DE102010014733B4 - Chromakeyverfahren und Chromakeyvorrichtung zur Aufnahme und Bildbearbeitung von Kamerabildern - Google Patents

Abstract

Chromakeyverfahren zur Aufnahme und Bildbearbeitung von Kamerabildern (C_a, C_b), bei dem wenigstens ein Objekt vor einem einfarbigen Bildhintergrund mit einer Bildaufnahmefrequenz aufgenommen wird und die Hintergrundfarbe des Bildhintergrundes während der Aufnahme der Kamerabilder (C_a, C_b) verändert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Hintergrundfarbe während des Aufnehmens der Kamerabilder (C_a, C_b) abwechselnd und synchronisiert mit der Bildaufnahmefrequenz zwischen zwei Komplementärfarben geändert wird, so dass je zwei aufeinander folgende Kamerabilder (C_a, C_b) mit zueinander komplementären Hintergrundfarben aufgenommen werden,
– für jedes Kamerabild (C_a, C_b) eine Aussparungsmaske (M_a, M_b) für das Bild des wenigstens einen Objekts erstellt wird und aus den erstellten Aussparungsmasken (M_a, M_b) je zweier aufeinander folgender Kamerabilder (C_a, C_b) ein Aussparungsmaximum (M_max) ermittelt wird
– und aus den beiden aufeinander folgenden Kamerabildern (C_a, C_b) ein gemitteltes Kamerabild (C_ab) ermittelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Chromakeyverfahren und eine Chromakeyvorrichtung zur Aufnahme und Bildbearbeitung von Kamerabildern.
• Unter Chromakeying wird eine vielfach eingesetzte Methode der Video- oder Filmnachbearbeitung verstanden, bei dem Bildelemente aufgenommener Kamerabilder von einem Bildhintergrund freigestellt („ausgestanzt”) werden. Dabei werden Objekte vor einem einfarbigen Bildhintergrund aufgenommen, dessen Hintergrundfarbe als Schlüsselfarbe zur Erstellung einer Aussparungsmaske (so genannte Alphamaske bzw. alpha matte) verwendet wird, die durch Herausschneiden aller Bildbereiche (Pixel) gebildet wird, die diesen oder einen ähnlichen Farbton aufweisen. Die Aussparungsmaske wird zur Freistellung der Bildelemente verwendet.
• Dabei können unter anderem zwei Arten von Bildbearbeitungsfehlern auftreten, die im Folgenden als Maskenfehler und Color-Spillfehler bezeichnet werden.
• Maskenfehler entstehen, wenn freizustellende Bildbereiche dieselbe oder eine ähnliche Farbe wie der Bildhintergrund haben, da diese Bildbereiche bei der Erstellung der Aussparungsmaske fälschlich dem Bildhintergrund zugerechnet werden.
• Unter Color-Spillfehlern wird das Durchschimmern der Hintergrundfarbe an den Rändern freizustellender Bildbereiche oder in freizustellenden Bildern halbtransparenter Objekte verstanden, aufgrund dessen die Hintergrundfarbe in diesen Bildbereichen nach dem Chromakeying sichtbar bleibt bzw. die Farbe der freizustellenden Bildelemente in diesen Bildbereichen verfälscht.
• Aus der US 6,490,006 B1 ist ein Chromakey-System zur Verwendung mit einer Bildaufnahmevorrichtung zum Aufnehmen von Bildern eines Objektes und eines Hintergrundes des Objekts bekannt, wobei während des Aufnehmens von Bildern eine Hintergrundfarbe des Hintergrunds veränderbar ist.
• DE 696 19 625 T2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überlagerung eines Objektes aus dem Ausschnitt einer Videobildquelle, die aus dem sich vor einem ersten farbigen Hintergrund bewegenden Objekt besteht, auf einem neuen farbigen Hintergrund. Das das Objekt enthaltende Videobild ergibt sich aus einem Schritt zur Verarbeitung der Videobildquelle, wobei der Verarbeitungsschritt die Entfärbung eines Übergangsbereichs zwischen dem ersten farbigen Hintergrund und dem Objekt durch Hinzufügung einer zu der Farbe des Pixels komplementären Farbe zu jedem Pixel des Übergangsbereichs bewirkt, so dass das Pixel im wesentlichen farblos oder unbunt wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Chromakeyverfahren und eine verbesserte Chromakeyvorrichtung zur Aufnahme und Bildbearbeitung von Kamerabildern anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Chromakeyverfahrens durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Chromakeyvorrichtung durch die in Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Bei dem erfindungsgemäßen Chromakeyverfahren zur Aufnahme und Bildbearbeitung von Kamerabildern wird wenigstens ein Objekt vor einem einfarbigen Bildhintergrund mit einer Bildaufnahmefrequenz aufgenommen, wobei die Hintergrundfarbe des Bildhintergrundes während des Aufnehmens der Kamerabilder abwechselnd und synchronisiert mit der Bildaufnahmefrequenz zwischen zwei Komplementärfarben geändert wird, so dass je zwei aufeinander folgende Kamerabilder mit zueinander komplementären Hintergrundfarben aufgenommen werden.
