CN107341832B - 一种基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统和方法。所述系统包括多面异形屏、视频拼接器、摄像机、三维渲染服务器、红外定位系统、动捕电脑、网络交换机和多通道控制服务器。红外定位系统获取各摄像机上红外标记点的位置参数；动捕电脑根据红外标记点的位置参数对红外标记点和摄像机镜头的差值进行修正，得到摄像机的坐标信息，并将摄像机的坐标信息传输给三维渲染服务器和多通道控制服务器；三维渲染服务器输出显示三维空间图像；多通道控制服务器把摄像机的坐标信息匹配到虚拟空间中，通过算法的调整使摄像机的坐标信息与虚拟空间的坐标信息进行匹配，通过多镜头的切换与移动把逼真模拟环境空间显示效果更好的表现出来。

Description

一种基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统和方法

技术领域

本发明涉及多摄像头红外定位技术，具体涉及一种用于多面异形屏幕三维融合空间的多角度切换和移动拍摄的系统和方法。

背景技术

多摄像头红外定位技术在影视制作中常常会用到，包括骨骼动画的获取，摄像机的位置和移动轨迹，相关标记物品的移动坐标等，但没有匹配多块异形屏三维融合的多画面空间的定位使用方法。

关于现有的多摄像头红外定位技术组成和工作原理方面，文献【1】给出了方案：在多个摄像机机头上安装一个小红外线发射器，另外在拍摄空间上方再增加一至两台红外线传感器(如图1)。

两台红外线传感器通过接收从摄像机机头红外线发射器发出的红外线信号测定摄像机与两台红外线传感器的距离L1、L2，从而可以计算得知云台(如图2)的位置。我们以两个红外线传感器为圆心画出两个半径分别为L1、L2的两个圆，两圆的交点即为摄像机的位置。用此方法，就可以分别确定摄像机在空间中的位置，然后根据摄像机的位置来计算生成图像，当切换摄像机的时候，各自拍摄的画面与其真实机位匹配。

现有的多摄像头红外定位技术只是对同一空间位置进行定位获取所需要的坐标信息，无法处理多角度多异面的多虚拟空间定位信息，无法同步不同虚拟空间的坐标关系，目前没有应用于多屏显示立体空间的多个位置坐标切换方式，无法满足多面异形屏三维融合空间的应用。

发明内容

为了实现多摄像头红外定位技术用于拍摄多面异形屏幕三维融合空间的目的，本发明提供了一种基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统和方法,用于多面异形屏幕三维融合空间的多角度切换拍摄。通过读取摄像机的红外标记点的位置参数,把读取到的坐标信息分别匹配到不同的空间坐标系使用，通过算法的调整把不同的空间坐标进行同步对应修正,与真实环境的摄像机位置进行配对，在定位系统内部将多台摄像机的坐标进行标记，在切换摄像机的同时读取真实相关摄像机的坐标信息与对应虚拟环境摄像机坐标，使每一个摄像机角度显示的三维空间画面与真实机位匹配。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统，包括：多面异形屏、视频拼接器、摄像机、三维渲染服务器、红外定位系统、动捕电脑、网络交换机和多通道控制服务器；

所述多面异形屏用于构成拍摄空间；视频拼接器安装在多面异形屏的背面，用于拼接多面异形屏显示的画面；三维渲染服务器、多通道控制服务器及网络交换机分别与多面异形屏连接，用于处理多面异形屏所显示的画面；红外定位系统安装在多面异形屏的上方，并与动捕电脑相连接，用于追踪正在拍摄的摄像机。

在上述方案的基础上，所述红外定位系统包括若干个红外摄像头，若干个红外摄像头安置在拍摄空间的上方；在拍摄空间的前方放置若干台摄像机，每台摄像机的机头上设有若干红外标记点。

