第八章第三节虚拟演播室系统的关键优秀课件.ppt

第八章第三节虚拟演播室系统的关键第八章第三节虚拟演播室系统的关键第1页，本讲稿共67页一、传感跟踪系统一、传感跟踪系统l l传统的静态色键技术不支持摄像机的运动，它与动态传统的静态色键技术不支持摄像机的运动，它与动态传统的静态色键技术不支持摄像机的运动，它与动态传统的静态色键技术不支持摄像机的运动，它与动态的虚拟演播室系统的主要区别，是后者能够准确地测量到的虚拟演播室系统的主要区别，是后者能够准确地测量到的虚拟演播室系统的主要区别，是后者能够准确地测量到的虚拟演播室系统的主要区别，是后者能够准确地测量到前景摄像机的运动；并且根据摄像机跟踪参数生成相应视前景摄像机的运动；并且根据摄像机跟踪参数生成相应视前景摄像机的运动；并且根据摄像机跟踪参数生成相应视前景摄像机的运动；并且根据摄像机跟踪参数生成相应视点的虚拟场景。现在用于虚拟演播室的摄像机运动跟踪系点的虚拟场景。现在用于虚拟演播室的摄像机运动跟踪系点的虚拟场景。现在用于虚拟演播室的摄像机运动跟踪系点的虚拟场景。现在用于虚拟演播室的摄像机运动跟踪系统采用了不同的传感技术。统采用了不同的传感技术。统采用了不同的传感技术。统采用了不同的传感技术。l l 机械传感器是最早被使用的摄像机跟踪系统，机械传感器是最早被使用的摄像机跟踪系统，机械传感器是最早被使用的摄像机跟踪系统，机械传感器是最早被使用的摄像机跟踪系统，19951995年年年年后人们陆续研制出其他一些非机械的跟踪系统，如网格识后人们陆续研制出其他一些非机械的跟踪系统，如网格识后人们陆续研制出其他一些非机械的跟踪系统，如网格识后人们陆续研制出其他一些非机械的跟踪系统，如网格识别、红外跟踪、超声波跟踪等方式。多数系统对于摄像机别、红外跟踪、超声波跟踪等方式。多数系统对于摄像机别、红外跟踪、超声波跟踪等方式。多数系统对于摄像机别、红外跟踪、超声波跟踪等方式。多数系统对于摄像机的操作限制较少，并且具备很高的跟踪精度，其中一些系的操作限制较少，并且具备很高的跟踪精度，其中一些系的操作限制较少，并且具备很高的跟踪精度，其中一些系的操作限制较少，并且具备很高的跟踪精度，其中一些系统即可在户外工作也可在户内工作，许多系统展示了高度统即可在户外工作也可在户内工作，许多系统展示了高度统即可在户外工作也可在户内工作，许多系统展示了高度统即可在户外工作也可在户内工作，许多系统展示了高度的独创性。的独创性。的独创性。的独创性。第2页，本讲稿共67页1.摄像机跟踪系统原理及特点摄像机跟踪系统原理及特点l l摄像机跟踪系统的功能是为图形渲染引擎提供准确和及时摄像机跟踪系统的功能是为图形渲染引擎提供准确和及时摄像机跟踪系统的功能是为图形渲染引擎提供准确和及时摄像机跟踪系统的功能是为图形渲染引擎提供准确和及时的数据，也就是摄像机视点的运动数据。一些摄像机跟踪的数据，也就是摄像机视点的运动数据。一些摄像机跟踪的数据，也就是摄像机视点的运动数据。一些摄像机跟踪的数据，也就是摄像机视点的运动数据。一些摄像机跟踪系统需要大量的数据处理和计算。图形工作站根据摄像机系统需要大量的数据处理和计算。图形工作站根据摄像机系统需要大量的数据处理和计算。图形工作站根据摄像机系统需要大量的数据处理和计算。图形工作站根据摄像机跟踪数据对二维图像或三维场景进行渲染，所生成的背景跟踪数据对二维图像或三维场景进行渲染，所生成的背景跟踪数据对二维图像或三维场景进行渲染，所生成的背景跟踪数据对二维图像或三维场景进行渲染，所生成的背景图像与摄像机前景图像在色键器中抠像、合成，产生虚拟图像与摄像机前景图像在色键器中抠像、合成，产生虚拟图像与摄像机前景图像在色键器中抠像、合成，产生虚拟图像与摄像机前景图像在色键器中抠像、合成，产生虚拟演播室系统输出的每一帧视频图像。演播室系统输出的每一帧视频图像。演播室系统输出的每一帧视频图像。演播室系统输出的每一帧视频图像。l l虚拟演播室系统中的每一台摄像机能够在虚拟演播室系统中的每一台摄像机能够在虚拟演播室系统中的每一台摄像机能够在虚拟演播室系统中的每一台摄像机能够在8 8个不同的方向个不同的方向个不同的方向个不同的方向上自由的运动，其中平摇，俯仰、滚动以及三维空间中任上自由的运动，其中平摇，俯仰、滚动以及三维空间中任上自由的运动，其中平摇，俯仰、滚动以及三维空间中任上自由的运动，其中平摇，俯仰、滚动以及三维空间中任意移动意移动意移动意移动(X,Y,Z)(X,Y,Z)是指摄像机整体上的运动，变焦和聚焦是是指摄像机整体上的运动，变焦和聚焦是是指摄像机整体上的运动，变焦和聚焦是是指摄像机整体上的运动，变焦和聚焦是摄像机镜头的运动。