CN101110908A - 虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种虚拟演播室系统中的前景景深位置识别的装置及方法。该装置包括了一个安装在演播室蓝箱适当位置的辅助摄像机和一个实时图像处理装置；辅助摄像机输出摄取的蓝箱中前景的图像，实时图像处理装置以场频速度实时采集图像并进行图像处理，提取图像中特征数据并进行计算变换，得到前景主持人或物体在蓝箱中的位置坐标参数，该装置将输出的前景位置坐标参数输入给虚拟演播室的三维渲染设备，经过方程矩阵计算，实现三维虚拟场景和真实前景的景深位置关系的无缝匹配，使得真实前景自动恰当融入三维虚拟场景的空间合适位置之中，并反映正确的三维虚拟空间遮挡关系。

Description

虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置及方法
技术领域
本发明涉及虚拟演播室系统中前景景深位置识别技术，具体一种涉及在虚拟演播室系统中采用辅助摄像机对前景即节目主持人或物体进行无接触式跟踪定位，确定前景景深及位置关系识别的装置及方法。
背景技术
虚拟演播室技术经过近十年的发展已经取得了巨大的进步，目前逐步进入应用阶段，但是作为虚拟演播室系统中关键技术之一的前景(蓝箱中的主持人或物体)移动位置参数的测定及主持人到摄像机的景深位置识别技术，目前只有国外某厂商推出了一种基于红外识别的主持人景深位置识别系统，国内及国外其它的众多厂商尚无解决方案。
基于红外识别的主持人景深位置识别系统原理如下：在主持人的身上(通常是身后腰部)装上红外发射源，在主持人的上方装有一定数量的红外摄像机，系统通过红外摄像机检测红外源的位置变化而计算出前景物体(主持人)的运动参数并计算出主持人到主摄像机的景深位置参数。这种方案的优点是属于无接触式跟踪，使用方便；缺点则非常明显，对主持人有限制——需要在主持人身上安装红外发射源，因此对主持人的着装、运动(不能转身，否则红外发射源会被前景摄像机拍摄到而影响节目质量以及由于人体厚度的存在，在转身时影响景深位置测量精度)等都有要求；为了保证红外摄像机能准确拍摄到红外源，对摄像机的数量、安装位置和姿态、蓝箱演播室的大小、主持人的位置、移动方式和姿态等都有很多要求，由于任何物体在任何温度下都能发射不同波段的红外线，而且随着温度不同红外线的当量和波段也不同，因此该系统受环境光及热光源的影响极大，加上本来演播室的热光源比较多，因而系统不稳定，精度也会受影响。
鉴于以上原因，加之成本也高，应用红外识别的主持人景深位置识别系统实际上很难应用，这也严重的制约了虚拟演播室系统功能的发挥及市场推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术中虚拟演播室景深位置识别技术的需求和现有技术、产品的不足，提供一种成本低、精度高、稳定性好、抗干扰能力强，不受环境光、温度、声波影响并且易于使用的景深位置识别装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置，其特征在于该装置包括：
(1)一个安装在虚拟演播室蓝箱附近的辅助摄像机：对准蓝箱中的前景，包括节目主持人或物体，用于将实时产生的前景图像传输给景深位置识别装置；
(2)一个实时图像处理装置：用于对输入的图像实时分析处理，得到前景的景深位置数据，传送给虚拟演播室渲染图形工作站。
所述实时图像处理装置包括：
(1)一个图像输入单元：用于图像实时输入给图像处理单元；
(2)一个图像处理单元：在景深位置识别算法单元的支持下用于图像坐标点的数据处理，得到前景在蓝箱中的位置数据；
(3)一个景深位置识别算法单元：用于图像输入控制、图像分析计算和图像相关性计算及空间坐标转换以得到景深位置数据；
(4)一个数据输出单元：用于数据的缓存与传输控制。
所述辅助摄像机包括彩色或黑白摄像机、模拟或数字摄像机、CCD或CMOS型摄像机。
所述图像输入单元是图像采集卡或视频输入电路。
所述图像处理单元是CPU处理器或DSP(Digital SignalProcessing数字信号处理)处理器。
所述数据输出单元是网络或数据线。
