CN1221537A - 在电视画面中操纵目标的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于操纵在电视画面中所显示的一个活动目标的方法,目标和固定的基本位置之间的距离在时间t与在目标和一个已知位置中的电视摄像机之间的距离一道被检测。该目标的位置在电视摄像机的画面平面中被转化成位置X,Y,其中产生一个合成目标,它叠加在活动目标上并且展现在电视画面中。在用于产生表示在时期B期间在电视画面中显示的一个活动目标的路径的合成轨迹的方法中,基于检测的位置来计算目标的路径,并且这些位置用于产生在电视画面中显示的合成轨迹,以便在时期t时表示目标的路径。

Description

在电视画面中操纵目标的方法和系统
本发明涉及用于操纵在一自然电视画面中的至少一活动的自然目标的方法，其中，电视画面由一或更多电视摄像机产生。本发明也涉及用于产生在电视画面中的至少一合成的轨迹的方法，其中，合成的轨迹表示在一给定的时期θ期间的一自然电视画面中的一活动的自然目标的路径，并且，其中，采用了用于操纵在电视画面中的活动的自然目标的方法。最后，本发明涉及一种系统，用于实现用以操纵在一自然电视画面中的至少一活动的自然目标的方法，其中，电视画面由一个或更多电视摄像机产生，以及实现用以产生在电视画面中的合成的轨迹的方法，其中，合成的轨迹表示在一给定的时期θ期间的电视画面中的一活动的自然目标的路径，和，其中，采用了用以操纵在电视画面中的活动的自然目标的方法。
在电视广播节目中，其中，活动的自然目标在广播节目中起着中心作用，跟随在电视画面中的目标或者其运动，经常是困难的。这种情况，例如，在来自各种球赛，诸如足球，手球，网球，高尔夫球以及冰球的体育广播节目中，其中，所用的画面格式，画面的背景，颜色，光线状态等等使得跟随目标或者其运动是困难的。目标也可以隐形一个短或长的时期，因为它在画面中由其它目标遮掩。这种问题是影响电视广播节目声望的因素，反过来使得主办人可以选择节目或者商业购买这种节目，由于观看的数量不是如同理想的那么高。
为了使如同冰球一样的竞赛对电视媒介更具有吸引力，基于通常抱怨在冰球比赛的电视覆盖方面要跟随冰球是困难的，它提出了通过使用装备有一些由冰球中的电池驱动的红外发射器的一特殊的冰球使冰球在电视画面中可以更清楚地见到。在滑冰场上面，冰球由沿着滑冰场的边界放置的传感器跟踪，传感器向与计算机连接的摄像机发射信息。信息被提供到数据处理中心，其中，所产生的信号是用图表处理的，并且引入到电视画面。因此冰球能改变形状或者颜色。这个系统由在美国的公司FoxSports介绍了，并且用来表示冰球，例如，由某种颜色的发光光环围绕或者其它，当冰球例如以一定的速度运动时，会带有彩色的“慧星尾(comet tail)”。然而，颜色能根据制作者的希望而改变。在称为“FoxTrax”的系统的一具体实施例中，16个传感器围绕着滑冰场并且两个红外摄像机也跟随冰球。经处理的冰球影象被引入到由正常的电视摄像机记录的电视画面中，同时特殊的颜色效果诸如光环和“慧星尾”被叠加在其延迟不大于1/6至1/3秒的电视信号上。“FoxTrax”在美国专利5564698中被描述了。
然而，该系统是复杂的并且提供了有限的机会来操纵目标即冰球的画面。另一个缺点是在冰球中的红外发射器由电池驱动，这种电池具有有限的寿命，已经证明它只有10分钟的寿命。然而，在冰球比赛中交换场地过程中足以允许更换冰球，但是这使得类似的系统不适合目标即冰球或球体长时间运行的比赛。
美国专利4675816(Brendon和Vinger)揭露了用于在美式足球中的球的电子定位的方法。该方法的目的在于确定球是否已经向前移动了10码，并且提供了有关球的同时的精确定位信息以及在该场地上定位足球的可能性。这种方法被认为有助于观众，官员，以及电视。它包括这样的步骤：用以在足球中提供无线电发射器，并且把无线电信号从足球传送到多个旋转接收机天线，该天线以这样一种方式指向无线电发射器，这种方式使得无线电波提供精确的角度方向信号，它能用来计算无线电发射器和场地上的足球的位置。这些角度的方向信号被提供到微处理器，它计算发射器和足球的位置，使用三角测量方法，这种方法包括也表明球向前移动了多远的计量步骤，而且该计量步骤的结果能显示在显示单元上，由观察者和电视观众观看，并且转换到用于官员监控竞赛过程的控制单元。
从美国专利5138322(Nuttel)也知道这样一个系统，用于对一个对称的目标诸如网球的位置进行连接和精确的测量，该球在预定的三维的区域中运动，诸如网球场。在这种情况下，一些天线被用来发射雷达信号到三维区域，从球反射的返回信号被检测并与发射信号相比较以进行返回信号的相位确定，因此确定到目标或者球的精确的距离。对此，采用了一种统计方法，以达成精确的距离确定。目标或者球的路径能被同时计算，而且通过在球场不同的固定位置设置信号反射器该系统就可被校准。采用了多普勒雷达技术。
而且，在美国专利5346210(Utke等.)中揭露了目标定位系统，尤其是在美式足球的特殊比赛情况中对球进行定位。系统采用了放置在场地一侧的三个传感器和放置在一个侧的校准源。校准源发射超声波信号，它由传感器和球标识单元接收，它能放置在场地上而不是在球上，并且发射由传感器接收的超声波信号，以及由校准源接收以便关闭它的RF信号。传感器发射由一个处理单元使用以计算时间延迟的信号，以便确定球的位置。或者，球标识单元可以只发射由传感器接收的RF信号，这些传感器本身又发射这样的信号，它被处理以便确定在传感器中的信号接收之间的时间延迟。此外，一个在轨迹上移动的自动球标识单元由处理单元控制，以自动地产生球的位置的一视觉再现。
然而，上述已知系统没有一个特别适宜于完全自由地操纵在电视画面中的自然目标的画面，它们都要求使用比较昂贵和复杂的系统。他们都不适合于所有类型的竞赛或者运动，此外他们看来似乎基本上限定在运动事件中使用，然而，电视广播节目的其它形式是可想到的，其中，用适合的检测和处理方法使电视画面中的活动的目标更好地观看同样是有意义的。
因而，它是本发明的第一个目的是提供一个系统，用于以目标的位置和运动在电视画面中可以清楚地见到的这样一种方式操纵在一自然电视画面中的至少一活动自然目标的画面。