• Dies ermöglicht vorteilhaft eine Reduzierung sowohl von Maskenfehlern als auch von Color-Spillfehlern. Da nämlich abwechselnd zueinander komplementäre Hintergrundfarben verwendet werden, treten in je zwei aufeinander folgenden Kamerabildern Maskenfehler niemals in denselben Bildbereichen auf, da die Farbe eines Bildbereiches höchstens einer der zueinander komplementären Hintergrundfarben gleichen kann. Durch eine geeignete Kombination hintereinander aufgenommener Kamerabilder können daher Maskenfehler, die in einzelnen Kamerabildern auftreten, eliminiert werden. Ferner treten Color-Spillfehler in aufeinander folgenden Kamerabildern mit zueinander komplementären Farben auf, so dass sie durch eine geeignete Mittelung über die Kamerabilder reduziert werden können.
• Insbesondere ermöglicht die Erfindung die fehlerreduzierte Anwendung von Chromakeying für Aufnahmen von beliebig gefärbten Objekten, während übliches Chromakeying nur dann befriedigende Ergebnisse liefert, wenn sich die Farben des Objektes hinreichend von der Hintergrundfarbe unterscheiden.
• Vorzugsweise wird erfindungsgemäß für jedes aufgenommene Kamerabild eine Aussparungsmaske für das Bild des wenigstens einen Objekts erstellt und aus den erstellten Aussparungsmasken je zweier aufeinander folgender Kamerabilder wird ein Aussparungsmaximum ermittelt.
• Unter dem Aussparungsmaximum wird dabei eine Vereinigungsmenge der von den beiden Aussparungsmasken freigestellten Bildbereiche verstanden.
• Dabei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass zwei aufeinander folgende Kamerabilder zueinander komplementäre Hintergrundfarben aufweisen und daher, wie oben bereits ausgeführt wurde, Maskenfehler höchstens in jeweils verschiedenen Bildbereichen der beiden Kamerabilder auftreten. Durch Ermittlung eines aus beiden Aussparungsmasken gebildeten Aussparungsmaximums werden daher die Maskenfehler der beiden Kamerabilder eliminiert.
• Ferner wird vorzugsweise aus den beiden aufeinander folgenden Kamerabildern ein gemitteltes Kamerabild ermittelt.
• Dadurch werden die Color-Spillfehler der beiden Kamerabilder reduziert, da diese, wie oben ebenfalls bereits ausgeführt wurde, zueinander komplementäre Farben aufweisen und sich daher bei einer Mittelung wie die Hintergrundfarben selbst zu einer neutralen weißen Hintergrundfarbe mischen. Insbesondere erübrigt sich durch diese Mittelung die Anwendung aus dem Stand der Technik bekannter aufwendiger Korrekturalgorithmen zur Reduzierung von Color-Spillfehlern, die einerseits rechenintensiv sind und andererseits zu Farbverfälschungen führen können.
• Aus jedem gemittelten Kamerabild wird schließlich mittels des zugehörigen Aussparungsmaximums vorzugsweise ein Bild des wenigstens einen Objekts freigestellt.
• Dadurch werden vorteilhaft die durch die Bildung der Aussparungsmaxima erreichte Eliminierung der Maskenfehler mit der durch die Bildung der gemittelten Kamerabilder erzielte Reduzierung der Color-Spillfehler kombiniert und hinsichtlich beider Fehlerarten ein optimiertes freigestelltes Bild des wenigstens einen Objekts erzeugt.
• Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jedem freigestellten Bild des wenigstens einen Objekts ein Hintergrundbild unterlegt wird.
• Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Objekt vor einem beliebigen Hintergrundbild unter Eliminierung bzw. Reduzierung von Masken- und Color-Spillfehlern dargestellt werden.
• Eine erfindungsgemäße Chromakeyvorrichtung umfasst eine Kamera zur Aufnahme der Kamerabilder, eine Auswerteeinheit zur Bildbearbeitung der aufgenommenen Kamerabilder, eine Hintergrundfläche zur Darstellung des einfarbigen Bildhintergrundes, sowie eine Farbänderungsvorrichtung zur abwechselnden und mit der Bildaufnahmefrequenz synchronisierten Änderung der Hintergrundfarbe zwischen zwei Komplementärfarben.
• Dies ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Chromakeyverfahrens mit dessen oben genannten Vorteilen.
