CN102118576B - 一种虚拟体育系统中的色键合成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟体育系统中的色键合成方法，包括：接收摄像机采集的前景信号；接收生成的虚拟三维图形数据；将相应的虚拟三维图形数据及前景信号进行混合输出；将所述混合输出信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出。本发明可以满足当前体育赛事直播的需求，获得更好的虚实结合度。

Description

一种虚拟体育系统中的色键合成方法及装置

技术领域

本发明涉及电视节目制作的技术领域，特别是涉及一种虚拟体育系统中的色键合成方法及一种虚拟体育系统中的色键合成装置。

背景技术

虚拟体育系统是从由虚拟演播室技术发展而来，它属于虚拟演播室技术的很重要的一个分支。虚拟演播室是近年发展起来的一种独特的电视节目制作技术。它的实质是将计算机制作的虚拟三维模型与摄像机现场拍摄的物体活动图像进行数字化的实时合成，使物体图像与虚拟背景能够同步变化，从而实现两者的融合，以获得完美的合成画面。虚拟演播室技术是在传统色键抠像技术的基础上，充分利用了计算机三维图形技术和视频合成技术，根据摄像机的位置与参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保持一致，经过色键合成后，使得前景中的图像看起来完全处于计算机所产生的三维虚拟场景中，而且能在其中运动，从而创造出逼真的、立体感很强的电视演播室效果。相应地，虚拟体育技术就是将静态或动画3D图像(三维模型)迭加到体育竞赛直播节目的画面上。不管摄像机是否移动，都能让图形固定在某个位置不动，让视觉上觉得这些3D图形是直播画面的一部份。

现有技术中，色键合成通常是将摄像机采集的前景图像与计算机产生的三维虚拟场景简单叠加，即其合成画面的显示仅仅有前景图像和三维场景两层，然而，在虚拟体育系统的直播画面中，往往需要将虚拟三维场景置于两层前景图像之间，例如，需要显示为，运动员以及裁判等人员在虚拟物体上面，同时这些虚拟物体又是在草地或者水面等场地上面，而采用现有技术则很难达到这种虚实结合的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种虚拟体育系统中的色键合成方法及装置，以满足当前体育赛事直播的需求，获得更好的虚实结合度。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种虚拟体育系统中的色键合成方法，包括：

接收摄像机采集的前景信号；

接收生成的虚拟三维图形数据；

将相应的虚拟三维图形数据及前景信号进行混合输出；

将所述混合输出信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出。

优选的，所述合成输出的显示形式为三层叠加的画面，其中，最上层和最底层为摄像机采集的实时图像，中间层为虚拟三维图形数据。

优选的，所述虚拟三维图形数据具有固定的显示位置。

优选的，所述三维图形数据为已配置好播出属性并在预置三维场景中显示的赛事直播数据。

优选的，所述混合输出的步骤依据用户发起的播出操作触发。

本发明实施例还公开了一种虚拟体育系统中的色键合成装置，包括：

摄像机信号接收模块，用于接收摄像机采集的前景信号；

三维图形获取模块，用于接收生成的虚拟三维图形数据；

混合输出模块，用于将相应的虚拟三维图形数据及前景信号进行混合输出；

合成输出模块，用于将所述混合输出信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出。

优选的，所述合成输出的显示形式为三层叠加的画面，其中，最上层和最底层为摄像机采集的实时图像，中间层为虚拟三维图形数据。

优选的，所述虚拟三维图形数据具有固定的显示位置。

优选的，所述三维图形数据为已配置好播出属性在预置三维场景中显示的赛事直播数据。

优选的，所述混合输出模块依据用户发起的播出操作触发。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用将渲染的虚拟三维图形和摄像机信号混合输出的模式，将混合输出的信号作为色键的背景，同时将当前摄像机采集的前景信号作为色键的前景信号，针对虚拟三维图形的体育场地进行抠像，这样摄像机采集的运动员以及裁判等人员可以在虚拟三维图形的上面，同时虚拟三维图形又可以在场地的上面，即虚拟三维图形位于两层摄像机前景信号的中间，从而达到了“以假乱真”的虚实结合效果。