本发明的第二目的在于提供自然目标的合成的再现，使合成的再现看上去象在电视画面中出现的合成目标，并且表示自然目标的运动和位置。
本发明的第三目的是在形状和颜色方面以观众跟随目标没有任何问题的这样一种方式操纵在电视画面中的合成目标。
本发明的第四个目的是确定一活动的自然目标的路径并且以在电视画面中该目标的合成轨迹的形式使该路径可视化。
最后，本发明的目的是提供一种系统，它使得有可能检测这种自然目标的运动并且处理检测的数据，以在电视画面中产生和操纵活动目标的再现以及产生表示在电视画面中的自然目标的运动的合成的轨迹。
上述的目标与其它优点根据本发明方法可达到，其特征在于，在时间t检测目标和在预选的x,y,z坐标系中的至少2个固定基本位置之间的距离，每个基本位置对应于一个检测器的已知位置，确定在时间t时在预选的x,y,z坐标系中目标的x,y,z坐标，在时间t确定摄像机的透镜中心与目标之间的距离作为预选的坐标系中的目标矢量，在时间t确定在预选的坐标系中电视摄像机的光轴作为在预选的坐标系中的摄像机矢量，在时间t确定从电视摄像机的透镜中心至所产生的电视画面的边界和在目标矢量和载波矢量之间所形成的平面之间的相交点的线路作为变焦矢量，当目标在时间t可以在电视画面中见到，该目标矢量定位在摄像机矢量和变焦矢量之间，并且当时间t目标在电视画面中是不可见到的时，变焦矢量定位在摄像机矢量和目标矢量之间，并且基于时间t时的目标矢量和摄像机矢量参照电视摄像机的画面平面和摄像机矢量来确定目标的X,Y位置，并且，如果目标矢量定位在摄像机矢量和变焦矢量之间，则在时间t在电视画面中在X,Y位置插入合成目标，构成自然目标的再现的合成目标在时间t由摄像机记录，或者如果在时间t变焦矢量定位在摄像机矢量和目标矢量之间，则在电视画面中插入一个符号，该符号表示相对于电视摄像机的画面平面和摄像机矢量的、画面边界之外的自然目标的X,Y位置。
上述目的和优点利用本发明的方法可以达到，其特征在于：基于在时间t在预定x,y,z坐标系中的自然目标的检测的位置x,y,z，计算自然目标的路径，其中，t∈θ，把在时间t所检测的位置转化成为在时间t在电视摄像机的画面平面中的X,Y位置，并且产生在电视画面中的合成的轨迹作为自然电视画面的画面平面中的自然目标的所有X,Y位置之间的连接线，这些电视画面在时期θ期间被依次记录。
上述的目标与优点进一步用根据本发明的系统来完成，它执行根据本发明所说明的方法，其特征在于，它包括：转发器，提供在自然目标中，并且如此安排以便通过传输反应信号对由转发器接收的光，声或者电磁信号作出反应；至少一个具有至少2个位置检测器的位置模块，用于发射光，声或电磁信号，并且从转发器接收反应信号，并且提供在预选的x,y,z坐标系中各自的基本位置中，与被安排的信号处理器1一道以确定位置检测器和在时间t时目标之间的距离；一个计算模块，与信号处理器连接并且被安排以计算时间t时在预选的坐标系中目标的x,y,z坐标，并基于对多个时间t所计算的x,y,z坐标与下述矢量一道，即由在摄像机的透镜中心和在时间t时目标之间的距离给出的目标矢量，以及由在时间t的摄像机的光轴给出的摄像机矢量，和位于摄像机的透镜中心与交点之间的变焦矢量，来计算目标的路径，该交点位于该画面的边界和在时间t在目标矢量和摄像机矢量之间形成的平面之间，该目标矢量定位在摄像机矢量和变焦矢量之间，或者变焦矢量位于在摄像机矢量和目标矢量之间；摄像机控制系统，与计算模块连接并且被安排以检测或者产生摄像机的设置值；以及操纵器模块，与摄像机控制系统和计算模块连接并且被安排以便(a)在时间t在X,Y位置为在记录的电视画面中的自然目标产生合成目标，在时间t合成目标构成由摄像机记录的自然目标的再现，或者(b)在电视画面中产生符号，该符号在时间t表示画面的边界之外自然目标的X,Y位置，(c)产生和选择合成目标的属性，或者(d)在时间t产生在记录或所产生的电视画面中的合成的轨迹，该合成的轨迹表示在时间t之前或者到时间t的时期θ期间的自然目标路径。
进一步特性和优点体现在附上的权利要求中。
下面将结合附图对本发明的最佳实施例进行描述，其中：
图1图示了根据本发明的系统的设计，例如与球赛的场地相关连，
图2是在根据本发明的系统中用于处理检测的信号的装置中的部件的方框图，
图3a,b,c,d是在电视摄像机的画面平面中目标的再现，
图4a,b,c,d是在第二电视摄像机的画面平面中的目标的再现，其中，目标被部分地位于画面平面之外的位置，
图5是在根据本发明的系统中采用的，并且基于微波技术的转发器的方框图，
图6是根据本发明所用的，并且基于一个声表面波部件的一个有源的转发器，
图7a是以脉冲形式从位置检测器所发射的查询po1ling信号，
图7b是以脉冲序列形式从声表面波部件所发射的反应信号，
图8是根据本发明的系统，用于检测在单独或者连接的区域运动的多个目标，
图9a,b,c图示了借助于根据图1的设计而进行的合成轨迹的产生，
图10a,b图示了借助于根据图8的设计而进行的合成轨迹的产生，以及
图11a,b图示了借助于根据图8的设计而进行的两个目标的合成轨迹的产生。
图1图示了本发明在体育中心比如球赛的场地或者冰球场A的情况，其中，区域A是由位置检测器D1…D4覆盖的区域的x,y平面突出部分。检测器经由信号线路L与数据处理单元Q连接。数据处理单元Q经由一本地数据总线BL进一步与调整器模块R1,R2,R3连接，它们被分配到各自的电视摄像机K1,K2,K3，并且包括未显示的实体，最好以伺服器的形式，用于与检测摄像机的设置的未示出的传感器一道来设置摄像机，包括摄像机角度和变焦角度。位置检测器D1,…D4正如所显示的包括方向性天线H，配备有基本上覆盖区域A的主要叶片mH，以及在该区域的平面之上的一定的高度。在图1中，位置检测器D1的主要叶片由虚线MD1表示。位置检测器D1,…D4和电视摄像机K1,K2,K3位于预选的x,y，座标系，由于上述的冰球场A的平面可以位于坐标系的平面X,Y,Z中，Z轴又具体是X,Y平面(垂直的坐标系)。位置检测器D1,…D4和摄像机K1,K2,K3的位置在x,y坐标系中精确被定义。在区域A中，在冰球场上或者它上面一定的高度有一个活动的目标N，它在时间t和t’分别显示在图1的两个位置x,y,z和x’,y’,z’。换句话说，在时间间隔θ=t-t’期间，活动的目标从位置x,y,z移动至位置x’,y’,z’。摄像机K1,K2,K3被指向区域A并且被设置，以便覆盖一个一定规模的画面区域，在图1中，每一个摄像机由虚线表示。在摄像机K中的画面轴或光轴由称为摄像机矢量VK，例如摄像机K2为VK2的矢量表示。摄像机矢量VK穿过摄像机的透镜中心与画面区域的几何中心轴；被自然使用的摄像机K1,K2,K3具有变焦透镜，因此根据摄像机K,K2,K3如何变焦，画面区域能在尺寸方面变化。沿着冰球场转发器TK的边界提供有固定的位置，用于位置检测器D1…D4的校准。因此相应的转发器也可以在位置检测器D1,…D4和摄像机K1,K2,K3中被提供。
