CN1268115C - 更改用电视摄像机拍摄的可视对象的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及更改电视摄像机拍摄的可视对象的方法，其中，对象通过一个或多个配置在对象的区域中或其附近处的标识面而被标识，所述标识面是可基于不同于被拍摄区域中的其它射线的射线被识别的。至少一个标识面的射线在一个除可见光的颜色之外的性质上不同于周围环境的射线。标识面用至少一个识别检测器来识别，该检测器分立于电视摄像机的检测器，并且用此检测器从与电视摄像机拍摄图像大致相同的拍摄方向上拍摄对象。电视摄像机的图像座标和识别检测器的图像座标之间的关系被确定，在对象的电视图象中可视的对象区域通过被检测的标识面被确定，对应于对象的区域中的电视图象的视频信号以预定方式被更改，并且更改后的视频信号被传送。

Description

更改用电视摄像机拍摄的可视对象的方法

技术领域

本发明涉及一种更改用电视摄像机拍摄的可视对象的方法。

本发明方法尤其可用于各类体育比赛以及类似的公众活动，在那里电视广播以及时常看到有效地显示在电视上的广告构成整个活动的效益的重要部分。

背景技术

现在，广告越来越受国家或区域的限制。酒或烟草广告在许多国家是遭禁止的。不同国家的人民对广告有不同的态度。一个已有的广告在某些国家可能非常成功和有影响，而在不同的文化环境中它可能令人不愉快，或者甚至是非法的。

所以广告变成相对不确定性的或者甚至繁琐的，并且某些公众活动根本不能在某些国家作电视广播，仅仅是因为非法广告将出现在电视上。

尤其在大型国际广播中出现的一个进一步的问题是，仅当做广告的产品是遍布全球的，广告才有影响和值得登广告者投资的。所以在这种广播中给只在比较有限的市场区中可得到的产品做广告是不能获利的。

在电视广播中问题的另一来源是体育竞赛的快速，这是尤其在球赛中比赛器具，例如冰球，难以在电视画面中看清的原因。这使得跟踪拍摄体育活动更加困难，所以这对于在电视上观看活动的人数有负面影响，而观看人数对于活动的组织者有明显的经济意义。

发明内容

本发明的目的在于消除上面所提到的不利因素。本发明的一个特定目的是提供一种新方法，用它可以按广告和诸如比赛器具这样的被观看的快速运动对象所要求的方式更改电视图像。

在本发明方法中电视摄像机拍摄的一个可视对象通过一个或多个安置在该对象的区域中或其附近处的标识面而被标记，这些面可基于与被拍摄区域中其它辐射不同的辐射而被识别。这些标识面中至少一个与环境辐射的区别是基于可见光的颜色之外的性质。在此方法中，用至少一个识别检测器来识别标识面，此检测器与电视摄像机的检测器分开，并且通过它，对象基本上从电视摄像机的拍摄方向上被拍摄。通过附加确定电视摄像机的图象座标和识别检测器的图象座标之间的关系，在对象的电视图象中的可见区域能借助于检测到的标识面确定。此后，对应于对象的区域的电视图象视频信号以预定的方式被更改，随后更改后的视频信号被传送。

所以，在本发明方法中电视摄像机拍摄的一个可视对象可用图象处理技术进行更改，使得电视图像中的一个要求区域，例如图像中可见的一个广告，能被变化为一个不同的广告。同样，如果电视图象中要被更改的对象是一个相对小的活动对象，其在电视图象中的可视性可通过增强或改变电视图象中对象的颜色深浅而改进。

在本发明方法中对象在电视图象中的可见区域最好借助于被检测标识面的位置和形状，借助于标识面和对象的相对位置，以及借助于电视摄像机的座标和识别检测器的座标之间的关系确定。

用在本发明方法中的标识面反射、透过或发射不同于环境射线的射线。所以，在对象上或其邻近处的标识面可以由一个或多个薄膜、表面或辐射源组成，它们反射、透过或发射性质例如频谱或极化特性不同于周围其它部分的射线，从而它容易被检测。标识面的射线不同于环境的射线，例如它吸收红外范围中具有一个给定波长或多个给定波长的射线。

