CN101370088A - 用于虚拟演播室的景置匹配装置及其匹配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于虚拟演播室的景置匹配装置及其匹配方法，匹配装置包括摄像机、安装在摄像机上的俯仰传感器和平摇传感器、信号输入单元、对信号输入单元所输入信号实时分析处理并换算得出前景位置和摄像机当前位置坐标参数的信号处理单元以及与三维渲染设备相接的数据输出单元；其匹配方法为：以蓝箱中任一点为坐标原点并建立空间三维坐标系，将摄像机镜头对准坐标原点，再经俯仰和平摇移动后使镜头正对XZ或YZ平面，信号处理单元处理得出前景位置和摄像机当前位置的坐标参数并将其处理信号传输给三维渲染设备。本发明装置结构简单且操作简便，能有效解决前景与三维虚拟场景的透视关系匹配及摄像机与三维虚拟场景的位置关系匹配问题。
Description
技术领域
本发明涉及所采集实景与三维虚拟场景透视关系匹配技术领域，尤其是涉及一种用于虚拟演播室的景置匹配装置及其匹配方法。
背景技术
虚拟演播室技术经过近十多年的发展，已经取得了巨大进步，目前已进入普及应用阶段。但是，作为虚拟演播室系统中关键技术之一的摄像机所摄取真实前景(蓝箱中的节目主持人或物体)与三维虚拟场景的透视关系匹配技术以及三维虚拟场景与摄像机位置关系匹配技术，现如今都尚欠缺有效的匹配方法及其装置。实践中，从不同位置、不同角度对同一物体进行观测的视觉透视效果均存在差异，尤其是在虚拟演播室系统中，更是要快速并准确解决置于蓝箱中任意位置的摄像机所摄取前景与三维虚拟场景透视关系之间的匹配问题，只有有效解决了摄像机所摄取的实际前景与三维虚拟场景的透视关系匹配问题以及三维虚拟场景与摄像机位置关系匹配问题，才能使得真实场景自动融入三维虚拟场景的空间适当位置之中，并使得三维虚拟场景位置关系与摄像机位置关系相匹配，才能够反映正确的三维虚拟空间遮挡与透视关系，并最终使得所播出的画面更加真实，画面效果更好、质量更高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于虚拟演播室的景置匹配装置及其匹配方法，其装置结构简单、使用操作简便且匹配方法简单易行，能有效解决前景与三维虚拟场景的透视关系匹配及摄像机与三维虚拟场景的位置关系匹配问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于虚拟演播室的景置匹配装置，其特征在于：包括置于虚拟演播室中任意位置且对前景进行摄取的摄像机、安装在摄像机上的俯仰传感器和平摇传感器、信号输入单元、对信号输入单元所输入信号进行实时分析处理并换算得出摄像机所摄取前景位置和摄像机当前位置坐标参数的信号处理单元以及与所述虚拟演播室的三维渲染设备相接的数据输出单元，所述摄像机、俯仰传感器和平摇传感器均接信号输入单元，信号输入单元接信号处理单元，信号处理单元接数据输出单元。
所述信号处理单元为景置识别板卡。
一种利用上述用于虚拟演播室的装置进行景置匹配的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)以所述虚拟演播室蓝箱中的任一点为坐标原点O并建立空间三维直角坐标系，所述摄像机当前所处位置A的坐标为(x0，y0，z0)，摄像机在地面投影点A’的坐标为(x0，y0，0)，其中z0为摄像机的竖直高度；
(b)将摄像机的镜头即其取相框中的十字线交错点对准坐标原点O；
(c)将摄像机俯仰和平摇移动后，使得其镜头正对XZ平面或YZ平面，俯仰移动的角度为α，平摇移动的角度为β；
