SE515134C2 - System och metod för kamerapositionering i en virtuell studio - Google Patents

Description

25 30 515 134 _2* Ett andra system använder en extra kamera fast vid TV -kameran och är riktad mot studiens tak där man har monterad kodade skivor som kan upptäckas av kameran och eflwr bildeehandling ange TV- kamerans position.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett system för beröringsfri positionsbestärnning av åtminstone en kamera i en volym i realtid på ett mycket enkelt och noggrant sätt.

Systemet enligt uppfinningen möjliggör obehindrad förflyttning av TV-kameran över en yta utan att generering av positions- och orienteringsparametrar påverkas.

Dessa uppgifter har lösts genom att den inledningsvis nämnda kameran är försedd med en markörenhet, som är synlig åtminstone från en spårningskarnera. Spårningskaineran genererar en i signal innehållande infonnation om kamerans position och/eller oriëñtëririgfvilkën information förmedlas till en enhet för ytterligare behandling med avseende på en andra för studion relevant mängd information utgörande en väsentligen sammanhängande huvudinfonnation.

I ett föredraget utförande är spårningskameran en CCD bestyckad kamera och arbetar inom IR- området. Företrädesvis kommunicerar spårningskameran med en datorenhet, vilken även är ansluten till kameran för positionering av kameran.

Spårningskamerorna är anordnade att mäta in markörenheten varvid information om markörenhetens frihetsgrader betsämmes. Kamerans position bestämmes relativt ett till volymen hörande globalt koordinatsystemt.

Enligt metoden i enlighet med uppfinningen för beröringsfri positionsbestämning av åtminstone en kamera i en volym medelst en eller flera spårningskameror, innefattar metoden stegen att förse kameran med en markörenhet synlig åtminstone från någon av spårningskamerorna, och att medelst 10 15 20 25 30 515 134 _3__ spårningskarneran generera en signal innehållande information om kamerans frihetsgrader.

Metod innefattar dessutom steget mäta in kamerans bildupptagningsenhet relatera och de genererade frihetsgradema relateras till inmätningen.

Med fördel kan inmätning av spårningskarneroma kan enligt ett automatiskt förfarande varvid en speciell markörenhet fästes i TV-karnerans obj ektinfástning, varefter spårningskanierasystemet relativmäter markörenheten relativt den på TV-kameran anordnade markören under hela mätningsprocessen.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nedan att beskrivas med hänvisning till på närslutna ritningar visat utföringsexempel, i vilka: lïilgifl visar mycket schematiskt ett system éiïliiglt uppfinningenflích Fig. 2 visar schematiskt en markörenhet, som kan användas i ett system enligt uppfinningen.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEXEMPLET Enligt uppfinningen används ett kamerasystem för att mäta in läge och orientering för en eller flera TV- /videokamerori en studio (eller en plats man utför filmupptagning). Varje TV-karnera som ska spåras/positionsbestämmas förses med åtminstone en markör och mäts in medelst ett för systemet specifikt arrangemang i realtid. Information om TV-kamerans position och orientering översändes sedan i realtid till ett datorsystem som styr den virtuella kameran, dvs. en kamera som i den virtuella studion motsvarar den reella kameran. Uttrycket “TV-kamera” används här för enkelhetens skull och innebär de filmstudiokameror som framställer reella bilder och kan bestå av vilken typ av kamera som helst. Kameran kan dessutom vara stel eller rörlig och opereras manuellt eller fjärstyres (robot).

Fig. l visar en filmstudio där ett objekt 10, i detta fall en bil, filmas medelst en kamera ll (TV- eller 10 15 20 25 30 5115 134 _4_ videokamera). Systemet innefattar dessutom åtminstone en datorenhet 12 för generering av bilder 13 som kan utgöra bakgrunden eller rekvisitan, sk en virtuell studio. Dessa bilder kan även vara lagrade i något minne och hämtas när de behövs. Dessutom innefattar systemet en andra datorenhet 14 för att åstadkomma ett montage 15, dvs. lägga ihop bilderna 16 och 17 erhållna från kameran 11 och datorenheten 12. Självklart kan datorenheten 12 och 14 vara integrerade i en och samma datorenhet.

Det är även möjligt att överföra information från flera TV-kameror som generar “reella” bilder och sammanföra de i datorn 14.