在摄像机K中的透镜中心和可以是球或冰球或者任何其它活动目标的目标N之间的连接线路称为目标矢量并由VN,VNK2指定，例如，对于摄像机K2目标矢量在时间t为VNK2，在时间t’为V’NK2。同样可运用于其它的摄像机。从位置检测器D到目标N的距离在时间t被指定为a’，例如对于位置检测器D1分别为a1和a’1。
当查询信号从位置检测器D发射时，在一定的时期τ之后，反应信号从自然的目标N中接收。反应信号可以是查询脉冲的反射，或者它可以是来自目标的反应脉冲N，反应脉冲由位置检测器D来的查询信号触发。查询信号的发射和接收回应信号之间的时间，即τ，现在成为位置检测器D和目标N之间距离a的测量手段。例如，位置检测器D1判定在时间t到N的距离是a1，而在时间t’为a’1。这同样可运用于余下的位置检测器。如果目标N现在始终位于区域A的X,Y平面，它的位置将通过利用两个位置检测器例如D1和D2精确地决定，并且找到各自的距离a1,a’1；a2,a’2。如果区域是三维的，即目标N的位置在时间t由坐标系x,y,z决定，则必须有三台位置检测器，例如D1,D2,D3。象在图1中所图示的四个位置检测器D1,…D4最好用来完成自然目标N的位置的精确检测。目标N的位置因此单独用距离测量方法决定，即通过三角测量方法，一种对于专业技术人员熟知的方法，因此，在这里将不进一步讨论。这样，与由三角测量进行的距离确定明显不同，不必要确定到目标N的方向角度。此外，在实际位置确定中，最好采用一种统计优化比如借助于最小平方法的估算，以减少任何位置的错误。
如在图2中所图示的，根据本发明，系统包括在自然目标N中提供的转发器T。转发器T可以是一个无源转发器，比如在位置检测器D中被天线H发射的微波信号或雷达信号的反射器，或者可以是一个有源的转发器，它由位置检测器D发射的查询信号触发，并且发射由位置检测器D检测的反应信号。具有天线H的位置检测器D形成包括信号处理器1的位置模块M的一部分，最好是在数据处理单元Q中所提供的信号处理器1。信号处理器1经由信号线路L与，例如，两个或者更多位置检测器D1…连接，这些检测器在所测量的持续时间τ基础上检测距离a。对于这个目的，将在信号处理器1提供对专业技术人员为熟知的部件，包括具有一种十分高的时钟速率的时钟，该时钟速率至少适应于从位置检测器D发射的查询信号的频率。检测的距离提供给一计算模块2，借助于三角测量测量它在不同的时间t的位置x,y,z，并且因此也在不同的时间t检测的位置的基础上计算目标N的路径。所计算的位置提供到在数据处理单元Q中的摄像机控制系统3。在摄像机控制系统3中，值被计算，用于借助于分配到摄像机K的调整器模块来设置摄像机K，并且，在现有的摄像机设置和检测的位置基础上该摄像机设置能借助于在摄像机控制系统3中为目标N提供的控制回路而被自动控制。在摄像机K中的光学系统(物镜和其它透镜)被图示了并由Ω指定。
调整器模块R包括用于产生摄像机设置但未显示的伺服器，和用于检测和记录摄像机设置的未显示的传感器。传感器之一是决定摄像机角度的角度传感器，并且使用中最好是由三维角度传感器组成，它们因此指示摄像机的光轴的方向或者摄像机矢量VK。角度传感器能通过在一个所固定的点测量方向的角度而被校准。这样的角度传感器对专业技术人员是熟知的，因此，不必要在这里进一步论及。摄像机K能自然也能人工地设置变焦角度和摄像机角度。
数据处理单元Q也包括操纵器模块4，用于产生与自然目标N对应的合成目标S，自然目标的固定的位置被按比例转换到在摄像机K的画面平面中的一相应(投影的)位置X,Y，并考虑到了摄像机设置所记录的值。这样在摄像机的画面平面中的位置X,Y中，经由，例如，视频发生器(未显示)被提供在操纵器模块4中，合成目标S能被产生，表示在摄像机K的画面平面中的在其位置X,Y中的自然目标N，并且该合成目标S能用各种尺寸，形状和颜色的属性表示。最初的目标在这里是，表示自然目标N的合成目标S在任何时候应该显示自然目标N的位置和/或运动，像它将在任何时间t在电视画面中被表示时那样。
信号处理器1，计算模块2，摄像机控制系统3以及操纵器模块经由本地数据总线BL全都相互连接，该总线也向摄像机的调整器模块R提供信号并从那得到信号。如果多个电视摄像机K被分配到数据处理单元Q，他们也自然地与本地数据总线BL自然地连接。一全局数据总线BG从数据处理单元Q通向制作单元P，它管理电视广播节目的实际制作，并且可以把画面转送到电视台或者电视发射器。
在制作单元P中显示有在任何时间所记录的自然电视画面，或者可能是具有合成目标S的合成产生的电视画面，以及具有在正确的位置中层叠的合成目标的所记录的电视画面，这样使制作者能够选择摄像机和画面，它们在电视广播节目期间在任何时间再现，并且经由一条标准的电视线路传送到电视发射机。如果仅仅一个数据处理单元Q被使用，制作单元P和数据处理单元Q最好是可以合并成为一个单元，但是如果提供了多个数据处理单元，系统可以完全分散，以具有所有如此经由全局数据总线BG与制作单元连接的数据处理单元。