在上述方案的基础上，所述红外定位系统用于获取各摄像机上红外标记点的位置参数；所述红外标记点用于对摄像机进行标记。

在上述方案的基础上，所述动捕电脑用于根据红外标记点的位置参数对红外标记点和摄像机镜头的差值进行修正，得到摄像机的坐标信息，并通过网络交换机将摄像机的坐标信息传输给三维渲染服务器和多通道控制服务器；

所述三维渲染服务器用于输出显示三维空间图像；

所述多通道控制服务器用于把摄像机的坐标信息匹配到虚拟空间中使用，并使摄像机的坐标信息与虚拟空间的坐标信息进行匹配。

在上述方案的基础上，所述多面异形屏包括至少四块LED显示屏，LED显示屏分别为正面屏、左屏、右屏和地屏。

在上述方案的基础上，所述多面异形屏可组装成U形、L形或者其他形状。

在上述方案的基础上，所述红外摄像头的数量至少为8个。

在上述方案的基础上，所述三维渲染服务器的数量至少为4台，各三维渲染服务器相互独立。

一种基于红外定位系统的多视角切换拍摄方法，包括以下步骤：

步骤1，通过红外定位系统获取各摄像机上红外标记点的位置参数,然后将红外标记点的位置参数通过网络交换机传输到动捕电脑；

步骤2，利用动捕电脑中的运动跟踪软件，根据红外标记点的位置参数对红外标记点和摄像机镜头的差值进行修正，得到摄像机的坐标信息，然后将摄像机的坐标信息通过网络交换机传输给三维渲染服务器和多通道控制服务器；

步骤3，多通道控制服务器把摄像机的坐标信息分别映射到虚拟空间中，通过图像映射算法的调整，使摄像机的坐标信息与虚拟空间中摄像机的坐标信息进行匹配；

步骤4，三维渲染服务器根据摄像机拍摄的图像和虚拟空间中摄像机的坐标信息输出显示三维空间图像；

步骤5，通过操作动捕电脑，切换摄像机，系统同时切换虚拟场景的角度和位置，使显示的三维空间图像与摄像机拍摄的图像匹配，三维空间图像通过不同屏幕显示，呈现一个完整的三维场景。

在上述方案的基础上，所述运动跟踪软件为MotiveTracker以及插件。

本发明的特点在于：它使用了四个独立的三维渲染服务器来输出显示三维空间图像，使用多摄像头红外定位系统对摄像机位置进行定位，使用红外标记点对摄像机进行标记，通过红外定位系统读取每个摄像机的红外标记点的位置参数,分别修正红外标记点与摄像机镜头的差值，把修正过的坐标信息分别匹配到不同的空间坐标系使用，通过算法的调整对不同的空间坐标进行配对，在切换摄像机的同时读取相关摄像机的坐标信息，使显示的三维空间与其匹配。

本发明技术方案带来的有益效果：

1)本发明保证了不同摄像机不同角度拍摄多块不同角度的LED屏时，三维空间保持正常显示，使三维空间在机位切换后保持正确的显示效果，不会出现拉伸与扭曲。

2)本发明给电视节目制作与电影拍摄带来多角度的拍摄效果，通过多镜头的切换与移动把逼真模拟环境空间显示效果更好的表现出来。

3)本发明为广电、影视的制作提供了新的拍摄方式和拓展了节目创作的新思路。可以在很小的空间显示出宏大的场景，例如海洋、森林、太空场景及抽象空间等。

附图说明

本发明有如下附图：

图1现有的多摄像头红外定位技术示意图；

图2现有技术中计算云台位置的示意图；

图3本发明实施例中四面显示空间的示意图；

图4本发明实施例中所使用的基于红外定位的多角度切换拍摄系统的现场示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图3～4所示，本发明所述的基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统，一种基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统，包括：多面异形屏、视频拼接器、摄像机、三维渲染服务器、红外定位系统、动捕电脑、网络交换机和多通道控制服务器；