• Die Farbänderungsvorrichtung kann dabei ein Projektionssystem mit wenigstens einer Projektionseinheit zur abwechselnden, mit der Bildaufnahmefrequenz synchronisierten Beleuchtung der Hintergrundfläche mit Licht der beiden Komplementärfarben sein.
• Alternativ kann die Farbänderungsvorrichtung ein auf oder in der Hintergrundfläche angeordnetes Leuchtdiodenfeld umfassen, mittels dessen abwechselnd mit der Bildaufnahmefrequenz synchronisiert Licht der beiden Komplementärfarben erzeugbar ist.
• Eine weitere alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Farbänderungsvorrichtung als farblich veränderbarer Bildschirm ausgeführt ist, dessen Farbe abwechselnd mit der Bildaufnahmefrequenz synchronisiert zwischen den beiden Komplementärfarben veränderbar ist und dessen Bildschirmoberfläche die Hintergrundfläche bildet.
• Alle diese Ausführungsformen der Farbänderungsvorrichtung ermöglichen eine hinreichend schnelle Veränderung der Hintergrundfarbe und damit die konkrete Realisierung des erfindungsgemäßen Chromakeyverfahrens.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
• Darin zeigen:
• 1 schematisch eine Chromakeyvorrichtung,
• 2 schematisch den Ablauf eines Chromakeyverfahrens, und
• 3A bis 3H schematisch ein Chromakeyverfahren zum Auffinden von Bildbereichen mit Color-Spillfehlern.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Chromakeyvorrichtung 1 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Chromakeyverfahrens. Die Chromakeyvorrichtung 1 umfasst eine Kamera 2, eine Hintergrundfläche 3, eine Farbänderungsvorrichtung 4 und eine Auswerteeinheit 5.
• Mittels der Kamera 2 sind Kamerabilder C_a, C_b eines Objektes vor der Hintergrundfläche 3 mit einer Bildaufnahmefrequenz aufnehmbar. Mittels der Farbänderungsvorrichtung 4 ist eine Hintergrundfarbe der Hintergrundfläche 3 zwischen zwei Komplementärfarben, die sich zu Weiß addieren, veränderbar.
• Die Farbänderungsvorrichtung 4 ist mit der Bildaufnahmefrequenz der Kamera 2 synchronisiert, so dass zwei aufeinander folgende Kamerabilder C_a, C_b jeweils mit zueinander komplementären Hintergrundfarben aufgenommen werden, wobei die mit einer ersten der beiden Hintergrundfarben aufgenommenen Kamerabilder mit C_a, die mit der zweiten Hintergrundfarbe aufgenommenen Kamerabilder mit C_b bezeichnet sind. Mit anderen Worten verändert die Farbänderungsvorrichtung 4 die Hintergrundfarbe der Hintergrundfläche 3 zwischen der Aufnahme zweier aufeinander folgender Kamerabilder C_a, C_b jeweils von einer ersten der beiden Komplementärfarben zu der zweiten Komplementärfarbe.
• Die Farbänderungsvorrichtung 4 kann in verschiedener Art ausgeführt sein. Beispielsweise kann sie als ein Projektionssystem ausgeführt sein, das eine Projektionseinheit zur abwechselnden, mit der Bildaufnahmefrequenz der Kamera 2 synchronisierten Beleuchtung der Hintergrundfläche 3 mit Licht der beiden Komplementärfarben umfasst. Die Projektionseinheit ist dabei vorzugsweise als ein Videoprojektor mit kleiner Latenzzeit, beispielsweise als ein Mikrospiegelaktor (so genannter DLP-Projektor), ausgeführt. Dabei kann die Hintergrundfläche 3 bei entsprechender Gestaltung durch die Projektionseinheit mit Auf- oder Durchlicht beleuchtet werden.
• Alternativ kann die Farbänderungsvorrichtung 4 ganz oder teilweise in die Hintergrundfläche 3 integriert sein. Beispielsweise kann die Hintergrundfläche 3 als Licht emittierender farblich veränderbarer Bildschirm ausgeführt sein, z. B. als Flüssigkristallbildschirm (LCD-Bildschirm), Plasmabildschirm, Feldemissionsbildschirm oder organischer Leuchtdiodenbildschirm (OLED-Bildschirm, PLED-Bildschirm). Alternativ kann die Hintergrundfläche 3 ein Leuchtdiodenfeld mit verschieden farbigen Leuchtdioden umfassen, die zur abwechselnden Erzeugung der Komplementärfarben ansteuerbar sind. Alternativ kann die Hintergrundfläche 3 als Licht reflektierender Bildschirm ausgeführt sein, dessen Lichtreflexionseigenschaften steuerbar sind.
• Die aufgenommenen Kamerabilder C_a, C_b werden der Auswerteeinheit 5 zur unten näher beschriebenen Bildbearbeitung zugeführt.