现在根据图3和4更详细地描述在电视画面中的合成目标S的再现。如图3a和3b中所示的，摄像机K2，例如，在时间t在一个已知位置中以一个已知摄像机角度与变焦角度记录在画面平面IK2中的电视画面。摄像机矢量VK2通常位于其中心的画面平面IK2中。在时间t位于x,y,z位置的自然目标N有目标矢量VNK2，它与摄像机矢量VK2形成角度，并且穿过透镜中心ω。如同能在图3b所看见的，两个矢量VK2和VNK2形成平面，它在该点相交于画面平面IK2的边界。透镜中心ω和点Z2之间的连接线路称为变焦矢量VZ2，象在图3b中所说明的，并且因此由摄像机设置决定。在光学系统Ω中余下的矢量的再现用星号标识，例如摄像机矢量V* K2以及目标矢量V* NK2。在图3b中，变焦矢量VZ2也与图3b所示的摄像机矢量V* K2形成一个角度。如果变焦矢量VZ2和摄像机矢量V* K2之间的角度比目标矢量V* NK2和摄像机矢量V* K2之间的角度更大，自然目标在画面平面IK2中再现，并且在图3a中由构成合成目标S的一个星状目标代表。在图3c中，自然目标N在时间t’已经移动至位置x’,y’,z’，同时动态矢量的矢量参数，即目标矢量VN和变焦矢量VZ，已经发生变化，这样他们在图3c中被分别图示为V’NK2和V’Z2。同样的可运用到图3d，图3d显示在光学系统中的矢量的再现，并且以与在图3b中相同的方法标识。自然目标N仍然在画面区域，并且能由合成目标S表示。在图4中，对于摄像机K3，画面平面IK3在两个不同的时间t和t’被显示。在时间t，自然目标的位置x,y,z超出摄像机的画面区域。如图3b中所示，摄像机矢量V* K3和目标矢量V* NK3之间的角度比变焦矢量VK3和摄像机矢量V* K3之间的角度更大。换句话说，目标是在画面的边界外。通过在画面的边界即点3放置合成目标S或其指示符，这可以方便地在电视画面中表明，画面的中心之间的线路，以及表明合成目标的方向的合成目标。自然，一个合成方向指示符也能被用来指向在画面边界外的目标的位置。在图示在时间t’的画面平面I’K3的图4b中，活动的或者自然目标N已经进入画面区域，并且由所示的合成目标S表示，目标矢量V* NK3和摄像机矢量V* K3之间的角度现在比变焦矢量VZ3和摄像机矢量V* K3之间的角度更小，如同能在图4d中所看见的。
正如所述的，目标S的属性能自由地选择并且目标不需要真实地再现自然目标，在尺寸，形状或者颜色方面。冰球场上的冰球，例如，可以被做成高度发光的，脉冲的或者在一种对比的颜色中闪烁的目标。此外，为了向观众表明他和自然目标之间的视觉距离，目标的尺寸或颜色可以改变，只要它在观察电视画面时出现。因此，合成目标能提供有标签或者指示符，例如，字母数字或发光形式或者闪烁箭头或者其它视觉指示符，以表明目标离开例如摄像机的距离，或者目标的速度，方向和位置。所有这能引入到与合成目标S关连的所示的电视画面并且叠加在电视画面的自然背景中。合成目标和其它指示符的实际产生是在图2中所显示的操纵器模块中完成的，并且，例如，能借助于一种类型的未显示的视频发生器发生，这对专业技术人员是熟知的。
现在将更详细地描述自然目标的检测和距离确定。
在现有技术中已经知道，一些不同的系统，通过例如从天线发射光、声或电磁信号，来测量目标的距离，信号由目标反射回天线，其距离被确定了。信号的发射和接收之间所测量的时间差是对目标距离的一种直接测量，在周围媒介中由于信号的传播速度假定足够精确地被知道了，而且采用了在距离的确定中提供所要精确性的时间测量系统。例如，在美国专利3503680(Schenkerman)中揭露了基于脉冲雷达的距离测量系统。其中所揭露的技术考虑了这样的事实：其距离被测量了的目标能以较高速度移动，结果代之以发射脉冲，并且然后测量目标和天线之间的脉冲的持续时间，脉冲序列被采用，回声的接收或者所发射脉冲的返回脉冲被用来触发第二脉冲的发射。重复这个过程，直到接收了一预定数量的回声脉冲，而且用于接收所预定的数量的回声脉冲所用的时间正比于目标的距离。这种方法能与电磁信号和声信号一起使用。
英国专利1290915(A1lardClark)也揭露基于一种脉冲雷达的距离测量系统，它具有与上述美国专利中所揭露的类似的性质。
另外，在现有技术中熟知的是，复用所谓的CW雷达来测量一个活动目标的距离，该雷达借助于在返回信号或回声信号检测的多普勒位移，来检测活动目标的径向速度。通过使用相位比较，将可能找出到活动目标的距离。
然而，利用基于返回回声的检测的距离测量系统的缺点是出现许多错误的来源，例如因为错误和虚假的回声和所谓的闪光，即来自地面或海面的反射噪音，类似的事实是，所涉及的自然目标不适宜于返回回声，尽管它能令人信服地装备有雷达反射器或者一个反射表面。然而，在各种运动中，诸如冰球，这被认为是一种不合适的方法。
代替利用一个无源转发器，即从自然目标返回的回声或所反射的信号，根据本发明最好利用一个有源转发器。在这种情况下，应该理解一个有源的转发器涉及到无线电收发机，它被提供在自然目标中，并且，在检测查询信号方面，它本身发射反应信号。作为规则，转发器必须有它自己的能源和脉冲发射器，用以以电池的形式产生反应信号，并且在这种关系中能源例如电池的形式将是一种重要缺点，因为电池能被破坏，以及因为它的寿命有限。由于有源的转发器也得安装在自然目标中，它得结实并能够经受摇晃和冲击以及相当高的加速度。在上下文中，标号可以表示，例如，网球，高尔夫球或者冰球，当他们受到例如球拍或棒的打击之时。
因此需要有源的转发器是结实的，以经受相当大的加速压力，并且不要求它自己的能源，而同时在任何情况下，足以小到插入不比冰球更大的自然目标中。这种转发器也应该是适合于比如由个人穿戴的，而不造成他们任何的不方便，诸如竞赛的参与者或者运动员或者其它的人们，这些人是希望借助于相关个人的合成再现而记录在电视画面中的。稍后更详细地讨论。
在自然目标中根据本发明所用的转发器的方框图在图5中被图示了。转发器是由天线5，阻抗匹配网络6和脉冲发射器7组成的。
正如所说的，转发器的脉冲发射器能作为基于电池操作的一个有源单元或者没有电池的一个无源系统。在本发明中，然而，最好是使用没有电池的一个有源系统，正如已经论及的，它具有一些操作上的优点，而且最好借助于声表面波技术(SAW技术)来实现。
在图5中被图示的，并且用于本发明的转发器因此是所谓的声表面波部件。这样的声表面波转发器或者SAW转发器由具有输入电极和一个或多个输出电极的晶体面板组成的，象结合图6更详细说明和描述的那样。