所述多面异形屏用于构成拍摄空间；视频拼接器安装在多面异形屏的背面，用于拼接多面异形屏显示的画面；三维渲染服务器、多通道控制服务器及网络交换机分别与多面异形屏连接，用于处理多面异形屏所显示的画面；红外定位系统安装在多面异形屏的上方，并与动捕电脑相连接，用于追踪正在拍摄的摄像机。

在上述方案的基础上，所述红外定位系统包括若干个红外摄像头，若干个红外摄像头安置在拍摄空间的上方；在拍摄空间的前方放置若干台摄像机，每台摄像机的机头上设有若干红外标记点。

在上述方案的基础上，所述红外定位系统用于获取各摄像机上红外标记点的位置参数；所述红外标记点用于对摄像机进行标记。

在上述方案的基础上，所述动捕电脑用于根据红外标记点的位置参数对红外标记点和摄像机镜头的差值进行修正，得到摄像机的坐标信息，并通过网络交换机将摄像机的坐标信息传输给三维渲染服务器和多通道控制服务器；

所述三维渲染服务器用于输出显示三维空间图像；

所述多通道控制服务器用于把摄像机的坐标信息匹配到虚拟空间中使用，并使摄像机的坐标信息与虚拟空间的坐标信息进行匹配。

在上述方案的基础上，所述多面异形屏包括至少四块LED显示屏，LED显示屏分别为正面屏、左屏、右屏和地屏。

在上述方案的基础上，所述多面异形屏可组装成U形、L形或者其他形状。

在上述方案的基础上，所述红外摄像头的数量至少为8个。

在上述方案的基础上，所述三维渲染服务器的数量至少为4台，各三维渲染服务器相互独立。

一种基于红外定位系统的多视角切换拍摄方法，包括以下步骤：

步骤1，通过红外定位系统获取各摄像机上红外标记点的位置参数,然后将红外标记点的位置参数通过网络交换机传输到动捕电脑；

步骤2，利用动捕电脑中的运动跟踪软件，根据红外标记点的位置参数对红外标记点和摄像机镜头的差值进行修正，得到摄像机的坐标信息，然后将摄像机的坐标信息通过网络交换机传输给三维渲染服务器和多通道控制服务器；

步骤3，多通道控制服务器把摄像机的坐标信息分别映射到虚拟空间中，通过图像映射算法的调整，使摄像机的坐标信息与虚拟空间中摄像机的坐标信息进行匹配；

步骤4，三维渲染服务器根据摄像机拍摄的图像和虚拟空间中摄像机的坐标信息输出显示三维空间图像；

步骤5，通过操作动捕电脑，切换摄像机，系统同时切换虚拟场景的角度和位置，使显示的三维空间图像与摄像机拍摄的图像匹配，三维空间图像通过不同屏幕显示，呈现一个完整的三维场景。

如图4所示，本方案使用了利亚德点间距P1.9的LED屏，搭建成正面屏3×4米，左右屏3×4米，地屏为4×4米的四面显示空间，视频拼接器为利亚德MVC-2-203。为了分别渲染LED屏上的画面，还需要四台三维渲染服务器，服务器的型号为惠普HP Z440。在距离正面屏2米的地方，平行放置三台测试摄像机，摄像机使用的是索尼的PXW-280高清摄像机。此外，还有NaturalPoint公司的Optitrack红外跟踪系统进行摄像机的空间定位，此系统放包含八个红外摄像头，把它们分布在显示空间的角落。

P41动捕电脑通过网络交换机NETGEAR ProSafe获取由八个红外摄像头得到的三台摄像机的红外标记点位置参数，利用电脑中的MotiveTracker以及插件，在软件中分别修正在红外标记点与摄像机镜头的差值，得到摄像机的坐标信息，将数据通过网络交换机传输给四台三维渲染服务器和多通道控制服务器。多通道控制服务器把摄像机的坐标信息分别匹配到虚拟空间中使用，通过图像映射算法的调整把摄像机的坐标信息与虚拟空间中的坐标信息进行匹配，在定位系统内部将多台摄像机的坐标记为A、B、C点。通过操作动捕电脑，切换拍摄像机时，系统同时切换虚拟场景的角度和位置，使显示的三维空间与其匹配。三维图像通过不同屏幕显示时，呈现一个完整的三维场景。