这些运动参数的改变会引起拍摄图像摄像机镜头的运动。这些运动参数的改变会引起拍摄图像摄像机镜头的运动。这些运动参数的改变会引起拍摄图像摄像机镜头的运动。这些运动参数的改变会引起拍摄图像视野与视角的改变，为了模拟人物所在的三维环境，图形视野与视角的改变，为了模拟人物所在的三维环境，图形视野与视角的改变，为了模拟人物所在的三维环境，图形视野与视角的改变，为了模拟人物所在的三维环境，图形工作站必须根据这些参数不断调整三维视图。工作站必须根据这些参数不断调整三维视图。工作站必须根据这些参数不断调整三维视图。工作站必须根据这些参数不断调整三维视图。l l摄像机跟踪部分的作用正是用来拾取摄像机的位置信息和摄像机跟踪部分的作用正是用来拾取摄像机的位置信息和摄像机跟踪部分的作用正是用来拾取摄像机的位置信息和摄像机跟踪部分的作用正是用来拾取摄像机的位置信息和运动数据，实时地跟踪真实摄像机，以保证前景与计算机运动数据，实时地跟踪真实摄像机，以保证前景与计算机运动数据，实时地跟踪真实摄像机，以保证前景与计算机运动数据，实时地跟踪真实摄像机，以保证前景与计算机背景背景背景背景“联动联动联动联动”。l l如果采用机械式的传感方式，则需要在镜头上安装跟踪变如果采用机械式的传感方式，则需要在镜头上安装跟踪变如果采用机械式的传感方式，则需要在镜头上安装跟踪变如果采用机械式的传感方式，则需要在镜头上安装跟踪变焦和聚焦的传感器，而网格识别的方式是通过镜头推拉时焦和聚焦的传感器，而网格识别的方式是通过镜头推拉时焦和聚焦的传感器，而网格识别的方式是通过镜头推拉时焦和聚焦的传感器，而网格识别的方式是通过镜头推拉时获取网格图像的范围来计算镜头的变焦和聚焦变化的。获取网格图像的范围来计算镜头的变焦和聚焦变化的。获取网格图像的范围来计算镜头的变焦和聚焦变化的。获取网格图像的范围来计算镜头的变焦和聚焦变化的。第3页，本讲稿共67页l l以下是实现一个理想的虚拟演播室效果对于摄像机跟踪系统的要求，如今还没有一个系统能以下是实现一个理想的虚拟演播室效果对于摄像机跟踪系统的要求，如今还没有一个系统能以下是实现一个理想的虚拟演播室效果对于摄像机跟踪系统的要求，如今还没有一个系统能以下是实现一个理想的虚拟演播室效果对于摄像机跟踪系统的要求，如今还没有一个系统能够完全满足所有的特性要求，但是有一些系统已经相当接近这些指标：够完全满足所有的特性要求，但是有一些系统已经相当接近这些指标：够完全满足所有的特性要求，但是有一些系统已经相当接近这些指标：够完全满足所有的特性要求，但是有一些系统已经相当接近这些指标：l l(1)(1)能够在一个非常短的时间内完成摄像机方向和位置数据的计算和发送能够在一个非常短的时间内完成摄像机方向和位置数据的计算和发送能够在一个非常短的时间内完成摄像机方向和位置数据的计算和发送能够在一个非常短的时间内完成摄像机方向和位置数据的计算和发送.l l(2)(2)摄像机跟踪系统需要以每秒摄像机跟踪系统需要以每秒摄像机跟踪系统需要以每秒摄像机跟踪系统需要以每秒5050次或次或次或次或6060次次次次(PAL(PAL或或或或N N制制制制)的速率计算和发送全部的摄像机方向的速率计算和发送全部的摄像机方向的速率计算和发送全部的摄像机方向的速率计算和发送全部的摄像机方向和位置数据，这就要求能够跟踪摄像机的快速运动。如果数据的发送传输率不够快，背景将和位置数据，这就要求能够跟踪摄像机的快速运动。如果数据的发送传输率不够快，背景将和位置数据，这就要求能够跟踪摄像机的快速运动。如果数据的发送传输率不够快，背景将和位置数据，这就要求能够跟踪摄像机的快速运动。如果数据的发送传输率不够快，背景将会出现撕裂的现象。摄像机运动得越快，背景出现撕裂的现象越明显。会出现撕裂的现象。摄像机运动得越快，背景出现撕裂的现象越明显。会出现撕裂的现象。摄像机运动得越快，背景出现撕裂的现象越明显。会出现撕裂的现象。摄像机运动得越快，背景出现撕裂的现象越明显。l l(3)(3)摄像机的运动跟踪系统不能够限制摄像机的任意运动，这个系统应该允许摄像机在演播摄像机的运动跟踪系统不能够限制摄像机的任意运动，这个系统应该允许摄像机在演播摄像机的运动跟踪系统不能够限制摄像机的任意运动，这个系统应该允许摄像机在演播摄像机的运动跟踪系统不能够限制摄像机的任意运动，这个系统应该允许摄像机在演播室范围内的任意移动。