如在图6中的被概要地图示的，SAW转发器T长期为专业技术人员所道，并且在原则上包括晶体，例如具有金属表面模式的铌酸锂的晶体，它构成转换器，反射器，等等。从位置检测器D来的查询脉冲由以所谓的叉指状的转换器的形式被显示的转换器8接收。在查询脉冲中所接收的电磁能在转换器8中转化成为一个声表面波，这种波沿着晶体移动。在距转换器8的一定距离处，分别放置有第一反射器9a和第二反射器9b。当声波撞击两个反射器9a，和9b时，产生反射波，这些反射波回到转换器8。转换器8将两个声反射波转化成为电磁脉冲，这些脉冲构成反应信号，它是经由转发器的天线发射的。在转发器T的端处，可以提供一个表面波吸收体10。该信号的路径在图7a和7b中被概要地说明。
当转发器T接收讯问或者查询脉冲11的长度为τp时，如图7a中所示的，脉冲发射器7，即转换器8，将被触发，同时反应信号在特定时间τD之后被天线发射。如图7b中所示，反应信号是由互相相距Tx的两个脉冲13a,13b组成的。对于自然目标的不同的种类，例如，通过测量在也发射查询信号的位置检测器D中的脉冲距离Tx，可以确定目标的种类。
原则上，这种技术与利用基于SAW技术的雷达转发器的技术完全相同，由于，众所周知的，SAW部件在RF通信和检测系统中用作为延迟元件。该转发器，可以是集成封装芯片的形式，通过选择在两个反射脉冲之间的脉冲距离等于，例如，查询脉冲长度τp的整数倍，就能进行编码。转发器T当然可以包括多于两个的反射器8a和8b，如图6中所示的，并且在这种情况下它能用来发射有大量不同的码的反应信号。按这种方法，基于SAW技术的转发器T能用于对大量自然目标N的距离进行检测，由于码这样精确地确定哪个自然目标被包括了。这可以是这样的情况，其中，根据本发明的方法和系统旨在于监视竞赛，其中，在该竞赛中采用了若干个目标，诸如高尔夫球或在运动竞争期间，其中，理想的是跟随都装备有转发器的大量参赛者。在大约同时对若干反应信号的检测的情况下，为了完成一种精确的检测，例如在检测的编码的回应脉冲序列和每一个单独的转发器预先存储的密码序列之间的相互关系基础上，适合于采用特殊的检测技术。第二种可能性是不同频率的查询信号和相应频率调谐的转发器。最后，可以采用具有不同延迟τd的转发器。在这种情况下，延迟必须适应于与检测相关的距离范围，这样在各自精确定义的时间中的检测器的反应信号与查询信号的发射时间相关。
图7a图示了用于位置检测器D的脉冲模式，其中，查询脉冲11用脉冲长度τp和与所需取样频率序列相应的查询脉冲之间的给定时间间隔而被发射。从转发器T的反应信号将以脉冲序列13a,13b的形式到达位置检测器D，如图7b中所示的，而在这种情况下，脉冲形状11代表由地面或者海面闪光造成的回声，并且中心围绕转发器T处或附近的反射点的真实距离。然而，作为转发器的SAW部件将延迟反应信号一预定值7d，而且回应脉冲13a,13b因此将在闪光脉冲11之后一些时间到达，因此不被它遮掩。在回应脉冲13a,13b之间所选择的距离在这里是τp，而且延迟将等于τd，从转换器7至反射器的距离在这种情况下自然与1/2τd的一个持续时间相应，此外每一个反射器之间的距离与1/2τx的一个持续时间相应。现在从转发器T来的回应脉冲将在间隔τ=τa+τd之后到达检测器D，其中，τa是从位置检测器D至转发器T并返回的一个电磁信号的持续持续时间，τd是进入转发器的时间延迟。对于时期τd而言，在转发器T中自然地为来自每个其它反射器9的回应脉冲增加另一个时期τx。现在将要求系统的是，时间τ应该能够最好以10-1m量级，有可能更少的精确性被测量，而这是在当前的技术范围之内的。这样，必须精确地知道时间延迟τd和时期τx，并且这能通过所用的SAW转发器的精心校准来完成。为了达到这样的精确性，为查询信号所选择的频率应该在L频带的上端或者在S或者X频带中，即，它应该有大约1MHz和10MHz之间的频率，或者换句话说波长在30cm和3cm之间。用于信号处理器1的时钟应该有这样的速率，它适应于查询信号和反应信号的频率。这样用目前的技术，当利用根据本发明的方法和系统，能以10-1m或者较小的量级的精确性获得在通常发生的距离之内的距离检测，即最好是在运动场等等之内。
为了检验和校准根据本发明的系统，在如图1中所示的区域A中，能提供在固定的位置中永久安装和精确校准的转发器TK，并且被编码，以便发射精确的确定的反应信号。这些用来校准系统和位置检测器D。转发器也最好提供在两个位置检测器和摄像机中。当使用移动摄像机比如“Handycam”和“Steadycam”时，借助于位置检测器D就可能确定摄像机的位置。
将看到的是，如本发明中首选的，通过利用SAW转发器，将可能在大多数自然目标N中放置他们，没有任何的困难，这将适合于在电视广播节目中进行跟随和显示，无论它是足球还是冰球。正如所论述的，SAW转发器十分结实，同时能够经受足够的加速压力，也不要求他们自己的电源，而同时他们能设计成极小的尺寸，测量，例如，仅仅几毫米。例如，他们可以包括在自然目标中的冲击吸收材料，但是不需要特殊的测量来保护他们使之免受破坏。同时，如果他们确实应该被消毁，那么代换他们是很简单的。然而，他们制造它们也是便宜的，如同以具有类似SAW转发器的另一个替代自然目标一样。当与其它自然目标关连使用时，例如，由一个人携带的足球，冰球等等，该转发器可以设计成封装芯片的形式，它附着在该人身上，并且在相关时期穿着。由于SAW转发器能被如此安排，以便发射精确的编码的回应信号，穿着转发器芯片的人也将精确地被辨认。
根据本发明的系统可以包括一些分配到一个或更多个相应的电视摄像机K的位置模块M，每一个位置模块都被安排，以覆盖x,y,z坐标系中一个所定的区域。这意味着使用根据本发明的方法和系统不限制于只是很好定义的区域比如球赛的赛场或者冰球的滑冰场等等，而是可用于覆盖任意形状和大小的区域，诸如，例如，越野滑雪场，阿尔碑斯山上的滑雪运动斜坡等等。
按照本发明的系统和方法，也不限制于体育事件，而是能用来覆盖大和比较自由定义的区域之内的事件。这样的区域能被划分成若干部分的区域，而且该系统不必要覆盖每个部分区域或整个区域，但是该系统的使用可以限定在所选部分的区域。
