CN101213833A - 插入替代图像/视频的方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内容产生、内容后期处理、新图像捕捉及图像合成的方法、装置以及系统，由此将替代图像或视频内容可选择地实时地结合到一原始视频中。在本发明中，在产生原始视频内容时产生足够的元数据，用以描述原始视频中可结合替代图像/视频的的物体/区域，并且提供控制替代视频的捕捉和处理使替代图像/视频适于所定义的可结合替代图像/视频的原始视频区域的装置。其结果为一种机制，使得人物/替代视频/图像，例如在一个实施例中，音乐视频(如视频卡拉OK)、游戏、广播视频、DVD视频等，可实时地与现有视频内容相结合。

Description

插入替代图像/视频的方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及视频系统，尤指一种把替代图像/视频插入到现有视频中的方法、装置和系统。
技术背景
合并两个或两个以上的视频信号以提供一单个的合成视频信号的装置在现有技术中是公知的。一个这样的视频合并的例子是电视上天气预报的播报，其中前景中的天气预报员被叠加在背景中的气象地图之上。
这样的现有技术装置通常采用一种色键(color-key)合并技术，其中所需要的前景场景用有色背景(通常为蓝色或绿色)录制。所需要的背景场景亦被录制。在其最简单的形式中，色键视频合并技术利用前景场景中每个像素点的颜色在前景和背景的视频信号间自动进行“硬”切换(即二进制切换)。色键视频合并技术利用前景场景中每个像素点的颜色在前景和背景的视频信号间自动进行切换。特别地，如果在前景场景(假定蓝色是色键)中检测到一蓝色像素，那么视频开关将在该像素点上把视频信号从背景场景引导到输出场景。如果在前景场景中未检测到蓝色像素，那么视频开关将在该像素点上把视频信号从前景场景引导到输出场景。在所有像素点以该方式处理后，其结果是由输入的前景和背景场景结合而成的输出场景。
在较复杂形式的色键视频合并技术中，切换效果可被隐藏并达到更自然的合并。例如，前景对象的阴影可显现在背景中。
由于色键合并技术方法简单，所以便宜的色键合并技术硬件已经应用了一段时间。因此，色键插入可在录制的或直播的视频中实现。其在直播电视中为在背景场景上面叠加体育比赛结果或记者图像，而在电影业中则为在背景场景上(如宇宙场景)叠加前景物体(如宇宙飞船)这样的一些目的而被广为应用。
然而，色键合并技术存在两个重要的局限。第一，该技术不能用来结合那些场景中的分色(Separation Color)(如绿或蓝)不能由该技术拥有者控制的视频源。这经常限制了色键插入到在广播室或电影制片厂中录制的图像序列的使用。第二，目前尚不可能通过从一个序列插入的图案跟随另一个序列中的物体运动(前景或背景)从而使插入的图案看起来像这些物体的一部分这样的方法来自动组合视频信号。而在过去，在数量十分有限的电影制作中曾经用手动方法完成过背景和前景场景运动的同步，这样的手动同步既非常昂贵又冗长乏味，并要求视频材料预先录制，而非“现场直播”。
发明内容
本发明通过提供一种插入替代图像/视频的方法、设备以及系统以解决先前技术的缺陷。
在本发明的一个实施例中，一种插入替代图像的方法包括存储关于第一视频内容捕捉的元数据，该第一视频内容具有能被替代图像/视频内容所代替的确定区域；用所存储的与第一视频内容相关的元数据捕捉替代图像/视频；以及按比例调整所捕捉的替代图像/视频，从而使替代图像/视频能被结合到第一视频内容预先设定的区域。
在本发明另一可选择的实施例中，一种插入替代图像的系统包括至少一个捕捉图像/视频的成像设备，以及一个包含一个处理器和一个存储器的处理和控制单元，其中该处理和控制单元适于存储关于第一视频内容捕捉的元数据，该第一视频内容具有能被替代图像/视频内容所代替的确定区域，对第一视频内容进行后期处理以产生新的描述第一视频内容中能被替代的区域的时戳遮罩(time-stamped matte)的元数据，用所存储的与第一视频内容的捕捉相关的元数据来捕捉替代图像/视频，以及按比例调整所捕捉的替代图像/视频，从而使替代图像/视频能被结合到第一视频内容预先设定的区域。
附图说明
结合附图考虑以下的详细描述，本发明的要义能容易地理解，其中：
图1描述根据本发明的实施例的替代图像/视频插入处理(AIVIP)系统的高层原理图；
图2描述适用于图1中的AIVIP系统100的处理和控制单元的实施例的高层原理图；
图3描述图1中AIVIP系统的处理步骤的高层原理图；
图4描述本发明AIVIP系统的高层原理图，其中第二物体相对于第二摄影机的定位由处理和控制单元控制；
图5描述本发明AIVIP系统的高层原理图，其中第二摄影机相对于第二物体的定位由处理和控制单元控制；以及
图6描述根据本发明的实施例的插入替代视频方法的流程图。