附图说明

图1是本发明的一种虚拟体育系统中的色键合成方法实施例的步骤流程图；

图2是本发明的一种虚拟体育系统中的色键合成装置实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例主要应用在基于虚拟演播室技术进一步发展起来的虚拟体育技术中。虚拟体育技术就是将静态或动画3D图像迭加到体育竞赛直播节目的画面上。不管摄影机是否移动，都能让图形固定在某个位置不动，让视觉上觉得这些3D图形是直播画面的一部份。虚拟体育系统具有实况赛事跟踪功能，可以展示草地、田径场、足球场、雪地、水域或者3D空间内的实际距离、高度和速度，同时可以在广告牌上、运动场内和(或)运动场周边展示广告，并且可以将新的电视广告或动画电视广告覆盖在现场实际广告上。虚拟体育系统也可以用于赛事分析，在回放过程增加分析信息，让观众更直观的看到比赛情况。

参考图1，示出了本发明的一种虚拟体育系统中的色键合成方法实施例的步骤流程图，具体可以包括以下步骤：

步骤101、接收摄像机采集的前景信号；

步骤102、接收生成的虚拟三维图形数据；

步骤103、将相应的虚拟三维图形数据及前景信号进行混合输出；

步骤104、将所述混合输出信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出。

在虚拟体育节目制作过程中，确定摄像机的状态信息非常关键。虚拟体育系统中设置的摄像机配有运动检测和识别系统，即摄像机跟踪器。其跟踪方式有光学识别系统和机械传感式系统两种。其原理是将检测到的摄像机的推、拉、摇、移、聚焦、变焦乃至升降等传感部位的运动数据，通过一个“传感器”装置传输到“校准器”，这样，理想情况下，现场摄像机与虚拟演播室中“虚拟”的摄像机被相对地锁定在一个位置上。当现场演播室摄像机运动时，虚拟摄像机受跟踪器的控制可以实时地与现场摄像机保持同步。

在具体实现中，所述摄像机采集的前景信号可以通过视频分配器传输给各个图形工作站以及色键作为前景，同时摄像机的传感器参数信息则通过串口的方式送给两个图形工作站。由图形工作站实时计算传感器返回的数据，获得当前的摄像机信息。所述摄像机定位信息就是指摄像机成像的几何模型参数，具体可以包括摄像机内参数和摄像机外参数。外参数包括摄像机的位置、姿态等几何信息，内参数包括摄像机的焦距，主点、以及镜头变形参数等光学参数。

根据当前摄像机的姿态信息，图形工作站即可以根据这些参数渲染当前节目所需的三维场景，并计算相应的赛事直播显示数据，然后将相应的三维场景与直播显示数据进行关联，获得已配置好播出属性并在预置三维场景中显示的赛事直播数据。如在体育赛事直播中的比分数据、出场阵容数据、发球距离示意等，然后将相应的赛事直播显示数据和当前摄像机采集的前景图像混合输出。

色键技术是虚拟体育系统中的关键技术。用摄像机的位置和镜头等变化来控制计算机中的“虚拟摄像机”，使它的位置和镜头变化与“实际”同步，这样它所拍摄的“虚拟场景”的镜头变化和实际摄像机拍摄的物体镜头变化一致，通过对它们进行色键效果处理之后，得到的画面才真实自然。

色键制作的质量对虚拟体育节目质量影响相当大，通过把前景键在背景上，即将生成的背景图像与前景图像混合后，才最终完成了虚拟体育的节目制作。在本发明实施例中，色键的背景是虚拟三维图形数据及前景信号的混合输出信号，色键的前景是摄像机采集的前景图像。前景与背景的混合是通过色键合成器来完成的。