• 2 illustriert schematisch die grundlegenden Schritte des erfindungsgemäßen Chromakeyverfahrens. Mittels der Kamera 2 werden Kamerabilder C_a, C_b eines Objektes vor der Hintergrundfläche 3 aufgenommen, wobei je zwei aufeinander folgende Kamerabilder C_a, C_b mit zueinander komplementären Hintergrundfarben der Hintergrundfläche 3 aufgenommen werden.
• Mittels der Auswerteeinheit 5 wird durch Chromakeying für jedes Kamerabild C_a, C_b eine Aussparungsmaske M_a, M_b (so genannte Alphamaske bzw. alpha matte) zur Freistellung des Bildes des wenigstens einen Objekts vom Bildhintergrund erstellt. Aus den erstellten Aussparungsmasken M_a, M_b je zweier aufeinander folgender Kamerabilder C_a, C_b wird ein Aussparungsmaximum M_max gemäß M_max = max(M_a, M_b) ermittelt, das die in den beiden jeweiligen Aussparungsmasken M_a, M_b freigestellten Bereiche vereint. Dadurch werden vorteilhaft Maskenfehler der beiden aufeinander folgenden Aussparungsmasken M_a, M_b korrigiert. Maskenfehler entstehen beim Chromakeying, wenn Bereiche (Pixel) der Kamerabilder C_a, C_b eine gleiche Farbe wie der jeweilige Bildhintergrund aufweisen und dadurch beim Chromakeying dem Bildhintergrund statt dem Objekt zugerechnet werden. Da bei dem erfindungsgemäßen Chromakeyverfahren zwei aufeinander folgende Kamerabilder C_a, C_b zueinander komplementäre Hintergrundfarben aufweisen, tritt ein derartiger Maskenfehler in einem bestimmten Bildbereich nur in höchstens einer der beiden erstellten Aussparungsmasken M_a, M_b auf. Der Maskenfehler tritt daher in dem Aussparungsmaximum M_max nicht auf und wird durch Bildung des Aussparungsmaximums M_max eliminiert.
• 2 illustriert diese Maskenfehlerkorrektur am Beispiel eines kreisförmigen Bildes 6 eines Objektes mit vier verschiedenfarbigen Kreissegmenten. Dabei hat ein erstes Kreissegment 6.1 eine erste der beiden verwendeten zueinander komplementären Hintergrundfarben und ein zweites Kreissegment 6.2 hat die zweite dieser Hintergrundfarben. In den Aussparungsmasken M_a, die aus den mit der ersten Hintergrundfarbe aufgenommenen Kamerabildern C_a erstellt werden, wird deshalb das erste Kreissegment 6.1 dem Bildhintergrund zugerechnet, während in den Aussparungsmasken M_b, die aus den mit der zweiten Hintergrundfarbe aufgenommenen Kamerabildern C_b erstellt werden, das zweite Kreissegment 6.2 dem Bildhintergrund zugerechnet wird. Die Aussparungsmaxima M_max korrigieren die Aussparungsfehler, da sie beide Kreissegmente 6.1, 6.2 dem Objekt zurechnen.
• Ferner wird mittels der Auswerteeinheit 5 eine Mittelung der beiden aufeinander folgenden Kamerabilder C_a, C_b durchgeführt, indem aus ihnen ein gemitteltes Kamerabild C_ab gemäß C_ab = (C_a + C_b)/2 ermittelt wird. Da die beiden Kamerabilder C_a, C_b zueinander komplementäre Hintergrundfarben aufweisen, mitteln sich die beiden zueinander komplementären Hintergrundfarben im gemittelten Kamerabild C_ab zu einer neutral weißen Hintergrundfarbe. Entsprechend mitteln sich Color-Spillfehler der beiden Kamerabilder C_a, C_b heraus, so dass die gemittelten Kamerabilder C_ab die Color-Spillfehler der einzelnen Kamerabilder C_a, C_b vorteilhaft korrigieren.
• Aus jedem gemittelten Kamerabild C_ab wird mittels des zugehörigen Aussparungsmaximums M_max ein Bild des wenigstens einen Objektes freigestellt und dem freigestellten Bild wird gegebenenfalls ein gewünschtes Hintergrundbild B unterlegt. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß für jeweils zwei aufeinander folgende Kamerabilder C_a, C_b ein Endbild C_c erzeugt, das hinsichtlich Masken- und Color-Spillfehlern korrigiert ist.
• Die 3A bis 3H illustrieren eine Weitergestaltung des erfindungsgemäßen Chromakeyverfahrens, um Color-Spillfehler aufzufinden und anschließend zu korrigieren, die durch eine schnelle relative Bewegung eines aufgenommenen Objektes und der Kamera 2 entstehen können. Wenn sich nämlich das Objekt und die Kamera 2 zwischen der Aufnahme zweier aufeinander folgender Kamerabilder C_a, C_b schnell relativ zueinander bewegen, so können Color-Spillfehler entstehen, die mittels der oben beschriebenen Mittelung der Kamerabilder C_a, C_b nicht korrigierbar sind. Dies wird schematisch in den 3A bis 3C dargestellt.