为利于理解，在所需之处使用一致的参考数字以指定附图中共有的相同元件。
具体实施方式
本发明的优点是提供一种图像合成方法、设备及系统，由此替代图像或视频内容可以有选择地实时地被插入到原始视频。虽然本发明主要被描述于包含进行成像的摄影机的替代图像/视频插入处理系统的说明书中，但熟悉相关技术领域的技术人员可以理解的是，获悉本发明的要义之后，本发明的概念基本上可以被应用于实施任何成像装置的系统中。进一步地，虽然通过本发明于此的要义，本发明的一些方面将要描述关于物体图像的合并，但应当理解的是在此所使用的术语“物体”应被解释为代表视频、图像等。同样地，应当理解的是，本发明的要义在此是针对，至少部分地，图像、视频等的插入，例如把计算机生成的动画插入已有的图像、视频等，如其它计算机生成的动画。
图1描述了根据本发明的实施例的替代图像/视频插入处理(AIVIP)系统的高层原理图。图1的AIVIP系统100图释包括一源成像装置(图释为第一摄影机)102、一第二成像装置(图释为第二摄影机)104以及一处理和控制单元110。图1进一步阐明一被成像的源物体106以及一被成像并与第一成像物体相结合的第二物体108。源成像装置102和第二成像装置104可包括任何能使物体成像的装置，如摄影机等。尽管图1的AIVIP系统100图释为包括一源成像装置102以及一第二成像装置104，在本发明另一可选择的实施例中，一根据本发明的AIVIP系统可包括一个既对源物体也对第二物体进行成像的单个成像装置。
图2描述了适用于图1中AIVIP系统100的处理和控制单元110的实施例的高层原理图。图2的处理和控制单元110包括一处理器210以及一存储控制程序、被存储的图像等的存储器220。处理器210与传统的支持电路230如电源、时钟电路、高速缓冲存储器等以及帮助执行存储在存储器220中的软件程序的电路一起运作。同样地，可以预期的是这里所讨论的某些程序步骤如软件程序可以在硬件内实施，例如，与处理器210协作以执行不同步骤的电路。处理和控制单元110亦包含在与处理和控制单元110通讯的不同功能元件间形成接口的输入输出电路240。例如且正如图1描述的，控制单元110通过第一路径S1与源成像装置102通信并且通过第二路径S2与第二成像装置104通讯。
尽管图2的处理和控制装置110被描述成一台根据本发明可被编程以执行不同控制功能的通用计算机，但本发明可以在硬件内实施，例如，专用集成电路(ASIC)。同样地，在此所描述的程序步骤用于广义地理解为由软件、硬件或者其组合等效地实施。
根据本发明，在图1的AIVIP系统100中，替代的图像或视频内容可以有选择地实时地插入到原始视频。换而言之，在本发明的AIVIP系统中，例如图1的AIVIP系统100，在产生原始视频内容时产生并储存足够的元数据，以便描述原始视频中可结合替代图像/视频的物体/区域，并提供一控制替代视频的捕捉和处理使替代图像/视频适于所定义为可结合替代图像/视频的原始视频区域的装置。
图3描述图1中AIVIP系统100处理步骤的高层原理图。更具体地，图3图释包括一内容产生处理模块310，一后期处理处理模块330，一替代视频/图像捕捉处理模块350，以及一最后图像合成处理模块370。
在图1的AIVIP系统100的内容产生处理步骤310中，在图像捕捉期间源摄影机102的定位以及在图像捕捉期间在该源摄影机102周围的环境条件的细节被记录并加上时戳。相似地，被成像的物体106的相对位置亦被记录并分别加上时戳。即在本发明的AIVIP系统100中，关于被成像的物体106的定位、被成像的物体106相对于摄影机102的角度和位置、摄像机102的放置/角度、灯光位置和强度等的元数据被记录并加上时戳。进一步地，因为所关注的物体能在其特性如物理尺寸、接合点、颜色内容以及形状被确定之前被确定，所以轮廓线可在接近于整体图像捕捉的时刻(或同时)被记录。进一步地，关于可能遮蔽所关注物体的物体的物理信息也能被收集。所有的这些信息给后期制作处理提供了相关信息，使所关注的物体从周围背景中分割/分离出来。
在后期处理步骤330期间，原始内容经后期处理产生用以描述每个所关注的物体的时戳遮罩的新的元数据。换而言之，例如在原始视频内容中预先设定的能由替代图像内容代替的区域的位置被确定，并且它们在原始视频内容的位置，例如，在它们出现在原始视频内容中时被记录。另外，为以上所描述的时戳信息产生新的元数据。物体、摄影机以及遮罩元数据被用来控制第二摄影机104相对于第二物体108的定位。采用关于物体的物理特性以及其离开摄影机的距离/相对位置的特定信息，可确定视频捕捉中所关注物体与其他元件的分界线。现在通过该物体分界线，可产生一个遮罩用以恢复独立于背景的物体或者去除该物体以便进行下游的插入。