本发明另一个目的是提供一种虚拟演播室系统中前景景深位置识别方法，其特征在于该方法为：辅助摄像机将图像形式输入，图像输入单元将辅助摄像机传来的视频图像数据以场频速度连续采集到图像处理单元，图像处理单元通过景深位置识别算法单元，得到前景物体在蓝箱中的坐标位置及景深数据，确定前景物体在指定坐标系中的坐标位置，通过数据输出单元传给虚拟演播室三维渲染引擎计算匹配。
所述辅助摄像机安装在蓝箱任意位置，并对准前景即蓝箱中的节目主持人或物体摄取图像。
所述景深位置识别算法单元是利用相邻图像数据帧的相关性和蓝箱的特殊性，实现前景物体与背景物体的分割，进而得到前景在蓝箱地面的投影中心，经过换算得到投影中心的位置坐标。
所述数据输出单元是将计算得到的景深位置数据存储并接受虚拟渲染设备以查询方式输出给虚拟演播室渲染图形工作站。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明成本低、精度高、稳定性好、抗干扰能力强，不受环境光、温度、声波影响并且易于使用。
附图说明
图1为本发明虚拟演播室系统中前景景深识别装置结构框图；
图2为本发明景深识别装置第一种具体实施方式的结构框图；
图3为本发明景深识别装置另一种具体实施方式的结构框图；
附图标记说明：
1-辅助摄像机；          2-图像输入单元；3-图像处理单元；
4-景深位置识别算法单元；5-景深识别装    6-数据输出单元；
                          置；
7-虚拟演播室渲染图形工  9-图像采集卡；  10-CPU处理器；
  作站；
11-网络；               12-景深识别算   13-景深识别计算
                           法PC机；        机；
14-视频输入电路；       15-DSP处理      16-总线接口；
                           器；
17-景深识别DSP算法单元  18-景深识别板
                           卡。
具体实施方式
如图1所示的一种虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置，该装置包括：
(1)一个安装在虚拟演播室蓝箱附近的辅助摄像机1：用于将实时产生的前景图像传输给实时图像处理装置；所述辅助摄像机1包括彩色或黑白摄像机、模拟或数字摄像机、CCD或CMOS型摄像机。
(2)一个实时图像处理装置：用于对输入的图像实时分析处理，得到前景的景深位置数据，传送给虚拟演播室渲染图形工作站7。
所述实时图像处理装置包括：
(1)一个图像输入单元2：用于图像实时输入给图像处理单元3；
(2)一个图像处理单元3：在景深位置识别算法单元4的支持下用于图像坐标点的数据处理，得到前景在蓝箱中的位置数据；
(3)一个景深位置识别算法单元4：用于图像输入控制、图像分析计算和图像相关性计算及空间坐标转换以得到景深位置数据；
(4)一个数据输出单元6：用于数据的缓存与传输控制。
如图2所示，虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置由辅助摄像机1和景深识别计算机13组成。所述景深识别计算机13包括：图像采集卡9、CPU处理器10、景深识别算法PC机12和网络11。所述图像采集卡9为图像输入单元，所述CPU处理器10为图像处理单元，所述网络11为数据输出单元。
辅助摄像机1安装在蓝箱任意位置，并对准前景即蓝箱中的节目主持人或物体摄取图像，通过图像采集卡9，将辅助摄像机1传来的视频图像数据以场频速度连续采集到计算机内存，CPU处理器10通过景深识别算法PC机12(景深位置识别算法单元)实时计算出景深位置。
景深识别算法PC机12利用了相邻图像数据帧的相关性和蓝箱的特殊性等因素，实现前景物体与背景物体的分割，进而得到前景在蓝箱地面的投影中心，经过换算得到投影中心的平面位置坐标数据(x、y)。
网络11将计算得到的景深位置数据存储并接受虚拟渲染设备以查询方式输出给虚拟演播室渲染图形工作站，虚拟演播室渲染图形工作站7中的三维虚拟场景渲染计算机，根据前景的景深位置数据，在计算渲染三维虚拟场景时实现前景(实景)与虚景的正确的景深遮挡关系。