• 3A zeigt ein erstes, mit der ersten Hintergrundfarbe aufgenommenes Kamerabild C_a eines sich von der Kamera 2 aus gesehen vor der Hintergrundfläche 3 nach rechts bewegenden quadratischen Objektes. 3B zeigt ein auf das erste Kamerabild C_a unmittelbar folgendes zweites, mit der zweiten Hintergrundfarbe aufgenommenes Kamerabild C_b. Als Folge der Bewegung des Objektes erscheint dessen Objektbild in dem zweiten Kamerabild C_b gegenüber dem ersten Kamerabild C_a nach rechts versetzt. 3C zeigt das aus den beiden Kamerabildern C_a, C_b mittels des oben beschriebenen Verfahrens erzeugte gemittelte Kamerabild C_ab. Die beiden Hintergrundfarben mitteln sich in allen denjenigen Bildbereichen des gemittelten Kamerabildes C_ab zu einem neutralen Weiß, die sowohl in dem ersten Kamerabild C_a als auch in dem zweiten Kamerabild C_b zu dem Bildhintergrund gehören. Da die Objektbilder in den beiden Kamerabildern C_a, C_b jedoch gegeneinander versetzt sind, ergeben sich in dem gemittelten Kamerabild C_ab zwei Fehlerbereiche S1, S2, die jeweils nur in einem der beiden Kamerabilder C_a, C_b zum Bildhintergrund gehören und deshalb Color-Spillfehler aufweisen.
• Dabei befindet sich ein erster Fehlerbereich S1 am linken Rand des Objektbildes. Dieser erste Fehlerbereich S1 wird von der zweiten Hintergrundfarbe beeinflusst, da dieser Fehlerbereich S1 nur in dem zweiten Kamerabild C_b, nicht jedoch im ersten Kamerabild C_a zum Bildhintergrund gehört. Der zweite Fehlerbereich 52 befindet sich am rechten Rand des Objektbildes und wird von der ersten Hintergrundfarbe beeinflusst, da der zweite Fehlerbereich S2 nur im ersten Kamerabild C_a zum Bildhintergrund gehört.
• Die 3D bis 3H illustrieren wie erfindungsgemäß die Fehlerbereiche S1, S2 ermittelt werden. Dabei wird zunächst ein Analysebereich I bestimmt, innerhalb dessen nach Color-Spillfehlern gesucht wird. Dadurch wird vorteilhaft der Bildbereich, der auf Color-Spillfehler untersucht wird, auf den Analysebereich I eingeschränkt und somit der Rechenaufwand zur Ermittelung und nachfolgenden Korrektur der Color-Spillfehler reduziert.
• Um den Analysebereich I zu bestimmen, wird zuerst wie oben beschrieben für die beiden Kamerabilder C_a, C_b ein Aussparungsmaximum M_max ermittelt, das in 3D dargestellt ist.
• Dann wird eine Maskenkontur C des Aussparungsbereiches des Aussparungsmaximums M_max ermittelt. Dazu wird das Aussparungsmaximum M_max vorzugsweise zu einem in 3E dargestellten binären Aussparungsmaximum M_maxb binarisiert. Mittels eines geeigneten Konturerkennungsverfahren, beispielsweise einem aus dem Stand der Technik bekannten so genannten Canny-Filterverfahren, wird sodann aus dem binären Aussparungsmaximum M_maxb die Maskenkontur C ermittelt.
• Wie in 3F dargestellt, wird um die ermittelte Maskenkontur C ein Konturstreifen S gelegt. Dazu wird die Breite des Konturstreifens S zweckmäßig derart bestimmt, dass ein Auftreten von Color-Spillfehlern innerhalb des Konturstreifens S zu erwarten ist. In einer ersten, einfachen Ausführung des Verfahrens wird die Breite des Konturstreifens S dabei geeignet fest vorgegeben, wobei sie an zu erwartende Relativgeschwindigkeiten des Objektes und die Kamera 2 angepasst wird. In einer zweiten, aufwändigeren Ausführung wird durch eine Analyse einer Mehrzahl aufgenommener Kamerabilder C_a, C_b die Bewegungsgeschwindigkeit des Objektbildes innerhalb der Kamerabilder C_a, C_b ermittelt und die Breite des Konturstreifens S an die ermittelte Bewegungsgeschwindigkeit angepasst. Die zweite Ausführung erfordert einen erhöhten Rechenaufwand und wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn zu erwartende Relativgeschwindigkeiten des Objektes und der Kamera 2 nicht zuverlässig bekannt sind oder starken Schwankungen unterliegen.
• Der Analysebereich I wird schließlich wie in 3G als Schnittmenge des Konturstreifens S und des binären Aussparungsmaximums M_maxb gebildet.
• Innerhalb des Analysebereiches I wird nach Color-Spillfehlern gesucht. Dazu wird ermittelt, ob die jeweilige Färbung der Einzelbildbereiche (Pixel) des Analysebereiches I von einer der Hintergrundfarben oder von dem Objekt verursacht ist. Um zu ermitteln, welcher dieser beiden Fälle in einem Einzelbildbereich vorliegt, werden für jeden Einzelbildbereich absolute Farbdifferenzen, beispielsweise in einem RGB-Farbraum, zwischen den Farben des Einzelbildbereiches in den beiden Kamerabildern C_a, C_b und den Hintergrundfarben verglichen. Dazu wird eine Vergleichsgröße s gemäß