室范围内的任意移动。室范围内的任意移动。室范围内的任意移动。l l(4)(4)跟踪系统不能够改变摄像机以前的操作方式。这样同一台摄像机既可用于虚拟跟踪系统不能够改变摄像机以前的操作方式。这样同一台摄像机既可用于虚拟跟踪系统不能够改变摄像机以前的操作方式。这样同一台摄像机既可用于虚拟跟踪系统不能够改变摄像机以前的操作方式。这样同一台摄像机既可用于虚拟演播室也可用于实景演播室拍摄，这一点非常重要。演播室也可用于实景演播室拍摄，这一点非常重要。演播室也可用于实景演播室拍摄，这一点非常重要。演播室也可用于实景演播室拍摄，这一点非常重要。l l（5)5)摄像机应该支持所有方向的拍摄，理想的情况是能够进行摄像机应该支持所有方向的拍摄，理想的情况是能够进行摄像机应该支持所有方向的拍摄，理想的情况是能够进行摄像机应该支持所有方向的拍摄，理想的情况是能够进行360360度的拍摄。度的拍摄。度的拍摄。度的拍摄。l l(6)(6)系统能够支持各种类型的摄像机辅助设备，包括标准演播室云台、遥控云台、系统能够支持各种类型的摄像机辅助设备，包括标准演播室云台、遥控云台、系统能够支持各种类型的摄像机辅助设备，包括标准演播室云台、遥控云台、系统能够支持各种类型的摄像机辅助设备，包括标准演播室云台、遥控云台、摇臂、轨道车、三脚架和手提拍摄。摇臂、轨道车、三脚架和手提拍摄。摇臂、轨道车、三脚架和手提拍摄。摇臂、轨道车、三脚架和手提拍摄。l l(7)(7)系统应该能够在任何地方工作，包括演播室和户外。系统应该能够在任何地方工作，包括演播室和户外。系统应该能够在任何地方工作，包括演播室和户外。系统应该能够在任何地方工作，包括演播室和户外。l l(8)(8)系统应该支持各种类型的专业摄像机，并且对于镜头的使用没有限制。系统应该支持各种类型的专业摄像机，并且对于镜头的使用没有限制。系统应该支持各种类型的专业摄像机，并且对于镜头的使用没有限制。系统应该支持各种类型的专业摄像机，并且对于镜头的使用没有限制。l l(9)(9)测量摄像机的移动精度能够达到不低于测量摄像机的移动精度能够达到不低于测量摄像机的移动精度能够达到不低于测量摄像机的移动精度能够达到不低于2 mm2 mm，并且方向精度不低于，并且方向精度不低于，并且方向精度不低于，并且方向精度不低于0.50.5像像像像素。这样的方向精度意味着在一个素。这样的方向精度意味着在一个素。这样的方向精度意味着在一个素。这样的方向精度意味着在一个1616度的拍摄中，要求达到度的拍摄中，要求达到度的拍摄中，要求达到度的拍摄中，要求达到0.010.01的精度。拍的精度。拍的精度。拍的精度。拍摄的角度越窄，角精度要求越高。摄的角度越窄，角精度要求越高。摄的角度越窄，角精度要求越高。摄的角度越窄，角精度要求越高。第4页，本讲稿共67页2.摄像机跟踪系统分类摄像机跟踪系统分类l l国内外不同视频公司的虚拟演播室产品，所采用的传感跟国内外不同视频公司的虚拟演播室产品，所采用的传感跟国内外不同视频公司的虚拟演播室产品，所采用的传感跟国内外不同视频公司的虚拟演播室产品，所采用的传感跟踪方式也不尽相同，大体可以分为三大类踪方式也不尽相同，大体可以分为三大类踪方式也不尽相同，大体可以分为三大类踪方式也不尽相同，大体可以分为三大类:l l机械传感跟踪系统机械传感跟踪系统机械传感跟踪系统机械传感跟踪系统l l红外跟踪系统红外跟踪系统红外跟踪系统红外跟踪系统l l图像识别跟踪系统图像识别跟踪系统图像识别跟踪系统图像识别跟踪系统l l以下对一些主要的跟踪系统进行介绍。以下对一些主要的跟踪系统进行介绍。以下对一些主要的跟踪系统进行介绍。以下对一些主要的跟踪系统进行介绍。第5页，本讲稿共67页（1）机械传感跟踪系统）机械传感跟踪系统l l机械传感器是最早被虚拟演播室所采用的摄像机跟踪系统，同时也是应用最机械传感器是最早被虚拟演播室所采用的摄像机跟踪系统，同时也是应用最机械传感器是最早被虚拟演播室所采用的摄像机跟踪系统，同时也是应用最机械传感器是最早被虚拟演播室所采用的摄像机跟踪系统，同时也是应用最为广泛的跟踪系统。它的最大优势是跟踪延时短，精度高，且不受演播室灯为广泛的跟踪系统。它的最大优势是跟踪延时短，精度高，且不受演播室灯为广泛的跟踪系统。它的最大优势是跟踪延时短，精度高，且不受演播室灯为广泛的跟踪系统。它的最大优势是跟踪延时短，精度高，且不受演播室灯光、温度、拍摄角度等条件的限制。