹤方法的一種或幾種 組合獲取攝像機"搖"的角度，將此角度信息傳送到虛擬場景，控制虛擬攝像機也"搖"同樣 的角度。
[0006] 使用這種方法，如果要實現(xiàn)人物的自動跟蹤除了要增加一套圖像識別系統(tǒng)外、還 需要配套昂貴的跟蹤系統(tǒng)，以及需要增加一套復雜的、帶伺服云臺的攝像機三腳架，讓其跟 足示拍攝指定的人物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可自動跟蹤目標的虛擬演播室實現(xiàn)方 法，能夠解決現(xiàn)有虛擬演播室的構建成本較高、安裝及調(diào)試復雜等問題。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：
[0009] -種可自動跟蹤目標的虛擬演播室實現(xiàn)方法，包括：
[0010] 選取一臺高分辨率實體攝像機，設置該實體攝像機的拍攝機位，其中，該機位滿 足：實體攝像機在此機位上拍攝時，在不需要做任何推、拉、搖、移操作的情況下，恰好能夠 拍攝到真實場景中覆蓋目標活動的全部范圍；
[0011] 創(chuàng)建虛擬場景，并在虛擬場景中創(chuàng)建摳像平面；
[0012] 設置虛擬場景中虛擬攝像機的位置，其中，虛擬攝像機到摳像平面的距離和角度 與實體攝像機到目標的距離和角度分別相等；
[0013] 將實體攝像機拍攝的畫面進行色鍵摳像，并將色鍵摳像后生成的目標的圖像映射 到摳像平面，形成映射圖像；
[0014] 通過圖像識別模塊，計算目標在真實場景活動時的位置，獲取目標的位移信息；
[0015] 基于上述位移信息，生成一組姿態(tài)數(shù)據(jù)，并通過姿態(tài)數(shù)據(jù)控制虛擬攝像機進行推、 拉、搖、移操作，實現(xiàn)自動跟蹤被拍攝目標；
[0016] 圖像渲染系統(tǒng)基于虛擬攝像機拍攝的畫面生成場景圖像；
[0017] 將映射圖像與場景圖像合成為最終呈現(xiàn)的圖像，并生成虛擬演播室播出視頻。
[0018] 優(yōu)選地，創(chuàng)建的摳像平面的寬高比與實體攝像機最大拍攝范圍的寬高比一致。
[0019] 優(yōu)選地，創(chuàng)建的摳像平面的寬高比與實體攝像機最大拍攝范圍的寬高比不一致， 在將色鍵摳像后生成的目標的圖像映射到摳像平面的過程中，調(diào)整映射圖像的寬高比和大 小。
[0020] 優(yōu)選地，在將實體攝像機拍攝的畫面進行色鍵摳像之前，對色鍵進行調(diào)整。
[0021] 優(yōu)選地，實體攝像機的分辨率至少為場景輸出分辨率的4倍。
[0022] 優(yōu)選地，在設置虛擬場景中虛擬攝像機的位置之后，設置虛擬攝像機的視場角，其 中，視場角大于等于1/2第一視場角，該第一視場角為當虛擬攝像機能拍攝到整個摳像平 面時的視場角。
[0023] 優(yōu)選地，在設置虛擬場景中虛擬攝像機的位置之后，設置虛擬攝像機的視場角，當 目標有縱深方向運動時，虛擬攝像機到摳像平面的距離由S1變?yōu)镾2,視場角（B)通過以下 公式計算得到：
[0024]
[0025] 其中，A表示目標在縱深運動之前虛擬攝像機的視場角，B表示目標在縱深運動之 后虛擬攝像機的視場角。
[0026] 優(yōu)選地，當存在多個目標時，在虛擬場景中，設置多個虛擬攝像機來實現(xiàn)對不同目 標的跟S示拍攝。
[0027] 優(yōu)選地，當需要拍攝不呈現(xiàn)目標的背景畫面時，將場景圖像作為最終呈現(xiàn)的圖像 輸出。
[0028] 優(yōu)選地，通過調(diào)整摳像平面在虛擬場景中的位置來調(diào)整目標在虛擬場景中的位 置。
[0029] 本發(fā)明的技術效果：
[0030] 本發(fā)明采用高分辨率的實體攝像機，可以在保證圖像質(zhì)量的前提下拍攝全景畫 面，替代昂貴的攝像機跟蹤系統(tǒng)，使用普通的三腳架，就可以實現(xiàn)具有推、拉、搖功能的虛擬 演播室。讓安裝、調(diào)試變得簡便快捷、大大的節(jié)約成本。
[0031]同時，本發(fā)明可以用一臺超高分辨率的實體攝像機模擬多臺攝像機的拍攝效果。 而且在拍攝時可以自動跟蹤目標的活動范圍，實現(xiàn)無人操作的自動跟蹤拍攝。
【附圖說明】
[0032] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0033] 圖1示出了現(xiàn)有技術中虛擬演播室實現(xiàn)跟蹤目標拍攝方式的示意圖；
[0034] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例一的可自動跟蹤目標的虛擬演播室實現(xiàn)方法的流 程圖；
[0035] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例一的可自動跟蹤目標的虛擬演播室實現(xiàn)方法中實 體攝像機的機位設置示意圖；
