攝像機運動參數(shù)實時跟蹤算法

介紹了虛擬演播室系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)，分析了帶透鏡徑向畸變的小孔攝像機模型及采用徑向排列約束求解攝像機參數(shù)的方法；提出基于相鄰特征點間距比較/比值聯(lián)合編碼方案及特征點匹配算法，實現(xiàn)了高端虛擬演播室視景融合的核心技術(shù)。實際應(yīng)用證明，在速度及穩(wěn)定性方面具有較好的性能。
關(guān) 鍵 詞 模式識別; 虛擬演播室; 攝像機跟蹤; 交叉比

色鍵技術(shù)是電視臺廣泛應(yīng)用的一種虛擬場景制作手段，它是將演播室藍背景(或綠背景)前的演員圖像疊加在預(yù)先制作好的二維圖像，但其局限性在于當(dāng)演播室攝像機運動時，即使靜止不動的演員在場景中的位置也會改變，演員好象是漂浮在背景上，沒有完全融合到虛擬場景中。為產(chǎn)生出逼真視覺效果，用計算機場景工作站生成三維圖形替代簡單的二維圖像作為演播室的“虛擬”背景，并跟隨攝像機作實時調(diào)整，與演員圖像同步變換，演員完全融入三維虛擬場景中。除此之外，還可制作出大量傳統(tǒng)演播室無法實現(xiàn)的效果。這就是應(yīng)用三維圖形學(xué)、人工智能與模式識別、虛擬現(xiàn)實和計算機圖形圖像處理相結(jié)合的“虛擬演播室系統(tǒng)”，它是廣播電視設(shè)備領(lǐng)域研究的熱點[1～3]。
1 虛擬演播室系統(tǒng)原理
一個典型的虛擬演播室系統(tǒng)組成如圖1所示。在虛擬演播室系統(tǒng)中，實時析取攝像機參數(shù)是關(guān)鍵。目前用于獲取攝像機參數(shù)的方法有3種，即：精密機械/光學(xué)傳感裝置，紅外/超聲定位裝置，模式識別及特征匹配方法計算攝像機參數(shù)。由于前兩種方法存在需安裝調(diào)試、使用復(fù)雜、可靠性差、改裝攝像機和硬件成本較高等問題，使得虛擬演播室至今難以推廣。后一種方法能夠克服上述問題，是虛擬演播室技術(shù)發(fā)展的必基于圖像識別方法計算攝像機參數(shù)就是在演播室中放置經(jīng)特別制作的藍色網(wǎng)格圖形，錄制節(jié)目時，演播室攝像機拍攝的圖像中，除演員本身圖像外，還有攜帶攝像機參數(shù)信息的藍色網(wǎng)格圖形。該方法就是運用圖像處理和模式識別方法從藍色網(wǎng)格圖形中析取攝像機參數(shù)。