如果图象通过电视摄像机用的同一物镜聚焦到识别检测器，则识别检测器的图象座标和电视摄像机的图象座标之间的关系在摄像机转动时或在拍摄距离或对焦变化时保持不变。所以，在识别检测器的座标系和电视图象的座标系之间有固定的关系，从而识别检测器的座标可通过一个简单的变换函数变换到电视图象的座标。另一方面，如果识别检测器有与电视摄像机不同的物镜，则检测器的座标系之间的关系依赖于物镜的特性和它们相互间的位置以及它们的瞄准和变焦。

如果物镜镜头基本相同且相互邻近放置并且如果它们一起被移动和以大致相同的方式对焦，则在检测器的座标系间的关系中只有很小的变化，并且利用检测器座标可获得电视图象座标的近似值。如果物镜是不同的，或者如果它们不以相同的方式移动或对焦，只要物镜的位置和变焦以及它们对座标系的影响是已知的，一个近似值也能被确定。

一旦标识面和对象在电视图象中的位置作为近似值被确定，它们可像下面所述那样更精确地确定。

如果在对象中或其附近有一个或多个相对于此对象和标识面定位在已知位置处的参考对象，并且它们能基于亮度，对比度，颜色或形状从电视图象中被识别出，则它/它们在电视图象中的位置可由一个基于软件的定位函数求出。参考对象的影象可在定位前被改变，使其大致与电视图象的座标一致。定位函数只在近似位置附近处实现。

如果图象和对象的周围变化使得不可能利用一个预定的参考对象，则一个模型图象可以由识别检测器或与其相关联的，并使用同一物镜的检测器从对象或标识面区域或其附近得到的影象得到。此模型图像被改变使其近似与电视图象的座标一致，并且定位函数只在电视图象中近似位置的附近处实现。

一旦电视图象中标识面的位置被求出，有关对象的位置和其它数据可基于标识面和对象的相对位置求出。

在本发明方法中，取决于要被识别的对象及它们的性质，即它们发射的射线，可以应用一个或多个射束分光器，通过它们，所要的射线被指向一个或多个识别检测器。这样，具有不同性质的射线成分可通过射束分光器被指向不同的检测器。也可应用合适的滤光器，以增补于或部分代替分光器。

在本发明方法中在电视图象中对象的边缘和其可见区域可像上面所述那样，按各种情况的需要利用以下的信息来确定：

—对象的形状

—标识与对象的位置关系

—对象和/或标识发出的射线的性质

—参考对象相对于对象能从电视图象中识别出的性质和相对位置

—基于对象发出的射线识别的视觉障碍物

—对象或标识发出的射线在识别检测器所产生的影像中的座标

—电视摄像机物镜和识别检测器物镜的位置和变焦状态

—电视图象的座标和由识别检测器产生的影象的座标之间的关系

—电视图象中对象或标识的严格或近似位置

—电视图象中参考对象的位置

在本发明方法中可给广告提供一个编码，它指示所考虑的广告或广告播出场所。编码可以是任意的可视码，或者它可由射线性质不同于周围的一个表面或多个表面组成，这些表面被识别系统检测和译码。编码例如说明要被用来取代所考虑广告的图象。

广告的整个区域或者其一部分也可如此处理：它所发出的射线不同于从其它地方发出的射线，从而它能被一个检测设备检测出来。基于此，系统能确定对象的哪部分是可视的，哪部分是隐蔽在一个视觉障碍物后面。然后图像的增强或变换仅在对象的可视部分进行。所以如果广告仅有一部分是可见的，则系统将在那个地方放上替代图象的相应部分。

本发明方法相比以前已知的技术有重大的优点。由于一个对象，例如一个广告的地方在电视图象中被另一个图像填充，同一个广告空间可按时间和播出地点由不同的广告或登广告者共享。替代用的图像可以是一个静止的或一个活动的图象，并且它可以从系统中的存储器或从另一台摄像机得到。

图像可根据出现在电视节目中的活动或按照预定计划被更改。例如在一级方程式赛车时车辆屡次绕着同一跑道行驶，沿着跑道的烟草或酒类广告在电视图像中被更改为其它广告，以对某些国家广播。同样，在不同的赛圈上同一广告空间可显示不同的广告。

类似地，例如在冰球比赛中，特别是用在识别检测器中的曝光时间比用在电视摄像机中的曝光时间短得多时，通常电视摄像机所产生的快速运动冰球的模糊图像可用一个更好的聚焦的和更清晰的冰球图像代替，它可另外用增强的颜色或颜色强度或作为一个闪烁的对象被显示，以使其容易被观看。