  

  gebildet, wobei B_a die erste Hintergrundfarbe, B_b die zweite Hinterfarbe, D_a die Farbe des jeweiligen Einzelbildbereiches im ersten Kamerabild C_a und D_b die Farbe dieses Einzelbildbereiches im zweiten Kamerabild C_b bezeichnen. Die Hintergrundfarben B_a, B_b werden dabei bestimmt, indem zunächst das Inverse des binären Aussparungsmaximums M_maxb jeweils auf die Kamerabilder C_a, C_b angewendet wird, um die Pixel des jeweiligen Bildhintergrundes freizustellen, und dann B_a und B_b als Mittelwerte über die Farben der Einzelbildbereiche des jeweiligen Bildhintergrundes ermittelt werden.
• Wenn der Betrag |s| der Vergleichsgröße größer als ein vorgebbarer positiver Schwellwert T_S, beispielsweise als T_S = 0,05, ist, wird der jeweilige Einzelbildbereich einem Fehlerbereich S1, S2 zugeordnet. Dabei wird im Fall s > T_S darauf geschlossen, dass der jeweilige Einzelbildbereich im ersten Kamerabild C_a zum Bildhintergrund und im zweiten Kamerabild C_b zum Objektbild gehört. Entsprechend wird im Fall s < –T_S darauf geschlossen, dass der jeweilige Einzelbildbereich im zweiten Kamerabild C_b zum Bildhintergrund und im ersten Kamerabild C_a zum Objektbild gehört.
• Im Fall s ≤ |T_S| wird darauf geschlossen, dass der Einzelbildbereich in beiden Kamerabildern C_a, C_b zum Objektbild gehört. In diesem Fall sind keine Korrekturen am gemittelten Kamerabild C_ab erforderlich.
• Aus allen Einzelbildbereichen mit s > |T_S| wird eine binäre Fehlermaske M_err gebildet, die in 3H dargestellt ist und die erkannten Fehlerbereiche S1, S2 liefert.
• Schließlich werden die Color-Spillfehler in den Einzelbildbereichen der Fehlerbereiche S1, S2 korrigiert. Dazu werden zeitlich aufeinander folgende Kamerabilder C_a, C_b ausgewertet. Zur Beschreibung der erfindungsgemäßen Korrektur der Color-Spillfehler wird im Folgenden das Zeitintervall zwischen zwei aufeinander folgenden Kamerabildern C_a, C_b auf Eins normiert. Mit anderen Worten: die Zeit wird in Einheiten der inversen Bildaufnahmefrequenz angegeben, so dass einem zurzeit t aufgenommenen Kamerabild C_a ein zurzeit t + 1 aufgenommenes Kamerabilder C_b folgt.
• Wie oben beschrieben, wird mittels der Vergleichsgröße s für jeden Einzelbildbereich der Fehlerbereichs S1, S2 ermittelt, ob der Einzelbildbereich in dem jeweils zu einer Zeit t aufgenommenen Kamerabild C_a oder C_b zum Bildhintergrund oder zum Objektbild gehört. Wenn ein Einzelbildbereich in einem zurzeit t aufgenommenen Kamerabild C_b zum Bildhintergrund und in dem zurzeit t + 1 aufgenommenen Kamerabild C_a zum Objektbild gehört, dann wird ermittelt, ob dieser Einzelbildbereich in dem zurzeit t + 2 aufgenommenen Kamerabild C_b zum Bildhintergrund oder Objektbild gehört. Wenn der Einzelbildbereich in dem zurzeit t + 2 aufgenommenen Kamerabild C_b zum Objektbild gehört, dann wird aus dem zurzeit t + 1 aufgenommenen Kamerabild C_a und dem zurzeit t + 2 aufgenommenen Kamerabild C_b ein Mittelwert des Einzelbildbereiches gebildet und für diesen Einzelbildbereich in dem gemittelten Kamerabild C_ab verwendet. Analog wird verfahren, wenn der Einzelbildbereich in dem zurzeit t aufgenommenen Kamerabild C_b zum Objektbild und in dem zurzeit t + 1 aufgenommenen Kamerabild C_a zum Bildhintergrund gehört. In diesem Fall wird aus dem zurzeit t aufgenommenen Kamerabild C_b und dem zurzeit t – 1 aufgenommenen Kamerabild C_a ein Mittelwert des Einzelbildbereiches gebildet und in dem gemittelten Kamerabild C_ab verwendet, sofern der Einzelbildbereich in dem zurzeit t – 1 aufgenommenen Kamerabild C_a zum Objektbild gehört.