如图3所示，虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置由辅助摄像机1和景深识别板卡18组成。景深识别板卡18包括：视频输入电路14、DSP处理器15、景深识别DSP算法单元17和总线接口16。视频输入电路14为图像输入单元，DSP处理器15为图像处理单元，总线接口16为数据输出单元。
辅助摄像机1安装在蓝箱任意位置，并对准前景即蓝箱中的节目主持人或物体摄取图像，通过视频输入电路14，将辅助摄像机1传来的视频图像数据以场频速度连续采集到DSP处理器15，DSP处理器15通过景深识别DSP算法单元17实时计算出景深位置。
DSP处理器15为以DSP(Digital Signal Processor)为核心的数据处理电路，景深位置识别DSP算法单元17以编译过的DSP语言方式封装在DSP电路中，视频输入电路14将视频图像转换为RGB图像像素数据，通过DSP算法单元17由DSP实时根据相邻图像数据帧的相关性和蓝箱的特殊性等因素，实现前景物体与背景物体的分割，进而得到前景在蓝箱地面的投影中心，经过换算得到投影中心的平面位置坐标数据(x、y)。
总线接口16将计算得到的景深位置数据存储并接受虚拟渲染设备以查询方式输出给虚拟演播室渲染图形工作站7，虚拟演播室渲染图形工作站7中的三维虚拟场景渲染计算机根据前景的景深平面位置坐标数据，在计算渲染三维虚拟场景时实现前景(实景)与虚景的正确的景深遮挡关系。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置，其特征在于该装置包括：
(1)一个安装在虚拟演播室蓝箱附近的辅助摄像机：用于将实时产生的前景图像传输给实时图像处理装置；
(2)一个实时图像处理装置：用于对输入的图像实时分析处理，得到前景的景深位置数据，传送给虚拟演播室渲染图形工作站。
2.根据权利要求1所述的虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置，其所述实时图像处理装置包括：
(1)一个图像输入单元：用于图像实时输入给图像处理单元；
(2)一个图像处理单元：在景深位置识别算法单元的支持下用于图像坐标点的数据处理，得到前景在蓝箱中的位置数据；
(3)一个景深位置识别算法单元：用于图像输入控制、图像分析计算和图像相关性计算及空间坐标转换以得到景深位置数据；
(4)一个数据输出单元：用于数据的缓存与传输控制。
3.根据权利要求1所述的虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置，其特征在于所述辅助摄像机包括彩色或黑白摄像机、模拟或数字摄像机、CCD或CMOS型摄像机。
4.根据权利要求2所述的虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置，其特征在于所述图像输入单元是图像采集卡或视频输入电路。
5.根据权利要求2所述的虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置，其特征在于所述图像处理单元是CPU处理器或DSP处理器。
6.根据权利要求2所述的虚拟演播室系统中前景景深位置识别装置，其特征在于所述数据输出单元是网络或数据线。
7.一种虚拟演播室系统中前景景深位置识别方法，其特征在于该方法为：辅助摄像机将图像形式输入，图像输入单元将辅助摄像机传来的视频图像数据以场频速度连续采集到图像处理单元，图像处理单元通过景深位置识别算法单元，得到前景物体在蓝箱中的坐标位置及景深数据，确定前景物体在指定坐标系中的坐标位置，通过数据输出单元传给虚拟演播室三维渲染引擎计算匹配。
8.根据权利要求7所述的虚拟演播室系统中前景景深位置识别方法，其特征在于所述辅助摄像机安装在蓝箱任意位置，并对准前景即蓝箱中的节目主持人或物体摄取图像。
9.根据权利要求7所述的虚拟演播室系统中前景景深位置识别方法，其特征在于所述景深位置识别算法单元为利用相邻图像数据帧的相关性和蓝箱的特殊性，实现前景物体与背景物体的分割，进而得到前景在蓝箱地面的投影中心，经过换算得到投影中心的位置坐标。
10.根据权利要求7所述的虚拟演播室系统中前景景深位置识别方法，其特征在于所述数据输出单元是将计算得到的景深位置数据存储并接受虚拟渲染设备以查询方式输出给虚拟演播室渲染图形工作站。
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