本发明的技术关键点是一种用于拍摄多块异面屏幕三维空间的多角度切换拍摄和移动方式。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

参考文献

1.虚拟演播室几种摄像机定位技术的比较分析，罗映辉，广东电视台，2001年12月20日。

Claims (7)

1.一种基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统，其特征在于，包括：多面异形屏、视频拼接器、摄像机、三维渲染服务器、红外定位系统、动捕电脑、网络交换机和多通道控制服务器；

所述多面异形屏用于构成拍摄空间；视频拼接器安装在多面异形屏的背面，用于拼接多面异形屏显示的画面；三维渲染服务器、多通道控制服务器及网络交换机分别与多面异形屏连接，用于处理多面异形屏所显示的画面；红外定位系统安装在多面异形屏的上方，并与动捕电脑相连接，用于追踪正在拍摄的摄像机；

所述红外定位系统包括若干个红外摄像头，若干个红外摄像头安置在拍摄空间的上方；在拍摄空间的前方放置若干台摄像机，每台摄像机的机头上设有若干红外标记点；

所述红外定位系统用于获取各摄像机上红外标记点的位置参数；所述红外标记点用于对摄像机进行标记；

所述动捕电脑用于根据红外标记点的位置参数对红外标记点和摄像机镜头的差值进行修正，得到摄像机的坐标信息，并通过网络交换机将摄像机的坐标信息传输给三维渲染服务器和多通道控制服务器；

所述三维渲染服务器用于输出显示三维空间图像；

所述多通道控制服务器用于把摄像机的坐标信息匹配到虚拟空间中使用，并使摄像机的坐标信息与虚拟空间的坐标信息进行匹配。

2.根据权利要求1所述的基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统，其特征在于，所述多面异形屏包括至少四块LED显示屏，LED显示屏分别为正面屏、左屏、右屏和地屏。

3.根据权利要求1所述的基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统，其特征在于，所述多面异形屏组装成U形或L形。

4.根据权利要求1所述的基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统，其特征在于，所述红外摄像头的数量至少为8个。

5.根据权利要求1所述的基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统，其特征在于，所述三维渲染服务器的数量至少为4台，各三维渲染服务器相互独立。

6.一种基于红外定位系统的多视角切换拍摄方法，应用权利要求1～5任一权利要求所述的基于红外定位系统的多视角切换拍摄系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过红外定位系统获取各摄像机上红外标记点的位置参数,然后将红外标记点的位置参数通过网络交换机传输到动捕电脑；

步骤2，利用动捕电脑中的运动跟踪软件，根据红外标记点的位置参数对红外标记点和摄像机镜头的差值进行修正，得到摄像机的坐标信息，然后将摄像机的坐标信息通过网络交换机传输给三维渲染服务器和多通道控制服务器；

步骤3，多通道控制服务器把摄像机的坐标信息分别映射到虚拟空间中，通过图像映射算法的调整，使摄像机的坐标信息与虚拟空间中摄像机的坐标信息进行匹配；

步骤4，三维渲染服务器根据摄像机拍摄的图像和虚拟空间中摄像机的坐标信息输出显示三维空间图像；

步骤5，通过操作动捕电脑，切换摄像机，系统同时切换虚拟场景的角度和位置，使显示的三维空间图像与摄像机拍摄的图像匹配，三维空间图像通过不同屏幕显示，呈现一个完整的三维场景。

7.根据权利要求6所述的基于红外定位系统的多视角切换拍摄方法，其特征在于，所述运动跟踪软件为MotiveTracker以及插件。

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