(d)摄像机、俯仰传感器和平摇传感器分别经信号输入单元将其所采集的信号传输至信号处理单元，信号处理单元在景深位置识别算法单元的支持下先经内部分析处理得出摄像机所摄取真实前景在所述蓝箱中的位置坐标参数；信号处理单元再根据俯仰传感器和平摇传感器所传入的角度信号处理得出摄像机当前所处位置A的坐标参数：当摄像机的镜头正对XZ平面时，位置A的坐标参数为(z0cot α sin β，z0cot α cos β，z0)；当摄像机的镜头正对YZ平面时，位置A的坐标参数为(z0cot α cos β，z0cot α sin β，z0)；
(e)信号处理单元经数据输出单元将经其处理的信号传输给所述三维渲染设备。
所述摄像机的竖直高度z0＝1.4m。
本发明与现有技术相比具有以下优点：1、结构简单且使用操作简便；2、实时进行数据处理运算，能够准确快速解决置于蓝箱中任意位置的摄像机所摄取真实前景与三维虚拟场景的透视关系匹配问题以及三维虚拟场景与摄像机位置关系匹配问题，使得真实场景能够自动融入三维虚拟场景的空间适当位置之中，并使得三维虚拟场景位置关系与摄像机位置关系相匹配，因而能够反映正确的三维虚拟空间遮挡与透视关系，使得最终使得所播出的画面更加真实，画面效果更好、质量更高；2、应用范围广泛，能够有效应用于其他等距离跟踪、寻踪技术领域，例如航天、航海等行业。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明用于虚拟演播室的景置匹配装置的整体结构示意图。
图2为本发明用于虚拟演播室的景置匹配装置的使用状态参考图。
附图标记说明：
1—摄像机； 2—俯仰传感器； 3—平摇传感器；
4—信号输入单元；5—信号处理单元； 6—景置处理装置；
7—数据输出单元；8—景置匹配识别装置；9—虚拟演播室渲染图形
工作站。
具体实施方式
如图1所示，本发明用于虚拟演播室的景置匹配装置包括置于虚拟演播室中任意位置且对前景进行摄取的摄像机1、安装在摄像机1上的俯仰传感器2和平摇传感器3、信号输入单元4、对信号输入单元4所输入信号进行实时分析处理并换算得出摄像机1所摄取前景位置和摄像机1当前位置坐标参数的信号处理单元5以及与所述虚拟演播室的三维渲染设备相接的数据输出单元7，其三维渲染设备即虚拟演播室渲染图形工作站9。其中，所述摄像机1、俯仰传感器2和平摇传感器3均接信号输入单元4，信号输入单元4接信号处理单元5，信号处理单元5接数据输出单元7。所述信号处理单元5为景置识别板卡。也就是说，信号输入单元4、信号处理单元5和数据输出单元7三者组成景置处理装置6；而摄像机1、俯仰传感器2、平摇传感器3和景置处理装置6组成景置匹配识别装置8。
如图2所示，一种用于虚拟演播室的景置匹配方法包括以下步骤：
第一步、假设所述虚拟演播室蓝箱中的任一点为坐标原点O并建立空间三维直角坐标系，所述摄像机1当前所处位置A的坐标为(x0，y0，z0)，摄像机1在地面投影点A’的坐标为(x0，y0，0)，其中z0为摄像机1的竖直高度。本实施例中，摄像机1的竖直高度z0＝1.4m。
第二步、将摄像机1的镜头即其取相框中的十字线交错点对准坐标原点O。
第三步、将摄像机1俯仰和平摇移动后，使得其镜头正对XZ平面或YZ平面，俯仰移动的角度为α，平摇移动的角度为β。实际使用过程中，既可以先将摄像机1进行俯仰移动后，再进行平摇移动；也可以先进行平摇移动，再相应进行俯仰移动，最终将摄像机1的镜头移动至正对XZ平面或正对YZ平面。本实施例中，摄像机1的镜头最终正对XZ平面，并且镜头在XZ平面上的正投射点为点B。
第四步、摄像机1、俯仰传感器2和平摇传感器3分别经信号输入单元4将其所采集的信号传输至信号处理单元5，信号处理单元5在景深位置识别算法单元的支持下先经内部分析处理得出摄像机1所摄取真实前景在所述蓝箱中的位置坐标参数；信号处理单元5再根据俯仰传感器2和平摇传感器3所传入的角度信号(即俯仰移动角度α和平摇移动角度β)处理得出摄像机1当前所处位置A的坐标参数：当摄像机1的镜头正对XZ平面时，位置A的坐标参数为(z0cot α sin β，z0cot α cos β，z0)；当摄像机1的镜头正对YZ平面时，位置A的坐标参数为(z0cot α cos β，z0cot α sin β，z0)。本事实例中，摄像机1当前所处位置A的坐标参数为(z0cot α sin β，z0cot α cos β，z0)。