• In dem seltenen Fall eines sich schnell bewegenden schmalen Objektes kann dieses Korrekturverfahren jedoch fehlschlagen. Dies passiert beispielsweise, wenn ein erster Einzelbildbereich in dem zurzeit t aufgenommenen Kamerabild C_b zum Objektbild gehört, in den zu den Zeiten t + 1 und t – 1 aufgenommenen Kamerabildern C_a jedoch jeweils zum Bildhintergrund statt zum Objektbild. In einem solchen Fall wird nach einem dem ersten Einzelbildbereich räumlich benachbarten zweiten Einzelbildbereich des jeweiligen Fehlerbereiches S1, S2 gesucht, der in zu den Zeiten t und t + 1 oder t und t – 1 aufgenommenen Kamerabildern C_a, C_b zu dem Objektbild gehört. Um einen derartigen zweiten Einzelbildbereich zu ermitteln, wird beispielsweise eine spiralförmige Suche um den ersten Einzelbildbereich herum durchgeführt bis ein zweiter Einzelbildbereich innerhalb des jeweiligen Fehlerbereiches S1, S2 gefunden wird.
• Mittels des ersten Einzelbildbereiches und des zweiten Einzelbildbereiches der zu den Zeiten t und t + 1 oder t und t – 1 aufgenommenen Kamerabilder C_a, C_b wird dann der Color-Spillfehler korrigiert, indem von der Farbe D_b(x, y) des ersten Einzelbildbereiches in dem zurzeit t aufgenommenen Kamerabild C_b ein Korrekturwert D_S(i, j) abgezogenen wird, der gemäß D_S(i, j) = (D_b(i, j) – D_a(i, j))/2 aus den Farben des zweiten Einzelbildbereiches in den zu den Zeiten t und t + 1 oder t und t – 1 aufgenommenen Kamerabildern C_a, C_b gebildet wird. Dabei bezeichnen die Argumente (x, y) bzw. (i, j) jeweils die Positionen des ersten bzw. zweiten Einzelbildbereiches innerhalb der Kamerabilder C_a, C_b. Bei dieser Art der Color-Spillfehlerkorrektur wird vorteilhaft ein Großteil der in dem Bild des ersten Einzelbildbereiches enthaltenen Information erhalten, da der erste Einzelbildbereich stärker als der zweite Einzelbildbereich in die Korrektur eingeht. Das sich aus der Differenz D_b(x, y) – D_S(i, j) ergebende Resultat wird für den ersten Einzelbildbereich in dem gemittelten Kamerabild C_ab verwendet.
• Entsprechend wird verfahren, wenn ein erster Einzelbildbereich in dem zurzeit t aufgenommenen Kamerabild C_a zum Objektbild gehört, in den zu benachbarten Zeiten t + 1 und t – 1 aufgenommenen Kamerabildern C_b jedoch jeweils zum Bildhintergrund statt zum Objektbild. In diesem Fall wird für den ersten Einzelbildbereich in dem gemittelten Kamerabild C_ab die Differenz D_a(x, y) – D_S(i, j) verwendet, wobei D_a(x, y) die Farbe des ersten Einzelbildbereiches in dem zurzeit t aufgenommenen Kamerabild C_a bezeichnet und der Korrekturwert gemäß D_S(i, j) = (D_a(i, j) – D_b(i, j))/2 gebildet wird.
• Bezugszeichenliste