附图说明

下面借助附图详细说明本发明。

图1示出一个说明本发明方法的图，

图2示出一个说明此方法的另一实施形式的图，

图3示出关于本方法中拍摄对象的其它一些结构选择。

具体实施方式

图1中被拍摄对象1是一个固定的矩形的广告，一个辐射红外线的灯2放在它后面，其射线透过广告的整个区域。周围的照明不包含任何有意义的红外线成分。置于广告四个角上的是蓝色灯3，其发出的光朝向电视摄像机4。

一台辅助摄像机5装配有一个识别检测器6，它识别近距离上的红外线。辅助摄像机固定地对准广告1。此外，辅助摄像机5和电视摄像机4在拍摄它们的图像时使用同步曝光。

由电视摄像机4获得的信号7被分路到延迟单元8和计算机9。由辅助摄像机5得到的信号10也连接到计算机9。

计算机系统9将辅助摄像机5的像素的辐射值与一个给定的，例如预定的参考界限进行比较，并产生一个掩蔽图像，此图像指示广告1的区域中哪些部分是摄像机不可见的。换言之，掩蔽图象确定了这样一个区域，在那里存在一个位于广告1和摄像机之间的视觉障碍物，例如一个走动或站立的人11。

计算机系统识别电视摄像机的位置和变焦并且基于此信息，它能求出广告1在电视图象中的近似位置。广告的四个角点的精确位置通过基于像素的不同颜色成分的亮度值确定蓝色灯3的位置而被确定。一旦广告1的四个角点的位置被求出，广告1在电视图象中的位置就已知了。而且，基于辅助摄像机5所产生的掩蔽图象，就能知道图象区域中隐蔽在一个视觉障碍物11后面的区域。

计算机9的存储器可含有要用于替代广告中一个区域的存储图象。替代用图象被更改，使其将镶嵌到广告图象中的区域内。同时视觉障碍物的位置被考虑到。另一种可能是替代用图象从一个外部源传送到计算机中，例如外部源是一台放置在合适的地方并拍摄要传送的广告的电视摄像机。

在计算机系统处理来自辅助摄像机5和电视摄像机4的影像的时间内，电视摄像机4产生的图像的一个拷贝保留在延迟单元8中。更改过的替代用图象和在延迟单元中等待的电视摄像机图象被送到组合器12，在这里替代用图象被加到原始图象上，使得它代替广告的可视区域。此后，被更改的电视图象被送去广播13。

图2示出本发明另一实施形式，其中图象用同一个物镜14聚焦到电视摄像机的检测器15和识别检测器16。在此情况下通过物镜14的射线17在一个射束分光器18中被分路到电视摄像机的检测器15和识别检测器15。在识别检测器之前可附加使用一个滤光器19，使得只通过给定类型的射线到识别检测器。在此情况中，识别检测器的图象座标和电视摄像机的图象座标之间的关系保持不变，可以通过一个简单的转换函数将识别检测器的图象座标变换为电视图象座标。

图3示出多种方法，其中要被拍摄和更改的广告区域可被标识。此图示出一个矩形的广告，其中所有的角被用参考对象20例如给定颜色的圆标识，通过它们，对象在电视图象中的位置可被精确确定。

整个广告面可被框架21即一个标识面围住，其辐射在一个除可见光的颜色之外的性质上不同于其周围的辐射，框架可含有一个单独的编码22，它能被用于识别此广告板。而且，框架或广告面的其它部分可以配备位置码23，它给出在此对象中所考虑位置的一个更精确的指示。还有一种可能是让整个广告面24覆盖一层薄膜，它可透过可见光但是仍然有这样的效果：从表面发出的射线在极化特性上不同于周围环境的射线。如从上面说明的例子所看到的，要被处理和被更改的图象面可以不同的方式被标识或构建。关键点仅在于标识面反射、透过或发射不同于从周围环境发出的射线的射线，从而它能用适当的手段被精确地识别和定位。

以上本发明已借助于附图通过例子被说明，并且在权利要求所限定的本发明思想的范畴内本发明的不同实施形式是可能的。

Claims (22)

1.更改电视摄像机拍摄的可视对象的方法，其特征在于，

—该对象通过一个或多个配置在对象的区域中或其附近处的标识面而被标识，所述标识面与所拍摄区域中的其它面和对象相比具有不同的射线特性，从而所述标识面是可基于来自它们的射线被识别的，至少一个所述标识面的射线在一个除可见光的颜色之外的性质上不同于周围环境的射线，