光、温度、拍摄角度等条件的限制。光、温度、拍摄角度等条件的限制。光、温度、拍摄角度等条件的限制。l l这种摄像机跟踪系统采集摄像机的位置及透视数据。它通常被安装在三角架这种摄像机跟踪系统采集摄像机的位置及透视数据。它通常被安装在三角架这种摄像机跟踪系统采集摄像机的位置及透视数据。它通常被安装在三角架这种摄像机跟踪系统采集摄像机的位置及透视数据。它通常被安装在三角架或基座上。为测量摄像机的镜头运动参数，需要在摄像机镜头上安装附加装或基座上。为测量摄像机的镜头运动参数，需要在摄像机镜头上安装附加装或基座上。为测量摄像机的镜头运动参数，需要在摄像机镜头上安装附加装或基座上。为测量摄像机的镜头运动参数，需要在摄像机镜头上安装附加装置置置置:聚焦、变焦传感器。这个装置中包含有传感器和有关电子装置，称为镜头聚焦、变焦传感器。这个装置中包含有传感器和有关电子装置，称为镜头聚焦、变焦传感器。这个装置中包含有传感器和有关电子装置，称为镜头聚焦、变焦传感器。这个装置中包含有传感器和有关电子装置，称为镜头运动参数编码器，这是一种精确的旋转编码器。镜头编码器通过托架与镜头运动参数编码器，这是一种精确的旋转编码器。镜头编码器通过托架与镜头运动参数编码器，这是一种精确的旋转编码器。镜头编码器通过托架与镜头运动参数编码器，这是一种精确的旋转编码器。镜头编码器通过托架与镜头上变焦环和聚焦环的齿轮紧密咬合，当变焦环或聚焦环发生位置变化时，编上变焦环和聚焦环的齿轮紧密咬合，当变焦环或聚焦环发生位置变化时，编上变焦环和聚焦环的齿轮紧密咬合，当变焦环或聚焦环发生位置变化时，编上变焦环和聚焦环的齿轮紧密咬合，当变焦环或聚焦环发生位置变化时，编码器能够检测出上、下、左、右摆动的细微角度并将其编码输出。同时，安码器能够检测出上、下、左、右摆动的细微角度并将其编码输出。同时，安码器能够检测出上、下、左、右摆动的细微角度并将其编码输出。同时，安码器能够检测出上、下、左、右摆动的细微角度并将其编码输出。同时，安装在云台上的平摇以及俯仰传感器可以感知云台的变化并将其编码输出，所装在云台上的平摇以及俯仰传感器可以感知云台的变化并将其编码输出，所装在云台上的平摇以及俯仰传感器可以感知云台的变化并将其编码输出，所装在云台上的平摇以及俯仰传感器可以感知云台的变化并将其编码输出，所有信息数据通常通过一些串行接口有信息数据通常通过一些串行接口有信息数据通常通过一些串行接口有信息数据通常通过一些串行接口(如如如如RS-232RS-232或或或或RS-422)RS-422)传送给计算机。这种传送给计算机。这种传送给计算机。这种传送给计算机。这种传感器安装在用来平摇和俯仰的云台上，分别跟踪平摇和俯仰两个方向的角传感器安装在用来平摇和俯仰的云台上，分别跟踪平摇和俯仰两个方向的角传感器安装在用来平摇和俯仰的云台上，分别跟踪平摇和俯仰两个方向的角传感器安装在用来平摇和俯仰的云台上，分别跟踪平摇和俯仰两个方向的角运动并且将角度上的协一个变化转化为电脉冲。运动并且将角度上的协一个变化转化为电脉冲。运动并且将角度上的协一个变化转化为电脉冲。运动并且将角度上的协一个变化转化为电脉冲。第6页，本讲稿共67页l l在摄像机的镜头上安装了传感器探测变焦和聚焦的变化，两在摄像机的镜头上安装了传感器探测变焦和聚焦的变化，两在摄像机的镜头上安装了传感器探测变焦和聚焦的变化，两在摄像机的镜头上安装了传感器探测变焦和聚焦的变化，两者的变化会影响图像的放大倍数。机械的镜头传感器可以安者的变化会影响图像的放大倍数。机械的镜头传感器可以安者的变化会影响图像的放大倍数。机械的镜头传感器可以安者的变化会影响图像的放大倍数。机械的镜头传感器可以安装在绝大多数装在绝大多数装在绝大多数装在绝大多数(但不是全部但不是全部但不是全部但不是全部)的镜头上。机械跟踪系统对于演播的镜头上。机械跟踪系统对于演播的镜头上。机械跟踪系统对于演播的镜头上。机械跟踪系统对于演播室的高度和尺寸没有严格的要求，它安装在用于平摇、俯仰室的高度和尺寸没有严格的要求，它安装在用于平摇、俯仰室的高度和尺寸没有严格的要求，它安装在用于平摇、俯仰室的高度和尺寸没有严格的要求，它安装在用于平摇、俯仰的云台上，允许摄像机水平转动的云台上，允许摄像机水平转动的云台上，允许摄像机水平转动的云台上，允许摄像机水平转动360O360O并且可以应用于户外。并且可以应用于户外。并且可以应用于户外。并且可以应用于户外。