按照本发明的系统所建立的例子，例如，在滑雪运行中或者高山滑雪运动斜坡中使用的例子在图8中被图示。这里，区域A被划分成三个部分区域A1,A2,A3。对于每一个部分区域A1,A2,A3，分配有各自的位置模块M1,M2,M3。部分区域A1，例如，由具有3个位置检测器D1,D2,D3的位置模块M1覆盖，它们经由信号线路L1相互连接，并且因此与数据处理装置Q1连接。经由他们各自的调整器模块R1,R2，数据处理装置Q1经由一本地数据总线B1与摄像机K1,K2连接。摄像机K1,K2的典型画面区域由虚线表示，并且由天线的主要叶片围绕，该天线在由虚线所表示的位置检测器D3中。数据处理装置Q1经由一个全局数据总线BG与制作单元P连接。同理运用到分配到余下部分区域A2,A3的位置模块和摄像机。此外，在每个部分区域A1,A2,A3中，提供了转发器TK，以在固定的位置，比如每个部分区域的边界处进行校准。因此，全局数据总线BG可以与时间保持系统连接，在图8中分别在“开始”处指示为CL1，在“结束”处指示为CL2。
在图8中，图示了两个自然目标N1,N2，第一自然目标N1基本位于第三部分区域A3，而第二自然目标N2位于部分区域A1中。每个目标在时间t和t’分别在两个不同的位置x,y,z和x’,y’,z’中被显示；其中，应该理解的是对于两个目标N1,N2位置和时间不需要相同，每个目标N1,N2的路径，在第一和第二位置之间由虚线表示。从位置检测器D至目标N1,N的距离以及它们之间的距离按照图1中所描述的来确定。
由于位置模块的查询信号具有高的频率，而且方向性天线被采用，应理解的是信号基本上是直线运动。换句话说，他们能在地形等等中的障碍前停止。通过将区域A划分成子区域A1,A2,A3，它们被分配到位置模块D和摄像机K的各自子系统，通过使用根据本发明方法和系统，整个区域A仍然将能够被覆盖。位置模块D和摄像机K的所选择的位置因此必须考虑到地形和其它状态。
在区域A中，将会遇到阻止目标N被显示在摄像机中的画面区域的障碍。例如，这可以是植物，一群人等等，但是它将不阻碍使用的检测器和转发器的信号的自由路径。这意味着自然目标N的位置仍然能被指示在摄像机画面区域中，尽管在相关的时间目标N恰巧受到障碍的覆盖，这些障碍阻止视觉接触。在这种情况下，自然目标N可以由在电视画面中正确位置X,Y中的合成目标S自然地表示。这种情况，例如，从越野滑雪报道中很容易出现，其中，滑雪者由于植物而看不见了，尽管摄像机理论上应该覆盖相关的越野场地的位置。这样借助于图8所示的设计，根据本发明的方法和系统允许获得一种完全的覆盖，通过自然目标N的位置的指示，在运动事件或者自然地也是竞赛者的位置的情况下，尽管他们，例如，在摄像机的画面区域中由植物等等遮掩。因此不需记者和观众去猜想在该瞬间预订的喜爱物位于什么地方。
如上所述，借助于根据本发明的方法，在电视画面中能产生合成的轨迹，该合成的轨迹因此旨在表示在一所给定时期θ期间的电视画面中的自然目标N的路径。正如已经论述的，在时间t在预选的坐标系的检测的位置x,y,z的基础上，自然目标N的路径能被计算。因此时间t将位于时期θ之内。检测的位置x,y,z在时间t转化成为在一相关电视摄像机的画面平面中的X,Y位置。在电视画面中的合成的轨迹被产生，作为在电视画面的画面平面中的自然目标的X,Y位置之间的连接线，这些电视画面在时期θ期间被依次记录。现在合成的轨迹，例如，能在不必在时期θ期间记录的静止画面中显示，或者对于在时期θ期间记录的每个单独的画面，它可被连续地更新和产生，因此象电影摄影术似地产生合成的轨迹。象合成目标S一样，对于尺寸，形状和颜色，用给定的或类似的属性可产生合成的轨迹。它最好，例如，以一种对比的颜色被显示为一条彩色线，并且具有表示该路径中运动方向的指示符，如有可能还有自然目标的速度的指示符，这种路径符合合成的轨迹。
产生自然目标的合成轨迹的例子在图9a,9b和9c中被图示。图9a显示路径a，其中，在该时期期间，自然目标从位置P0运动至P3。图9a将它图示在X,Y平面中的路径A的突出部分。在时期θ期间，目标N的路径由摄像机K覆盖，并且由摄像机K自然地记录为单独的画面的序列。如果在该时期期间，摄像机K有相同的设置，例如，在画面平面IK中的摄像机K的画面区域，将显示区域A的部分A’，如图9b所示的。这里，自然目标N由在相关位置P0…中所显示的合成目标S表示，并且具有投射在画面平面IK中的自然目标的路径的投影，作为在该图中所显示的合成目标S的各种位置P0…之间的合成的轨迹。如果，例如，来自足球比赛的电视报道被显示，N自然地通常是足球，而且合成的轨迹将表示在三维中从位置p0至位置P3的球的路径，但是投影到画面平面IK。IK(t)可以是在该时期T期间记录的序列中最后的画面，并且在这种情况下，合成目标S所显示的轨迹是在θ期间从时期θ的开端起至最后记录的画面的路径。当然，不必要的是轨迹只应该在时期θ期间所记录的画面中被连续地显示，由于合成的轨迹能插入在自由选择的静止画面中或在时期θ之外记录的电视画面中。
不是这样的情况，即合成的轨迹应该只在自然电视画面中显示，并且，如图9c中所示的，实际电视画面可以是例如由视频发生器产生的一个合成的电视画面IK(S)，也不必考虑到表示摄像机透视关系，但它可以是区域A的某种图形的再现。图9c表示以一合成电视画面形式在x,y平面中再生的区域A的图形表示。自然目标N的运动然后被显示在X,Y平面中作为合成目标S从位置p0到位置P3的运动。专业技术人员容易看到的是有可能利用不同的透视角度，诸如侧面，或者借助于各种各样的视频图表的方法也可能操纵具有合成目标和合成轨迹的画面。也没有任何理由说明，在为位置所获取的数据的基础上，在竞赛的过程期间自然目标N的运动，自然目标的路径在竞赛的过程期间或者在一个所选择的时期期间不应该出现，这样有助于对竞赛的分析。该技术也可以被用来使官员和裁判员判断难以评估的情况，如果该判断单独依赖于在竞赛过程期间瞬时的印象的话。
如上所述，没有任何理由说明系统不应该检测和监控一些自然目标N1…Nn，通过使用发射编码的回应信号的转发器，该自然目标被精确地定义，这些信号精确地确定所涉及的自然目标。图11a涉及到能出现于图8所示的区域As之中的情况。两个自然目标N已经移过部分区域A3，但是在不同的时期期间。第一自然目标N1，例如在时期θ期间已经从位置p0移动至位置P3，而该自然目标在时期θ期间已经从位置P’0移动至位置P’3。自然目标的路径如图9a中的虚线表示。在图9b中自然目标N1,N2的检测的和计算的路径由相应的合成目标S1,S2表示，并且转化成目标S1,S2的合成的轨迹，在时间t被同时图示在一个相同的画面IK(t)中。构成例如高山滑雪者运动目标N1,N2之间比较基础的次数和速度数据能引入画面。在时间t处在画面平面IK中的部分区域A3的X,Y突出部分将作为画面IK(t)出现如图11b中所示，同时线路和滑雪风格的选择例如能直接比较。