然后，在替代视频/图像捕捉步骤350中，第二物体108的图像用第二摄影机104以及在后期处理步骤330中确定的第二物体108和第二摄影机104的定位信息来捕捉。更具体地，在替代视频/图像捕捉步骤350期间，第二摄影机104相对于第二物体108的位置，环境因素(如照明，温度等)等的控制，使第二摄影机104捕捉第二物体108图像的环境与第一摄影机102捕捉第一物体106图像时的环境充分一致。在本发明不同的实施例中，第二物体108的图像可用色键合并技术来捕捉，其中该第二物体108，其部分或全部与第一物体104结合，用有色背景(通常是蓝色或绿色)来录制。在本发明这样的实施例中，色键视频合并技术用前景场景中每个像素点的颜色在插入物体和原始物体间自动进行“硬”切换(即二进制切换)。色键视频合并技术用被插入物体中每个像素点的颜色自动地把被插入物体与源物体进行合并。
在本发明另一可选择的实施例中，第二物体108的图像可用一摄影机或除RGB信息外还传达指示距离的附加参数的技术来进行捕捉。换而言之在本发明这样的实施例中，该摄影机或该项技术能生成从单个有利位置来观看时的三维图像视野(FOV)。该独特的摄影机能在视频速率上做到这样并与所有现有标准及格式兼容。其操作概念是基于生成一具有适当宽度延FOV移动的“光墙”。所能产生的光墙可以是，例如，具有与FOV相同的照明区域(FOI)短周期的方形激光脉冲。当光墙击中FOV的物体时，其带着物体的印记被反射回摄影机。该印记包含所有重建深度地图所需要的信息。
在本发明的一个实施例中，第二物体108的定位由处理和控制单元110控制。例如，图4描述本发明AIVIP系统400的高层原理图，正如图1的AIVIP系统，第二物体108相对于第二摄影机的定位由处理和控制单元110控制。换而言之正如在图4的本发明的实施例中所描述的，第二摄影机104被固定而第二物体108位于一可移动装置112(如可移动舞台)之上，这样第二物体可以由处理和控制单元110来定位(如被旋转、被升高、被降低、被转角度等)，使得将第二摄影机104和第二物体108设置在如同第一摄影机102捕捉第一物体106时第一摄影机102和第一物体106之间的位置那样的适当的相对位置。换而言之，第二物体108的运动由处理和控制单元110用在内容产生步骤310中所记录的元数据来控制。
在本发明另一可选择的实施例中，第二摄影机104的定位由处理和控制单元110控制。例如，图5描述本发明AIVIP系统500的高层原理图，正如图1的AIVIP系统，其中第二摄影机104相对于第二物体108的定位由处理和控制单元110控制。换而言之，正如在图5的本发明实施例中所描述的，第二物体108被固定而第二摄影机104则由处理和控制单元110来定位(如被旋转、被升高、被降低、被转角度等)，使得将第二摄影机104以及第二物体108设置在如同第一摄影机102捕捉第一物体106图像时第一摄影机102和第一物体106之间的位置那样的适当的相对位置。换而言之，第二摄影机104的运动由处理和控制单元110用在内容产生步骤310中所记录的元数据来控制。正如图5的描述，第二摄影机104可位于一可移动装置112之上(如可移动舞台)，这样该第二摄影机104就可以由处理和控制单元110来定位(如被旋转、被升高、被降低、被转角度等)。
甚至更进一步地，在本发明另一可选择的实施例中，第二摄影机104或第二物体108，或任何其组合的定位能由处理和控制单元110来控制，使得将第二摄影机104和第二物体108放置在如同第一摄影机102捕捉第一物体106图像时第一摄影机102和第一物体106位置之间的位置那样的适当的相对位置。
任选地，在本发明的任一实施例中，处理和控制单元110可进一步地适于控制其它可能对成像处理有影响的条件，如照明、温度等，从而使处理和控制单元110能够在，例如第二摄影机104捕捉被插入到原图像中的第二物体108的图像时，充分地模拟第一摄影机102捕捉第一物体106图像时的成像环境。
回顾参考图1及图3，在最后图像合成处理模块370，一旦新的图像/视频被捕捉，其被按比例调整并被适当修改从而使其能被结合到由原始视频产生的遮罩中。该按比例调整/修改处理是一“最近似”处理。换而言之，被插入的图像轮廓线与遮罩之间的差异使之不能完全准确地匹配。因此，被插入的图像被等比例地按比例调整后尽量多地“覆盖”在遮罩区域。在图像合成之后，对于在最终合成图像中仍显现出遮罩的那些区域，通过“克隆”邻近的背景像素的方法来替换这些遮罩元素。如图3所描述，最终图像/视频包括原始图像/视频和后续捕捉的替代图像/视频的组合。
图6描述根据本发明的实施例的插入替代视频方法的流程图。图6的方法600由步骤602开始，其中关于原始视频内容捕捉的元数据被存储，其视频内容具有能被替代图像/视频代替的确定区域。方法600遂进入步骤604。
在步骤604，原始视频内容被进行处理，从而在原始视频中能被代替的的每个区域产生时戳遮罩。方法600遂进入步骤606。