[0036] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例一的可自動跟蹤目標的虛擬演播室實現(xiàn)方法中場 景輸出分辨率與實體攝像機分辨率的對比示意圖；
[0037] 圖5示出了目標有縱深方向運動時視場角和摳像平面位置的變化示意圖；
[0038] 圖6示出了存在多個被拍攝目標時拍攝場景的示意圖；
[0039]圖7示出了采用本發(fā)明技術方案模擬無限藍箱場景的示意圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本發(fā)明。
[0041] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例一的可自動跟蹤目標的虛擬演播室實現(xiàn)方法的流 程圖，如圖1所示，該方法具體包括如下步驟：
[0042] 步驟S202,選取一臺高分辨率實體攝像機，設置該實體攝像機的拍攝機位，其中， 該機位能夠滿足：實體攝像機在此機位上拍攝時，在不需要做任何推、拉、搖、移操作的情況 下，恰好能夠拍攝到真實場景中覆蓋目標活動的全部范圍。
[0043] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例一的可自動跟蹤目標的虛擬演播室實現(xiàn)方法中實 體攝像機的機位設置圖示。如圖3所示，本實施例采用一個像素分辨率比虛擬場景最終輸 出分辨率高的、高分辨率實體攝像機，選擇合適的機位讓實體攝像機拍攝范圍覆蓋人物活 動的全部范圍，此處的目標就是人物。
[0044] 在上述步驟中，關于高分辨率實體攝像機的選取，何為高分辨率，本發(fā)明給出了具 體方案，通常情況下，實體攝像機的分辨率至少為場景輸出分辨率的4倍。現(xiàn)在常見電視節(jié) 目的像素分辨率有1920x1080、1280x720、720x576、720x480等。因此虛擬演播室最終輸出 的像素分辨率，常用的也是以上幾種。要達到較好的效果，實體攝像機的分辨率的像素應該 是場景最終輸出分辨率的4倍或更高。例如，如果最終輸出分辨率為1920x1080,則實體攝 像機的分辨率就要達到至少3840x2160。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例一的可自動跟蹤目 標的虛擬演播室實現(xiàn)方法中場景輸出分辨率與實體攝像機分辨率的對比示意圖。實體攝像 機的分辨率與場景輸出的分辨率差距越大，虛擬場景中虛擬攝像機推、拉、搖的范圍就可以 越大。
[0045] 步驟S204,創(chuàng)建虛擬場景，并在虛擬場景中創(chuàng)建摳像平面。
[0046] 其中，創(chuàng)建的摳像平面的寬高比與實體攝像機最大拍攝范圍的寬高比是一致的； 當摳像平面與實體攝像機最大拍攝范圍的寬高比不一致時，需要在將實體攝像機拍攝的畫 面映射到該摳像平面顯示時，調(diào)整映射的寬高比和大小范圍以保證映射的圖像不變形。
[0047] 步驟S206,設置虛擬場景中虛擬攝像機的位置，其中，虛擬攝像機到摳像平面的距 離和角度與實體攝像機到目標的距離和角度分別相等。
[0048]當然，也可以在拍攝前，通過調(diào)整實體攝像機的位置和角度使其與所拍目標的距 離，分別等于虛擬攝像機與摳像平面的距離和角度。如果實體攝像機距離調(diào)整后拍攝范圍 不能滿足要求，再通過調(diào)整攝像機的鏡頭焦距來達到要求的效果，即實體攝像機在不需要 做任何推、拉、搖、移操作的情況下，恰好能夠拍攝到真實場景中覆蓋目標活動的全部范圍。
[0049] 在上述過程中，還涉及到虛擬攝像機的視場角的設置。當虛擬攝像機與摳像平面 的距離設置好之后；設置虛擬攝像機的視場角以使其能夠把摳像平面全部拍攝到畫面中， 此時的虛擬攝像機視場角可以用A來表示；在對虛擬攝像機的視場角進行調(diào)整時，要確保 使其不能小于（1/2)A。如果在拍攝過程中，被拍攝的人物沒有縱深方向的運動，在拍攝過程 中不需要改變視場角的大小。使用上述的方法計算的視場角即可。因為采用了高分辨率的 實體攝像機，所以在保證圖像清晰的情況下，可以增大虛擬攝像機拍攝的視場角，將人物的 活動范圍包含在拍攝范圍內(nèi)。
[0050] 特別地，圖5示出了目標有縱深方向運動時視場角和摳像平面位置的變化示意 圖。在實際使用中被拍攝的目標往往會有縱深方向的運動，有時還會移動到一些虛擬物體 的前面，遮擋住虛擬物體。此時就需要在縱深方向移動摳像平面。該摳像平面移動后需要 重新調(diào)整虛擬攝像機的視場角。如圖5所示，當摳像平面從位置1移動到位置2時，該摳像 平面與虛擬攝像機的距離由S1改變?yōu)镾2,虛擬攝像機的視場角應該從角度A改變到角度 B。此時角度B的計算公式如下：
[0051]
[0052]