对于专业技术人员明显的是有可能产生实时的再现，即借助于电视画面的合成目标和合成的轨迹可以模拟实时地跟随例如比赛或竞赛的进展。这可以出现在重放中，但是，当使用根据本发明的方法和系统时，电视广播节目的制作者有操纵目标和信息的很大自由，由于它们被显示在自然或者合成的电视画面两者的任何一个中。可能的是，例如，将合成的轨迹和合成目标与具有各种动物的图形结合，如果要求如此的话。
如图1和图8中所显示的，转发器TK被安装在区域A中各种固定的位置，以校准系统。如上所述，转发器也可以安装在位置检测器D和摄像机K两者中。在后者情况之下，运动或者移动的摄像机能被使用，即，摄像机可不安装在固定的位置，并且可以是“Handycam”或者“Steadycam”类型。这些摄像机自然地也必须经由数据总线或者本地数据总线与数据处理装置Q连接，在这种情况下他们可以方便地基于一种无线连接。
根据本发明的方法和系统不必要限制在体育报道中，但是可以运用于一些其它种类的电视转播。也可能的是在转播中采用该方法和系统，它不限定于固定和特定的区域，例如与电视上自然节目关连。如果自然目标被定位在位置检测器的范围以外，但是在摄像机的视野之内，自然目标的位置必须用其它装置确定。在这种情况下，自然目标可以装备有用于检测位置的GPS(全球定位系统)接收机，在制作位置它被遥控地读取。类似地，位于位置检测器的范围以外的一机动摄像机的位置，借助于GPS而被确定，并且转换到制作位置。根据本发明的方法自然目标的位置和路径能被计算，而且自然目标由一个合成目标表示，该合成目标插入由摄像机记录的电视画面中的正确的位置上，其中，自然目标位于画面区域。这样一种自然报道的应用例子可以是，例如，装备有无线电发射器和GPS接收机的动物，并且例如由直升机装载的“Steadycam”跟随。尽管自然目标可以由阻止它在电视画面中直接看到的障碍掩藏，其位置和运动仍然可以由插入在电视画面中的合成目标或者合成轨迹表示。在这样的情况中，定位的精确性不是特别的关键，并且可以是好几米的量级，或者可能是几十米。当在其最高时间分辩率处利用GPS时，这样一种定位的精确性在可能的范围之内。
如上所述，原则上，自然目标必须被检测并被显示为合成的目标并且有可能表现为合成轨迹的运动，该自然目标可以是所有实际的东西。在体育比赛中，例如，参赛者也可以装备有转发器并且他们的位置和运动可被检测和显示。由于转发器的回应信号可以是一个精确码的形式，该转发器的识别也将是精确的，并且必要的识别信息自然能在电视画面中以某方式或者其它方式显示，诸如将参赛者的肖像叠加显示在电视画面的一部分上。
根据本发明的方法和系统在电视广播节目和电视报道中的使用将能在其它环境中实现，而不是在这里所描述的环境，并且应该理解的是根据本发明的方法和系统，以在电视画面中的合成目标和合成目标的合成的轨迹的形式，显示和表示自然目标和它的运动，它能在多个这里未清楚表示的不同的变量和变化的属性中实现，但是对于专业技术人员来说这是明显的，并落入本发明的范围之内。

Claims (20)

1，一种用于操纵在一自然电视画面中的至少一活动的自然目标的方法，其中，电视画面由一个或更多电视摄像机产生，其特征在于，在时间t检测目标和在预选的x,y,z坐标系中的至少2个固定基本位置之间的距离，每个基本位置对应于一个检测器的已知位置，确定在时间t时在预选的x,y,z坐标系中的目标的x,y,z坐标，在时间t确定摄像机的透镜中心与目标之间的距离作为预选的坐标系中的目标矢量，在时间t确定在预选的坐标系中电视摄像机的光轴作为在预选的坐标系中的摄像机矢量，在时间t确定从电视摄像机的透镜中心至所产生的电视画面的边界和在目标矢量和摄象机矢量之间所形成的平面之间的相交点的线路作为变焦矢量，当目标在时间t可以在电视画面中见到时，该目标矢量定位在摄像机矢量和变焦矢量之间，并且在时间t时目标在电视画面中是不可见到的时，变焦矢量定位在摄像机矢量和目标矢量之间，并且基于时间t时的目标矢量和摄像机矢量来确定参照电视摄像机的画面平面和摄像机矢量的目标的X,Y位置，并且，如果目标矢量定位在摄像机矢量和变焦矢量之间，则在时间t在电视画面中在X,Y位置插入合成目标，构成自然目标的再现的合成目标在时间t由摄像机记录，或者如果在时间t变焦矢量定位在摄像机矢量和目标矢量之间，则在电视画面中插入一个符号，该符号表示相对于电视摄像机的画面平面和摄像机矢量的画面边界之外的自然目标的X,Y位置。
2，按照权利要求1的方法，其特征在于，目标和基本位置之间的距离与目标的x,y,z坐标一道由三角测量方法确定。
3，按照权利要求1的方法，其特征在于：采用了在预选的x,y,z坐标系中的2个固定的基本位置，如果对于每个t值该自然目标被定位在由下述事实定义的一个平面中，即一个自然目标的坐标系x,y,z等于零，或在预选的x,y,z坐标系中至少采用4个固定的基本位置，如果对于至少一个或几个t值自然目标位于由下述事实定义的空间，即在时间t没有一个坐标系x,y,z等于0，这样在时间t获得自然目标的x,y,z坐标的精确的确定。
4，根据权利要求1的方法，其特征在于，合成目标用尺寸，形状和颜色所给定的属性被产生，或者合成目标的属性被自由地选择，或者合成目标的属性在预定限制之内被选择，或者基于这些属性的各个参考值确定合成目标的属性。
5，根据权利要求4的方法，其中，合成目标的属性在属性的各自参考值基础上确定，其特征在于，基于电视摄像机的设置值诸如摄像机角度与变焦设置，也有可能基于在电视画面中显示的自然目标的背景颜色，合成目标的属性被自动地操纵。
6，根据权利要求1的方法，其特征在于，合成目标被分配有字母数字或象征符号，它们表示自然目标的一个或多个参数的值，而且识别自然目标或者动态值为目标的瞬时x,y,z位置，以及到自由选择的固定点的距离，过程和速度的参数可以是常量。