l lThomaThoma公司、公司、公司、公司、RadamecRadamec公司和公司和公司和公司和VintenVinten公司以及一些国内厂商公司以及一些国内厂商公司以及一些国内厂商公司以及一些国内厂商均可提供机械式的传感系统。在轨道车、摇臂或升降云台上均可提供机械式的传感系统。在轨道车、摇臂或升降云台上均可提供机械式的传感系统。在轨道车、摇臂或升降云台上均可提供机械式的传感系统。在轨道车、摇臂或升降云台上安装了机械传感器后，就能够测量到摄像机的水平运动参数安装了机械传感器后，就能够测量到摄像机的水平运动参数安装了机械传感器后，就能够测量到摄像机的水平运动参数安装了机械传感器后，就能够测量到摄像机的水平运动参数或高度上的运动参数。采用安装了传感器的轨道车在演播室或高度上的运动参数。采用安装了传感器的轨道车在演播室或高度上的运动参数。采用安装了传感器的轨道车在演播室或高度上的运动参数。采用安装了传感器的轨道车在演播室地板上运动拍摄，要求地面的平整度较高。类似的传感系统地板上运动拍摄，要求地面的平整度较高。类似的传感系统地板上运动拍摄，要求地面的平整度较高。类似的传感系统地板上运动拍摄，要求地面的平整度较高。类似的传感系统也可以用在电影拍摄的摄像机上。采用机械传感器的系统，也可以用在电影拍摄的摄像机上。采用机械传感器的系统，也可以用在电影拍摄的摄像机上。采用机械传感器的系统，也可以用在电影拍摄的摄像机上。采用机械传感器的系统，其校准和设置其校准和设置其校准和设置其校准和设置(setup)(setup)过程相对复杂。演播室中的每一台摄像过程相对复杂。演播室中的每一台摄像过程相对复杂。演播室中的每一台摄像过程相对复杂。演播室中的每一台摄像机都是虚拟演播室的一部分，每一台摄像机的云台上和镜头机都是虚拟演播室的一部分，每一台摄像机的云台上和镜头机都是虚拟演播室的一部分，每一台摄像机的云台上和镜头机都是虚拟演播室的一部分，每一台摄像机的云台上和镜头上都要安装传感器。至于遥控云台，通常是从遥控端发出命上都要安装传感器。至于遥控云台，通常是从遥控端发出命上都要安装传感器。至于遥控云台，通常是从遥控端发出命上都要安装传感器。至于遥控云台，通常是从遥控端发出命令对摄像机进行控制，所以它们的方向和位置参数可以直接令对摄像机进行控制，所以它们的方向和位置参数可以直接令对摄像机进行控制，所以它们的方向和位置参数可以直接令对摄像机进行控制，所以它们的方向和位置参数可以直接用于虚拟演播室系统。用于虚拟演播室系统。用于虚拟演播室系统。用于虚拟演播室系统。第7页，本讲稿共67页l l机械跟踪方式的特点如下机械跟踪方式的特点如下机械跟踪方式的特点如下机械跟踪方式的特点如下:l l(1)(1)测量摄像机参数可以做到较高精度，旋转角度可以达到测量摄像机参数可以做到较高精度，旋转角度可以达到测量摄像机参数可以做到较高精度，旋转角度可以达到测量摄像机参数可以做到较高精度，旋转角度可以达到0.00100.0010，移动距离可以达到，移动距离可以达到，移动距离可以达到，移动距离可以达到1mm1mm的精确度，数据处理时的精确度，数据处理时的精确度，数据处理时的精确度，数据处理时间短；间短；间短；间短；l l(2)(2)摄像机可以摄像机可以摄像机可以摄像机可以50 Hz50 Hz速率进行平摇、俯仰及变焦，无须额速率进行平摇、俯仰及变焦，无须额速率进行平摇、俯仰及变焦，无须额速率进行平摇、俯仰及变焦，无须额外的工作站处理跟踪信息；外的工作站处理跟踪信息；外的工作站处理跟踪信息；外的工作站处理跟踪信息；l l(3)(3)延时在延时在延时在延时在2 2帧以内，是所有跟踪系统中最短的；帧以内，是所有跟踪系统中最短的；帧以内，是所有跟踪系统中最短的；帧以内，是所有跟踪系统中最短的；l l(4)(4)对灯光及演播室环境要求不高；对灯光及演播室环境要求不高；对灯光及演播室环境要求不高；对灯光及演播室环境要求不高；l l(5)(5)无法进行演播室中肩扛、手提的自由拍摄；无法进行演播室中肩扛、手提的自由拍摄；无法进行演播室中肩扛、手提的自由拍摄；无法进行演播室中肩扛、手提的自由拍摄；l l(6)(6)需要对云台进行改造、加工，装配精度要求高，较易磨需要对云台进行改造、加工，装配精度要求高，较易磨需要对云台进行改造、加工，装配精度要求高，较易磨需要对云台进行改造、加工，装配精度要求高，较易磨损。损。损。损。