通常在虚拟体育节目中，色键合成器可以针对虚拟三维图形的体育场地进行抠像，这样摄像机采集的运动员以及裁判等人员可以在虚拟三维图形的上面，同时虚拟三维图形又可以在场地的上面，即虚拟三维图形位于两层摄像机前景信号的中间，即所述合成输出的显示形式为：三层叠加的画面，其中，最上层和最底层为摄像机采集的实时图像，中间层为虚拟三维图形数据，从而达到了“以假乱真”的虚实结合效果。

由于虚拟体育系统是将虚拟的物体叠加在当前直播的赛事画面上，不管摄像机是否移动，虚拟物体都固定不动，视觉上让观众认为这是赛事的一部分，因而在本发明的一种优选实施例中，所述虚拟三维图形数据具有固定的显示位置。

在具体实现中，所述混合输出的步骤依据用户发起的播出操作而触发。即需要依据用户针对某个赛况数据发出的播出指令，才会触发图形工作站混合信号并输出至色键合成器，由色键合成器进一步合成输出。

需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。

参考图2，示出了本发明的一种虚拟体育系统中的色键合成装置实施例的结构框图，具体可以包括以下单元：

摄像机信号接收模块201，用于接收摄像机采集的前景信号；

三维图形获取模块202，用于接收生成的虚拟三维图形数据；

混合输出模块203，用于将相应的虚拟三维图形数据及前景信号进行混合输出；

合成输出模块204，用于将所述混合输出信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出。

在具体实现中，所述合成输出的显示形式为三层叠加的画面，其中，最上层和最底层为摄像机采集的实时图像，中间层为虚拟三维图形数据。

由于色键是在二维平面空间运作，当拍摄的色键前景画面的摄像机移动，不论是变焦、上下摆动或左右摇动，色键的背景画面都不会随前景画面而相应变化，因而在本发明实施例中，所述虚拟三维图形数据具有固定的显示位置。

在虚拟体育系统的具体应用中，所述三维图形数据为已配置好播出属性并在预置三维场景中显示的赛事直播数据，如出场阵容、比赛比分、发球距离等数据。

在实际中，所述摄像机信号接收模块201、三维图形获取模块202以及混合输出模块203可以设置在图形工作站中，所述混合输出模块可以依据用户发起的播出操作而触发；所述合成输出模块204可以为任一种色键合成器。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种虚拟体育系统中的色键合成方法及一种虚拟体育系统中的色键合成装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种虚拟体育系统中的色键合成方法，其特征在于，包括：

接收摄像机采集的前景信号；

接收生成的虚拟三维图形数据；

将相应的虚拟三维图形数据及前景信号进行混合输出；

将所述混合输出的信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出；

其中，

所述合成输出的显示形式为三层叠加的画面，其中，最上层和最底层为摄像机采集的实时图像，中间层为虚拟三维图形数据；

所述虚拟三维图形数据具有固定的显示位置；

所述三维图形数据为已配置好播出属性并在预置三维场景中显示的赛事直播数据；

所述混合输出的步骤依据用户发起的播出操作触发。

2.一种虚拟体育系统中的色键合成装置，其特征在于，包括：

摄像机信号接收模块，用于接收摄像机采集的前景信号；

三维图形获取模块，用于接收生成的虚拟三维图形数据；

混合输出模块，用于将相应的虚拟三维图形数据及前景信号进行混合输出；

合成输出模块，用于将所述混合输出的信号作为色键背景，将相应的前景信号作为色键前景进行合成输出；

其中，

所述合成输出的显示形式为三层叠加的画面，其中，最上层和最底层为摄像机采集的实时图像，中间层为虚拟三维图形数据；

所述虚拟三维图形数据具有固定的显示位置；

所述三维图形数据为已配置好播出属性在预置三维场景中显示的赛事直播数据；

所述混合输出模块依据用户发起的播出操作触发。