7，根据权利要求1的方法，其特征在于，基于在时间t所计算的自然目标的x,y,z位置并且参考到摄像机的画面平面和摄像机矢量，电视摄像机的设置比如摄像机角度和变焦设置被几乎实时地控制，结果是自然目标在任何时间t被定位在所产生的电视画面的画面边界之内，经由控制系统所完成的控制分配到摄像机，最好是具有反馈回路的控制系统。
8，根据权利要求7的方法，其中，采用了一个以上的摄像机，其特征在于：经由摄像机应该采用的以产生在时间t被显示的电视画面的控制系统进行选择。
9，一种用于在电视画面中产生至少一个合成轨迹的方法，其中，合成轨迹表示在给定的时期θ期间在一自然电视画面中的一个活动的自然目标的路径，以及，其中，采用了如权利要求1-8中所示操纵在电视画面中的活动的自然目标的方法，其特征在于：基于在时间t在预定x,y,z坐标系中的自然目标的检测的位置x,y,z，计算自然目标的路径，其中，t∈θ，把在时间t所检测的位置转化成为在时间t在电视摄像机的画面平面中的X,Y位置，并且产生在电视画面中的合成的轨迹作为自然电视画面的画面平面中的自然目标的所有X,Y位置之间的连接线，这些电视画面在时期θ期间被依次记录。
10，根据权利要求9的方法，其特征在于，合成的轨迹被产生，并且在时期θ期间记录的每一单独的画面继续不断被更新，合成的轨迹最好是用给定的尺寸，形状和颜色的属性而被产生。
11，根据权利要求10的方法，其特征在于，合成的轨迹被产生并被显示为在一自由选择的电视画面中的时期θ期间的自然目标的路径，该电视画面形成自然目标的背景，对于每个时间t∈θ,X,Y位置被估算并分配到自由选择的电视画面的画面平面。
12，根据权利要求11的方法，其特征在于，自由选择的电视画面是一自然电视画面，该自由选择的电视画面最好形成在时期θ期间记录的自然电视画面序列的一部分，或者自由选择的电视画面是一合成的电视画面。
13，根据权利要求9的方法，其特征在于，一或多个时间t的X,Y位置表示在合成的轨迹上，合成的轨迹的X,Y位置的指示最好形成为具有给定尺寸，形状和颜色属性的合成目标，并且以这样一种方式即在时间t∈θ合成目标构成由摄像机记录的自然目标的再现。
14，根据权利要求13的方法，其特征在于，X,Y位置或者合成目标的指示被分配有字母数字或象征符号，它们表示自然目标的一个或多个参数的值，而且在时间t∈θ时识别自然目标或者动态值为目标的瞬时x,y,z位置，以及到自由选择的固定点的距离，过程和速度的参数可以是常量。
15，一种系统，用于执行用于操纵在一自然电视画面中的至少一活动的自然目标(N)的方法，其中，电视画面由一个或多个电视摄像机(K)产生，并且与执行在电视画面中产生合成的轨迹的方法一道，其中，合成的轨迹表示在给定时期θ期间在电视画面中的一活动的自然目标的路径，以及，其中，采用了在电视画面中操纵活动的自然目标的方法，其特征在于，它包括：转发器(T)，提供在自然目标(N)中，并且如此安排以便通过传输反应信号对由转发器接收的光，声或者电磁信号作出反应；至少一个具有至少2个位置检测器(D)的位置模块(M)，用于发射光，声或电磁信号，并且从转发器(T)接收反应信号，并且提供在预选的x,y,z坐标系中各自的基本位置中，与信号处理器(1)一道被安排以确定位置检测器(D)和在时间t时目标(N)之间的距离；一个计算模块(2)，与信号处理器(1)连接，并且被安排以计算时间t时在预选的坐标系中目标(N)的x,y,z坐标，并基于对多个时间t所计算的x,y,z坐标与下述矢量一道，即与由在摄像机的透镜中心和在时间t时目标之间的距离给出的目标矢量(VN)，以及由在时间t摄像机(K)的光轴给出的摄像机矢量(VK)，和位于摄像机的透镜中心与交点(Z)之间的变焦矢量一道，来计算目标(N)的路径，其中该交点(Z)位于该画面的边界和在时间t在目标矢量(VN)和摄像机矢量(VK)之间形成的平面之间，该目标矢量(VN)定位在摄像机矢量(VK)和变焦矢量(VZ)之间，或者变焦矢量(VZ)位于在摄像机矢量(VK)和目标矢量(VN)之间；摄像机控制系统(3)与计算模块(2)连接并且被安排以检测或者产生摄像机的设置值；以及操纵器模块(4)与摄像机控制系统(3)和计算模块(2)连接，并且被安排以便a)在时间t在X,Y位置为在记录的电视画面中的自然目标(N)产生合成目标(S)，在时间t合成目标(S)构成由摄像机记录的自然目标(N)的再现，或者b)在电视画面中产生符号，该符号在时间t表示画面的边界之外自然目标的X,Y位置，c)产生和选择合成目标(S)的属性，或者d)在时间t产生在记录或产生的电视画面中的合成的轨迹，该合成的轨迹表示在时间t之前或者到时间t的时期θ期间的自然目标(N)的路径。
16，根据权利要求15的系统，其特征在于，该系统包括一些位置模块(M)，每个被分配到一或多个各自的电视摄像机(K)，每一个位置模块(M)被如此安排以覆盖x,y,z坐标系中预定的区域，最好以这样一种方式即每一个位置模块(M)至少包括4个检测器(D1-D4)，它们用于在时间t清楚确定目标(N)的x,y,z坐标。
17，根据权利要求15的系统，其特征在于，位置检测器(D)包括一个微波发射接收机和发射和接收微波信号的天线(H)，并且最好在每个位置检测器(D)和/或每个摄像机(K)中分别进一步提供转发器T。
18，根据权利要求15或17的系统，其特征在于，转发器(T)可以是一个无源转发器，或者一个有源转发器，有源转发器最好是表面波部件(SAW部件)，并且在每一种情况中从有源转发器(T)来的反应信号最好构成编码，它清楚地识别该转发器，最好是通过将来自有源转发器(T)反应信号延迟预定值τd，与使反应信号从转发器被发射的信号的接收时间相关。
19，根据权利要求15的系统，其特征在于，摄像机控制系统(3)包括用于以近似于实时地自动控制摄像机的设置的控制回路，摄像机的设置受在摄像机(K)上提供的调整器模块(R)的影响，该模块进一步包括用以检测摄像机设置的传感器，和/或操纵器模块(4)包括用于自动产生合成目标的属性的装置。
20，根据权利要求1-8和9-14的方法和根据权利要求15-19的系统在电视体育广播节目制作中的应用。
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