第8页，本讲稿共67页（2）红外线传感跟踪系统）红外线传感跟踪系统l l采用红外跟踪的系统采用红外跟踪的系统采用红外跟踪的系统采用红外跟踪的系统,利用安装在演播室摄像机顶部的四个排列好的利用安装在演播室摄像机顶部的四个排列好的利用安装在演播室摄像机顶部的四个排列好的利用安装在演播室摄像机顶部的四个排列好的低强度红外发射器进行工作。一般标准是采用两台或四台红外线跟低强度红外发射器进行工作。一般标准是采用两台或四台红外线跟低强度红外发射器进行工作。一般标准是采用两台或四台红外线跟低强度红外发射器进行工作。一般标准是采用两台或四台红外线跟踪摄像机，分别安装在演播室的天花板上。演播室越大，跟踪的范踪摄像机，分别安装在演播室的天花板上。演播室越大，跟踪的范踪摄像机，分别安装在演播室的天花板上。演播室越大，跟踪的范踪摄像机，分别安装在演播室的天花板上。演播室越大，跟踪的范围也就越大，那么需要的红外摄像机就越多。每一个红外发射器以围也就越大，那么需要的红外摄像机就越多。每一个红外发射器以围也就越大，那么需要的红外摄像机就越多。每一个红外发射器以围也就越大，那么需要的红外摄像机就越多。每一个红外发射器以一个特殊的频率闪烁并要求至少被两台红外摄像机拍摄到。安装在一个特殊的频率闪烁并要求至少被两台红外摄像机拍摄到。安装在一个特殊的频率闪烁并要求至少被两台红外摄像机拍摄到。安装在一个特殊的频率闪烁并要求至少被两台红外摄像机拍摄到。安装在图形处理设备中的图像处理软件识别红外跟踪摄像机输出帧中的光图形处理设备中的图像处理软件识别红外跟踪摄像机输出帧中的光图形处理设备中的图像处理软件识别红外跟踪摄像机输出帧中的光图形处理设备中的图像处理软件识别红外跟踪摄像机输出帧中的光源图像，并计算它在每一帧中位置。它在每一帧的位置坐标都对应源图像，并计算它在每一帧中位置。它在每一帧的位置坐标都对应源图像，并计算它在每一帧中位置。它在每一帧的位置坐标都对应源图像，并计算它在每一帧中位置。它在每一帧的位置坐标都对应了一个具体的方向，而这个方向是与演播室摄像机位置相关联的。了一个具体的方向，而这个方向是与演播室摄像机位置相关联的。了一个具体的方向，而这个方向是与演播室摄像机位置相关联的。了一个具体的方向，而这个方向是与演播室摄像机位置相关联的。在帧序列的图像中，光源的位置表示了红外跟踪摄像机与被跟踪的在帧序列的图像中，光源的位置表示了红外跟踪摄像机与被跟踪的在帧序列的图像中，光源的位置表示了红外跟踪摄像机与被跟踪的在帧序列的图像中，光源的位置表示了红外跟踪摄像机与被跟踪的红外发射器之间的位置关系。只要知道至少两个这样的位置关系以红外发射器之间的位置关系。只要知道至少两个这样的位置关系以红外发射器之间的位置关系。只要知道至少两个这样的位置关系以红外发射器之间的位置关系。只要知道至少两个这样的位置关系以及红外跟踪摄像机在演播室空间中的空间坐标位置，就能够计算出及红外跟踪摄像机在演播室空间中的空间坐标位置，就能够计算出及红外跟踪摄像机在演播室空间中的空间坐标位置，就能够计算出及红外跟踪摄像机在演播室空间中的空间坐标位置，就能够计算出红外发射器的三维空间位置，也就知道了演播室摄像机的位置。红外发射器的三维空间位置，也就知道了演播室摄像机的位置。红外发射器的三维空间位置，也就知道了演播室摄像机的位置。红外发射器的三维空间位置，也就知道了演播室摄像机的位置。l l图像处理设备执行以下功能图像处理设备执行以下功能图像处理设备执行以下功能图像处理设备执行以下功能:l l(1)(1)数字化红外跟踪摄像机拍摄到的视频；数字化红外跟踪摄像机拍摄到的视频；数字化红外跟踪摄像机拍摄到的视频；数字化红外跟踪摄像机拍摄到的视频；l l(2)(2)根据每一个红外跟踪摄像机输出的图像计算出光源的位置；根据每一个红外跟踪摄像机输出的图像计算出光源的位置；根据每一个红外跟踪摄像机输出的图像计算出光源的位置；根据每一个红外跟踪摄像机输出的图像计算出光源的位置；l l(3)(3)根据安装在镜头上的机械传感器测量的变焦数据并校准镜头的变根据安装在镜头上的机械传感器测量的变焦数据并校准镜头的变根据安装在镜头上的机械传感器测量的变焦数据并校准镜头的变根据安装在镜头上的机械传感器测量的变焦数据并校准镜头的变焦曲线。焦曲线。焦曲线。焦曲线。第9页，本讲稿共67页l l系统还提供一个安装和测量的工具包。这套工具是用来初系统还提供一个安装和测量的工具包。这套工具是用来初系统还提供一个安装和测量的工具包。这套工具是用来初系统还提供一个安装和测量的工具包。