Systemet innefattar även ett antal “spåmingskameror” 18 och åtminstone en på TV-kameran 11 anordnad markörenhet 19, vilken är åtminstone synlig från någon av kamerorna, företrädesvis från åtminstone tre av kamerorna 18. Spåmingskameroma 18 består företrädesvis av IR baserade CCD- kameror. Dessa kameror kan vara bestyckade med IR genererande enheter eller kommunicera med, tex. IR-blixtar. Markörenheten består av en eller flera markörer försedda med en reflekterande yta. Även aktiva markörer (kodade eller okodade) som generera IR (eller annan typ av ljus) kan användas.

För att detektera TV-kamerans alla fiihetsgrader används 3 eller flera CCD-kameror 18.

Företrädesvis fungerar CCD-kamerorna i 50 och 60 Hz synkroniserade med studions synkronisering.

Detta är dock ingen begränsning. En CCD-kameras funktion antas vara känd för en fackman och beskrivs inte i detalj häri.

I ett utförande kan systemet innefatta endast en spåmingskamera och en markör anordnad på TV- kameran varvid positionering sker enligt det idet svenska patentet, nr. 9700066-5, beskrivna metoden.

Fig. 2 visar schematiskt en markörenhet 19 bestående av 6 sfariska eller delvis sfäriska markörer 20 anordnade på ändarna av bärande stänger 21 utgörande en ställning. Markörema är anordnade på olika nivåer för att möjliggöra noggrannare bestämning av dess och således kamerans position och orientering. Det är även möjligt att använda en markörenhet innefattande en markör eller flera 10 15 20 25 30 itröškelvärdeipašsieräsf i 515 134 _5__ markörer. Även storleken på markörema i markörenheten kan variera. Självklart är uppfinningen inte begränsad till detta uttörande av markörenheten och olika utföraride kan förekomma.

I ett föredraget utförande sker positionsbestänmingen genom att varje CCD-kamera registrerar IR reflektioner (eller ljus) från markörerna. Kameran innefattar optiska element, som projicerar bilden av markören på en CCD platta i kameran. Ytan av CCD-enheten avsöks sedan och bildsignalema omfattande pixelinforrnation omvandlas till en lämplig videosignal medelst en omvandlingsenhet, vilken _ kan vara integrerad i CCD-enheten. Videosignalen som representerar bildlinjema sändes sedan seriella eller parallella till en bearbetningsenhet. Bearbetningsenheten digitaliserar den mottagna videosignalen, till exempel används en A/D-omvandlare. Denna signal kan även digitaliseras i kameran.

Bildelementen anordnas i linjer medelst ett lågpassfilter för att leverera en delvis kontinuerlig signal, vilken kan bearbetas som en analoga signal. Emellertid mätes i det föredragna uttöringsexemplet varje bildelement individuellt och från det uppmätta värdet interpoleras ett värde, som bestämmer när ett Den digitaliserade signalen överföres till en komparatorenhet, som interpolerar individuellt sarnplade värden omkring det förutbestämda tröskelvärdet, även kallat videonivån, vilken n erhållas från en minnesenhet. Som beskrevs ovan, är ändamålet att bestämma när amplituden för signalen passerar tröskelvärdet. Varje passage representerar en start- och stopp-koordinat av varje segment med en hög upplösning, vilken kan vara omkring 30 x antal bildpunkter på en rad. l en beräkningsenhet beräknas mittpunkten.

För en cirkulär markör kan arenan av avbildningen beräknas. Resultatet kan sedan transformeras till en gränssnittsenhet för vidare överföring till datorenheten, i vilken de beräknade värdena (mittpunkt, dvs. x-, y-, z-positionen genom att mäta med två kameror, area diameter) kan användas för att visa positionen av markören.

Genom att markörerna scannas kontinuerligt kan deras rörelse upptäckas. Kamera vridningar och lO 15 20 25 515 134 -6r- rörelser upptäckes genom att markörerna har olika nivåer och avstånd till varandra och kameran.

CCD-kamerorna 18 är anordnade att mäta in markörenhetema och beräknar, tex. 6 frihetsgrader för varje markörenhet(va1je markörs x-, y-, z-koordinat, pan, tilt och roll). Före filmupptagningen är TV- kamerans bildupptagningsenhet, t.ex. CCD inmätt och de sex genererade frihetsgraderna relateras till denna. Varje kamera kan innefatta en datorenhet för beräkning av marköremas positioner; alternativt kan en centralenhet eller datorenheten 14 användas för att utföra bildanalys och/eller beräkningsarbetet. Signalen från CCD-kamerorna (bearbetad eller obearbetad) sändes sedan till datorn 14 för att användas vid montaget.