第五步、信号处理单元5经数据输出单元7将经其处理的信号传输给所述三维渲染设备。所述三维渲染设备再相应经方程矩阵计算，配合景置匹配识别装置8，实现三维虚拟场景和摄像机1所摄取真实前景的透视关系匹配和景深位置关系的无缝匹配，并实现摄像机1位置和三维虚拟场景位置关系的匹配，使得真实场景能够自动融入三维虚拟场景的空间适当位置之中，最终反映出正确的三维虚拟空间遮挡与透视关系。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种用于虚拟演播室的景置匹配装置，其特征在于：包括置于虚拟演播室中任意位置且对前景进行摄取的摄像机(1)、安装在摄像机(1)上的俯仰传感器(2)和平摇传感器(3)、信号输入单元(4)、对信号输入单元(4)所输入信号进行实时分析处理并换算得出摄像机(1)所摄取前景位置和摄像机(1)当前位置坐标参数的信号处理单元(5)以及与所述虚拟演播室的三维渲染设备相接的数据输出单元(7)，所述摄像机(1)、俯仰传感器(2)和平摇传感器(3)均接信号输入单元(4)，信号输入单元(4)接信号处理单元(5)，信号处理单元(5)接数据输出单元(7)。
2.按照权利要求1所述的用于虚拟演播室的景置匹配装置，其特征在于：所述信号处理单元(5)为景置识别板卡。
3.利用如权利要求1所述的用于虚拟演播室的景置匹配装置进行景置匹配的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)以所述虚拟演播室蓝箱中的任一点为坐标原点O并建立空间三维直角坐标系，所述摄像机(1)当前所处位置A的坐标为(x0，y0，z0)，摄像机(1)在地面投影点A’的坐标为(x0，y0，0)，其中z0为摄像机(1)的竖直高度；
(b)将摄像机(1)的镜头即其取相框中的十字线交错点对准坐标原点O；
(c)将摄像机(1)俯仰和平摇移动后，使得其镜头正对XZ平面或YZ平面，俯仰移动的角度为α，平摇移动的角度为β；
(d)摄像机(1)、俯仰传感器(2)和平摇传感器(3)分别经信号输入单元(4)将其所采集的信号传输至信号处理单元(5)，信号处理单元(5)在景深位置识别算法单元的支持下先经内部分析处理得出摄像机(1)所摄取真实前景在所述蓝箱中的位置坐标参数；信号处理单元(5)再根据俯仰传感器(2)和平摇传感器(3)所传入的角度信号处理得出摄像机(1)当前所处位置A的坐标参数：当摄像机(1)的镜头正对XZ平面时，位置A的坐标参数为(z0 cotαsinβ，z0 cotαcosβ，z0)；当摄像机(1)的镜头正对YZ平面时，位置A的坐标参数为(z0 cotαcosβ，z0 cotαsinβ，z0)；
(e)信号处理单元(5)经数据输出单元(7)将经其处理的信号传输给所述三维渲染设备。
4.按照权利要求3所述的用于虚拟演播室的景置匹配装置的匹配方法，其特征在于：所述摄像机(1)的竖直高度z0＝1.4m。
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Publications (1)
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2008
- 2008-10-14 CN CNA2008102317307A patent/CN101370088A/zh active Pending
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