—在图象中可视的标识面用至少一个识别检测器来识别，该检测器分立于电视摄像机的检测器，并且通过此检测器基本上从与电视摄像机相同的拍摄方向上拍摄所述对象，

—在电视图象中可视的对象区域的位置、形状和大小通过已知的电视摄像机的图像座标和一个或多个识别检测器的图像座标之间的关系被确定，

—对应于对象的可视区域的区域中电视图像的视频信号以预定方式被更改。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在图象中可见的标识面用至少一个分立于电视摄像机检测器的识别检测器识别，并且通过该检测器，对象通过与电视摄像机所用的相同镜头被拍摄。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在电视图象中可见的那些对象区域基于被检测标识面的位置和形状、标识面和对象的相对位置以及电视摄像机的座标和识别检测器的座标之间的关系被确定。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，要被更改和被拍摄的对象是一个广告，它被更改为一个不同的广告。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，标识面反射、透过或发射不同于周围环境发出的射线的射线。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用与电视摄像机所用的同一个物镜聚焦图像于识别检测器，并伴随以下结果：当摄像机转动时或当拍摄距离或变焦改变时，识别检测器的图像座标和电视摄像机的图像座标之间的关系保持不变。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，图像通过一个独立于电视摄像机的物镜被聚焦于识别检测器，在此情况下电视图象的座标和识别检测器的座标之间的关系基于给定摄像机的位置、聚焦和变焦的数据被作为近似值获得，并且对象在电视图象中的位置通过基于对比度、亮度、颜色或形状在电视图像中找出至少一个在对象中或在其附近的参考对象被确定。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在电视图像中被寻找的参考对象的外观是事先已知的。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在电视图像中被定位的参考对象取自识别检测器中的影像或取自一个检测器中的影像，影像通过与识别检测器所用的同一个物镜被聚焦至该检测器。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，采用至少一个放置在电视摄像机的物镜和影像检测器之间的射束分光器，影像被指向一个或多个识别检测器。

11.如权利要求6至10中任一项所述的方法，其特征在于，具有不同性质的射线成分通过射束分光器被指向不同检测器。

12.如权利要求6至11中任一项所述的方法，其特征在于，具有不同射线性质的射线用放置在识别检测器前面的滤光器被滤光。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用电视摄像机所摄视频信号的传输被延迟，使得对应于对象的一个区域中的视频信号可在传输前被更改。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，指示对象位置的数据被存储。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，标识面的射线与周围环境的射线的不同基于极化特性。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，标识面的射线与周围环境的射线的不同在于它吸收红外范围内具有一个给定波长或多个给定波长的射线。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对象被用一个标识它的编码来标识。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对象区域或其边缘含有指示编码相对于对象的位置的编码。

19.如权利要求6至10中任一项所述的方法，其特征在于，在识别检测器影像中一个或多个标识面的位置通过比较像素与相邻像素的亮度，比较像素与存储的参考图像的亮度，和/或相互比较不同识别检测器的像素的亮度而被确定。

20.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，一个参考对象的图象在所述寻找之前被更改，以使其适配于电视图象的座标。

21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，识别检测器的曝光时间明显短于电视摄像机的曝光时间。

22.更改电视摄像机拍摄的可视对象的方法，其中

—该对象通过一个配置在对象的区域中的标识面而被标识，所述标识面与所拍摄区域中的其它面和对象相比具有不同的射线特性，从而所述标识面是可基于来自它的射线被识别的，所述标识面的射线在一个除可见光的颜色之外的性质上不同于周围环境的射线，

—所述标识面用至少一个识别检测器来识别，该检测器分立于电视摄像机的检测器，并且通过此检测器基本上从与电视摄像机相同的拍摄方向上拍摄所述对象，

—电视摄像机的图像座标和识别检测器的图像座标之间的关系被确定，

—电视图像中可视的对象的区域通过被检测的标识面被确定，

—对应于对象的区域中电视图象的视频信号以预定方式被更改，

其特征在于，

—使用与电视摄像机所用的同一个物镜聚焦图像于识别检测器，并伴随以下结果：当摄像机转动时或当拍摄距离或变焦改变时，识别检测器的图像座标和电视摄像机的图像座标之间的关系保持不变，以及

—要被更改和被拍摄的对象是一个相对小的活动对象，它在电视图象中的可视性通过增强或改变电视图象中该对象的颜色浓度被改善。

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