这套工具是用来初始化校准和测量系统中跟踪设备之间的位置关系，以及跟始化校准和测量系统中跟踪设备之间的位置关系，以及跟始化校准和测量系统中跟踪设备之间的位置关系，以及跟始化校准和测量系统中跟踪设备之间的位置关系，以及跟踪设备相对于演播室的位置关系。红外跟踪方式允许演播踪设备相对于演播室的位置关系。红外跟踪方式允许演播踪设备相对于演播室的位置关系。红外跟踪方式允许演播踪设备相对于演播室的位置关系。红外跟踪方式允许演播室摄像机在任何方向不受限制地运动。这个系统需要使用室摄像机在任何方向不受限制地运动。这个系统需要使用室摄像机在任何方向不受限制地运动。这个系统需要使用室摄像机在任何方向不受限制地运动。这个系统需要使用机械传感器跟踪变焦和聚焦的运动。虚拟演播室系统还可机械传感器跟踪变焦和聚焦的运动。虚拟演播室系统还可机械传感器跟踪变焦和聚焦的运动。虚拟演播室系统还可机械传感器跟踪变焦和聚焦的运动。虚拟演播室系统还可以利用小型的红外发射器测量主持人在演播室中的空间位以利用小型的红外发射器测量主持人在演播室中的空间位以利用小型的红外发射器测量主持人在演播室中的空间位以利用小型的红外发射器测量主持人在演播室中的空间位置。这个红外发射器可以放置在主持人的衣服上置。这个红外发射器可以放置在主持人的衣服上置。这个红外发射器可以放置在主持人的衣服上置。这个红外发射器可以放置在主持人的衣服上.系统能够系统能够系统能够系统能够测量到主持人在演播室中准确的三维空间坐标。测量到主持人在演播室中准确的三维空间坐标。测量到主持人在演播室中准确的三维空间坐标。测量到主持人在演播室中准确的三维空间坐标。l l由由由由ThomaThoma公司研制的红外系统中红外摄像机安装在演播室公司研制的红外系统中红外摄像机安装在演播室公司研制的红外系统中红外摄像机安装在演播室公司研制的红外系统中红外摄像机安装在演播室的天花板上进行红外发射器的捕获，同时每一台演播室摄的天花板上进行红外发射器的捕获，同时每一台演播室摄的天花板上进行红外发射器的捕获，同时每一台演播室摄的天花板上进行红外发射器的捕获，同时每一台演播室摄像机上安装一个红外发射装置，五个红外反射体呈三维排像机上安装一个红外发射装置，五个红外反射体呈三维排像机上安装一个红外发射装置，五个红外反射体呈三维排像机上安装一个红外发射装置，五个红外反射体呈三维排列安装在每一个演播常摄像机上。安装在演播室天花板上列安装在每一个演播常摄像机上。安装在演播室天花板上列安装在每一个演播常摄像机上。安装在演播室天花板上列安装在每一个演播常摄像机上。安装在演播室天花板上的红外摄像机探测红外信号，然后图形处理器根据红外跟的红外摄像机探测红外信号，然后图形处理器根据红外跟的红外摄像机探测红外信号，然后图形处理器根据红外跟的红外摄像机探测红外信号，然后图形处理器根据红外跟踪摄像机输出的视频图像计算演播室摄像机的空间位置。踪摄像机输出的视频图像计算演播室摄像机的空间位置。踪摄像机输出的视频图像计算演播室摄像机的空间位置。踪摄像机输出的视频图像计算演播室摄像机的空间位置。第10页，本讲稿共67页（3）图像识别跟踪系统）图像识别跟踪系统l l图像识别跟踪系统可以分为网格识别和图像识别跟踪系统可以分为网格识别和图像识别跟踪系统可以分为网格识别和图像识别跟踪系统可以分为网格识别和“Free-d”“Free-d”编码盘两种方式。编码盘两种方式。编码盘两种方式。编码盘两种方式。l l1)1)网格识别跟踪系统网格识别跟踪系统网格识别跟踪系统网格识别跟踪系统l l在演播室中有一套特殊的网格画在蓝色背景墙上，位于主持人身后。这个网格由在演播室中有一套特殊的网格画在蓝色背景墙上，位于主持人身后。这个网格由在演播室中有一套特殊的网格画在蓝色背景墙上，位于主持人身后。这个网格由在演播室中有一套特殊的网格画在蓝色背景墙上，位于主持人身后。这个网格由较浅的蓝色绘制而成，它不会对色键器的处理造成影响。演播室摄像机的视频信较浅的蓝色绘制而成，它不会对色键器的处理造成影响。演播室摄像机的视频信较浅的蓝色绘制而成，它不会对色键器的处理造成影响。演播室摄像机的视频信较浅的蓝色绘制而成，它不会对色键器的处理造成影响。