1

Chromakeyvorrichtung

2

Kamera

3

Hintergrundfläche

4

Farbänderungsvorrichtung

5

Auswerteeinheit

6

Bild eines Objekts

6.1

erstes Kreissegment

6.2

zweites Kreissegment

C_a, C_b

Kamerabild

M_a, M_b

Aussparungsmaske Aussparungsmaximum

C_ab

gemitteltes Kamerabild

B

Hintergrundbild

C_c

Endbild

S1

erster Fehlerbereich

S2

zweiter Fehlerbereich

M_max

Aussparungsmaximum

M_maxb

binäres Aussparungsmaximum

C

Maskenkontur

S

Konturstreifen

I

Analysebereich

M_err

Fehlermaske

Claims (10)

1. Chromakeyverfahren zur Aufnahme und Bildbearbeitung von Kamerabildern (C_a, C_b), bei dem wenigstens ein Objekt vor einem einfarbigen Bildhintergrund mit einer Bildaufnahmefrequenz aufgenommen wird und die Hintergrundfarbe des Bildhintergrundes während der Aufnahme der Kamerabilder (C_a, C_b) verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hintergrundfarbe während des Aufnehmens der Kamerabilder (C_a, C_b) abwechselnd und synchronisiert mit der Bildaufnahmefrequenz zwischen zwei Komplementärfarben geändert wird, so dass je zwei aufeinander folgende Kamerabilder (C_a, C_b) mit zueinander komplementären Hintergrundfarben aufgenommen werden, – für jedes Kamerabild (C_a, C_b) eine Aussparungsmaske (M_a, M_b) für das Bild des wenigstens einen Objekts erstellt wird und aus den erstellten Aussparungsmasken (M_a, M_b) je zweier aufeinander folgender Kamerabilder (C_a, C_b) ein Aussparungsmaximum (M_max) ermittelt wird – und aus den beiden aufeinander folgenden Kamerabildern (C_a, C_b) ein gemitteltes Kamerabild (C_ab) ermittelt wird.
2. Chromakeyverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus jedem gemittelten Kamerabild (C_ab) mittels des zugehörigen Aussparungsmaximums (M_max) ein Bild des wenigstens einen Objekts freigestellt wird.
3. Chromakeyverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem freigestellten Bild des wenigstens einen Objekts ein Hintergrundbild (B) unterlegt wird.
4. Chromakeyverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des ermittelten Aussparungsmaximums (M_max) ein Analysebereich (I) bestimmt wird, innerhalb dessen nach Color-Spillfehlern gesucht wird.
5. Chromakeyverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Einzelbildbereich des Analysebereiches (I) aus dessen Farben in je zwei aufeinander folgenden Kamerabildern (C_a, C_b) und den beiden zueinander komplementären Hintergrundfarben eine Vergleichsgröße gebildet wird und auf einen Color-Spillfehler in dem Einzelbildbereich geschlossen wird, wenn der Betrag der Vergleichsgröße einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.
6. Chromakeyverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einzelbildbereich, in dem auf einen Color-Spillfehler geschlossen wird, anhand der Vergleichsgröße in den aufgenommenen Kamerabildern (C_a, C_b) dem Bildhintergrund oder einem Objektbild des Objektes zugeordnet wird, und erkannte Color-Spillfehler korrgiert werden, indem Farbwerte räumlich benachbarter Einzelbildbereiche, die jeweils dem Objektbild zugeordnet werden, oder Farbwerte eines Einzelbildbereiches, die in aufeinander folgenden Kamerabildern (C_a, C_b) jeweils dem Objektbild zugeordnet werden, kombiniert werden.
7. Chromakeyvorrichtung (1) zur Durchführung eines Chromakeyverfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Kamera (2) zur Aufnahme der Kamerabilder (C_a, C_b), eine Auswerteeinheit (5) zur Bildbearbeitung der aufgenommenen Kamerabilder (C_a, C_b) und eine Hintergrundfläche (3) zur Darstellung des einfarbigen Bildhintergrundes, gekennzeichnet durch eine Farbänderungsvorrichtung (4) zur abwechselnden und mit der Bildaufnahmefrequenz synchronisierten Änderung der Hintergrundfarbe zwischen zwei Komplementärfarben.
8. Chromakeyvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbänderungsvorrichtung (4) ein Projektionssystem mit wenigstens einer Projektionseinheit zur abwechselnden, mit der Bildaufnahmefrequenz synchronisierten Beleuchtung der Hintergrundfläche (3) mit Licht der beiden Komplementärfarben ist.
9. Chromakeyvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbänderungsvorrichtung (4) ein auf oder in der Hintergrundfläche angeordnetes Leuchtdiodenfeld umfasst, mittels dessen abwechselnd mit der Bildaufnahmefrequenz synchronisiert Licht der beiden Komplementärfarben erzeugbar ist.
10. Chromakeyvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbänderungsvorrichtung (4) als farblich veränderbarer Bildschirm ausgeführt ist, dessen Farbe abwechselnd, mit der Bildaufnahmefrequenz synchronisiert zwischen den beiden Komplementärfarben veränderbar ist und dessen Bildschirmoberfläche die Hintergrundfläche (3) bildet.

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