在步骤606，被插入原始视频内容的替代图像/视频采用与原始视频内容一致的被存储的元数据来进行捕捉。方法600遂进入步骤608。
在步骤608，被捕捉的替代图像/视频被按比例调整并适当修改从而使其能被结合到由原始视频产生的遮罩中。方法600遂退出。
虽然上面针对本发明的不同实施例进行了描述，本发明的其它或进一步的实施例还可以在不背离其基本范围的情况下予以设计。因此本发明适当的保护范围根据后面的权利要求来予以确定。

Claims (15)

1.一种插入替代图像的方法，其特征在于包括：
存储与第一视频内容捕捉相关的元数据，该第一视频内容具有能被替代图像内容所代替的预先设定的区域；
采用所存储的与第一视频内容相关的元数据来捕捉替代图像；以及
按比例调整所捕捉的替代图像，以与第一视频内容的至少一个预先设定的区域相结合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述元数据包括用于第一视频内容中每个预先设定的可被替代图像内容所代替的区域的时戳遮罩。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述捕捉替代图像的步骤包括在捕捉替代图像时，根据所存储的与所述第一视频内容捕捉相关的元数据来控制被成像物体的定位。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述捕捉替代图像的步骤包括在捕捉替代图像时，根据所存储的与第一视频内容相关的元数据来控制成像装置的定位。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述元数据包括关于在第一视频内容成像时，第一视频内容中被成像物体的定位，被成像物体相对于成像装置的角度和定位，成像装置的放置和角度，环境条件，以及照明位置和强度的时戳信息。
6.一种插入替代图像的设备，其特征在于，包括一处理器及一存储器，所述设备适于执行以下步骤：
存储与第一视频内容捕捉相关的元数据，该第一视频内容具有能被替代图像内容所代替的预先设定的区域；
采用所存储的与第一视频内容相关的元数据来捕捉替代图像；以及
按比例调整所捕捉的替代图像，以与第一视频内容的至少一个预先设定的区域相结合。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，其中所述设备进一步地适于控制捕捉替代图像的成像装置的定位。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，其中所述设备进一步地适于在捕捉替代图像时，控制被成像物体的定位。
9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，其中所述设备进一步地适于在捕捉替代图像时，控制环境条件。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，其中所述环境条件包括照明定位、照明强度及环境温度中的至少一个。
11.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，其中所述设备进一步地适于产生一个用于第一视频内容中每个预先设定的可被替代图像内容所代替的区域的时戳遮罩。
12.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，其中该装置进一步地适于产生在第一视频内容成像时，关于第一视频内容中被成像物体的定位，被成像物体相对于成像装置的角度和定位，成像装置的放置和角度，环境条件，以及照明位置和强度的时戳遮罩。
13.一种插入替代图像的系统，其特征在于包括：
至少一个捕捉图像的成像装置；以及
一个与所述至少一个成像装置通讯的处理和控制单元，所述处理和控制单元包括一个处理器及一个存储器并适于执行以下步骤：
存储与第一视频内容捕捉相关的元数据，该第一视频内容具有能被替代图像内容所代替的预先设定的区域；
在第一视频内容中预先设定的能被代替的区域产生时戳遮罩；
采用所存储的与第一视频内容相关的元数据来捕捉替代图像；以及
按比例调整所捕捉的替代图像，以与第一视频内容的至少一个预先设定的区域相结合。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，其中所述处理和控制装置进一步适于在捕捉替代图像时，根据被存储的与所述第一视频内容的捕捉相关的元数据来控制所述至少一个成像装置的定位。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，其中所述处理和控制装置进一步适于在捕捉替代图像时，控制被成像物体的定位。
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