演播室摄像机的视频信号被送到一个特殊的视频处理器，然后图像识别软件根据变化的网格信息准确地号被送到一个特殊的视频处理器，然后图像识别软件根据变化的网格信息准确地号被送到一个特殊的视频处理器，然后图像识别软件根据变化的网格信息准确地号被送到一个特殊的视频处理器，然后图像识别软件根据变化的网格信息准确地计算摄像机运动的方向和位置信息，同时包括变焦和聚焦的信息，所有的数据是计算摄像机运动的方向和位置信息，同时包括变焦和聚焦的信息，所有的数据是计算摄像机运动的方向和位置信息，同时包括变焦和聚焦的信息，所有的数据是计算摄像机运动的方向和位置信息，同时包括变焦和聚焦的信息，所有的数据是从摄像机拍摄的视频信号中提取出来的，网格识别跟踪技术为从摄像机拍摄的视频信号中提取出来的，网格识别跟踪技术为从摄像机拍摄的视频信号中提取出来的，网格识别跟踪技术为从摄像机拍摄的视频信号中提取出来的，网格识别跟踪技术为ORADORAD公司的专利公司的专利公司的专利公司的专利技术。技术。技术。技术。l l这个系统能够根据摄像机所拍摄的网格图像的变化跟踪摄像机的运动，同时它也这个系统能够根据摄像机所拍摄的网格图像的变化跟踪摄像机的运动，同时它也这个系统能够根据摄像机所拍摄的网格图像的变化跟踪摄像机的运动，同时它也这个系统能够根据摄像机所拍摄的网格图像的变化跟踪摄像机的运动，同时它也能用于户外的拍摄。在能用于户外的拍摄。在能用于户外的拍摄。在能用于户外的拍摄。在ORADORAD的系统中，数据被提取和处理是通过一个称为数字的系统中，数据被提取和处理是通过一个称为数字的系统中，数据被提取和处理是通过一个称为数字的系统中，数据被提取和处理是通过一个称为数字视频处理器视频处理器视频处理器视频处理器(DVP)(DVP)的特殊硬件。通过这个处理器，数据在并行接口形成数据流后，的特殊硬件。通过这个处理器，数据在并行接口形成数据流后，的特殊硬件。通过这个处理器，数据在并行接口形成数据流后，的特殊硬件。通过这个处理器，数据在并行接口形成数据流后，送到图形引擎用来渲染相应的虚拟背景。与其他方法相比，网格识别方式占用较送到图形引擎用来渲染相应的虚拟背景。与其他方法相比，网格识别方式占用较送到图形引擎用来渲染相应的虚拟背景。与其他方法相比，网格识别方式占用较送到图形引擎用来渲染相应的虚拟背景。与其他方法相比，网格识别方式占用较多的时间来产生摄像机跟踪信息，通常大约需要多的时间来产生摄像机跟踪信息，通常大约需要多的时间来产生摄像机跟踪信息，通常大约需要多的时间来产生摄像机跟踪信息，通常大约需要4 4帧延时。帧延时。帧延时。帧延时。第11页，本讲稿共67页l l该方式把一个精确的网络图案以不同的蓝色形状绘制于蓝该方式把一个精确的网络图案以不同的蓝色形状绘制于蓝该方式把一个精确的网络图案以不同的蓝色形状绘制于蓝该方式把一个精确的网络图案以不同的蓝色形状绘制于蓝背景上，如图背景上，如图背景上，如图背景上，如图1010所示。通过摄像机识别这种图案并与计算所示。通过摄像机识别这种图案并与计算所示。通过摄像机识别这种图案并与计算所示。通过摄像机识别这种图案并与计算机跟踪软件预先确定的图案模型进行对比，以确定物体与机跟踪软件预先确定的图案模型进行对比，以确定物体与机跟踪软件预先确定的图案模型进行对比，以确定物体与机跟踪软件预先确定的图案模型进行对比，以确定物体与虚拟背景的透视关系及距离。虚拟背景的透视关系及距离。虚拟背景的透视关系及距离。虚拟背景的透视关系及距离。第12页，本讲稿共67页l l采用网格识别方式有以下特点采用网格识别方式有以下特点采用网格识别方式有以下特点采用网格识别方式有以下特点:l l不需要对摄像机云台进行改造，安装方便，无须镜头校准，不需要对摄像机云台进行改造，安装方便，无须镜头校准，不需要对摄像机云台进行改造，安装方便，无须镜头校准，不需要对摄像机云台进行改造，安装方便，无须镜头校准，便于摄影师能运用各种摄像机以不同角度进行拍摄；便于摄影师能运用各种摄像机以不同角度进行拍摄；便于摄影师能运用各种摄像机以不同角度进行拍摄；便于摄影师能运用各种摄像机以不同角度进行拍摄；l l同一个网格跟踪系统可同时用于一台以上的摄像机，增加同一个网格跟踪系统可同时用于一台以上的摄像机，增加同一个网格跟踪系统可同时用于一台以上的摄像机，增加同一个网格跟踪系统可同时用于一台以上的摄像机，增加机位时无须增加跟踪设备机位时无须增加跟踪设备机位时无须增加跟踪设备机位时无须增加跟踪设备.不会增加成本。不会增加成本。不会增加成本。不会增加成本。l l可以与机械、红外等跟踪方式配合使用，灵活性大。可以与机械、红外等跟踪方式配合使用，灵活性大。可以与机械、红外等跟踪方式配合使用，灵活性大。可以与机械、红外等跟