Markörenheten 19 är företrädesvis anordnad på ovan sidan TV-kameran och CCD kamerorna är hängda från en ställning eller taket riktade mot kameran.

Företrädesvis är CCD-kamerorna inkalibrerade i ett för volymen (studion) specifikt koordinatsystem.

Därmed kan de beräknade frihetsgraderna for TV-kamerans bildenhet ges i ett globalt (i kïïordineïtqsyštërrfšpecifilíifór volymen. Dessa frihetsgriaderiiöverfórešH11 datorenhetenmlïl för- positionsbestämning av kameran.

Vid kalibrering kan inmätning av CCD-kamerorna ske enligt ett automatiskt forfarande varvid en speciell markörenhet fästes i TV-kamerans obj ektinfástning, varefter CCD-kamerasystemet (eller spårningskamerasystemet) relativmäter markörenheten relativt den på TV-kameran anordnade markören under hela mätningsprocessen.

Medan vi har illustrerat och beskrivit endast ett föredraget utföringsexempel av uppfinningen, inses det att flera variationer och modifieringar inom ramen för de närslutna patentkraven kan förekomma. 10 15 515 HÄNVISNINGSBETECKNINGAR r-fl \O 20 föremål kamera datorenhet grafik datorenhet montage bild bild spårningskamera markörenhet markör stång 134

Claims (9)

1.0 20 25 30 515 134 _8,_ PATENTKRAV

1. Ett system i en virtuell studio och avsett for beröringsfri positionsbestämning av åtminstone en kamera (11) i en volym medelst en eller flera spårningskameror (18), kännetecknar därav, att kameran (1 1) är försedd med en markörenhet (19), som är synlig åtminstone från en spårningskamera (18), vilken spårningskamera genererar en signal irmehållande information om kamerans (1 1) position och/eller orientering, vilken information förrnedlas till en enhet fór ytterligare relevant mängd information utgörande en väsentligen behandling med avseende på en andra for studion sammanhängande huvudinfonnation.

2. System enligt patentkrav 1, kännetecknar därav, att spåmingskameran är en CCD bestyckad kamera.

3. - äëtßfaf-nliat Pfltæëfflv år r kännetecknar därav, att spårningskaineran arbetar inom IR-området.

4. System enligt patentkrav 1, kännetecknar därav, att spårningskameran kommunicerar med en datorenhet (14), vilken även är ansluten till kameran (1 l) för positionering av kameran (ll).

5. System enligt patentkrav 1, kännetecknar därav, att spårningskanierorna (18) är anordnade att mäta in markörenheten (19) varvid information om markörenhetens frihetsgrader betsärnmes.

6. System enligt patentkrav l, kännetecknar därav, 10 15 20 25 30 kännetecknad av, 515 134 _9.. att kamerans position bestämmes relativt ett till volymen hörande globalt koordinatsystem.

7. I en virtuell studio, en metod för beröringsfn' positionsbestänining av åtminstone en kamera (l 1) i en volym medelst en eller flera spårningskameror (18), kännetecknad av, att metoden innefattar stegen att - förse kameran (ll) med en markörenhet (19) synlig åtminstone från någon av spårningskamerorna (18), och - generera en signal innehållande information om kamerans (l 1) frihetsgrader medelst spårningskameran, och - förmedla informationen till en enhet för ytterligare behandling med avseende på en andra för studion relevant mängd information utgörande en väsentligen sammanhängande huvudinformation.

8. Metod enligt krav 7, att mäta in kamerans (l 1) bildupptagningsenhet relatera och de genererade fiihetsgraderna relateras till inmätningen.

9. Metod enligt krav 7, kännetecknad av, att inmätning av spårningskameroma kan ske enligt ett automatiskt förfarande varvid en speciell markörenhet fästes i TV-kamerans obj ektinfástning, varefter CCD-kamerasystemet spårningskamerasystemet relativmäter markörenheten relativt den på TV-kameran anordnade markören under hela mätningsprocessen. 515 134 _10... Föreliggande uppfinning avser en metod och ett system i en virtuell studio och avsett för beröringsfri positiensbestäwining av åtminstone en kamera (11) i en volym medelst en eller flera spârningskarneror (18). Kameran (11) är försedd med en markörenhet (19), som är synlig åtminstone från en spårningskamera (18). Spårningskameran genererar en signal innehållande' information om kamerans (11) position och/eller orientering, vilken information förmedlas till en enhet för ytterligare behandling med avseende på en andra för studion relevant mängd information utgörande en väsentligen sammanhängande huvudinformation. (Fig. 1)