电视虚拟系统中光学跟踪技术的研究与应用
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有 在 实施 环 境 下 确 保 虚 拟 元 素 与 摄 像 机 的 完 全 匹配 才 能
使 虚 实 间 具 有 良好 的 运 动 透 视 关 系 ．达 到 虚 拟 场 景 的 完 美
融合、
红 外 传 感 方 式 是 通 过 在 摄 像 机 上 安 装 的 红 外 发 射 器
现代 电视 枝术 １ ３２
光 学 跟 踪 技 术 是 有 别于 传 统 定 位 跟 踪 技 术 的 另 一 种 全 新 方 法 ，它 根 据 光 学 感 应 ，基 于 视 差 原 理 ．利 用 跟 踪 摄 像 机 获 取 黑 白 图 像 ．通 过 计 算 拍 摄 图像 和 跟 踪 摄 像 机 图 像 对
应点 间的位置偏 差 ．计算 出这个点在 相机坐标 系下的三维
２【 】 １ ７． ８
技
木
与
艺
术
并在演 播室各 个点安 装多个红 外接 收器 ．利用红 外线测 距
原 理 ．通 过 在 演 播 室 设 置 参 考 点 确 立 坐 标 系 ．进 而 确 定 摄
头 拍摄 但 定位过 程复杂 ，且 可移动机 位类型较 少 ．更多
的 是 做 固 定 机 位 的 推 拉 摇 移 。 而 红 外 摄 像 头 拍 摄 方 式 中 的 红 外 接 收 技 术 易 受 演 播 室 内 热 光 源 干 扰 ，稳 定 性 较 差 。且 红 外 摄 像 机 与 接 收 器 之 间 不 能 有 遮 挡 ．对 道 具 放 置 要 求 比 较 苛 刻 。所 以在 实 际 使 用过 程 中 ．有 人 选 择 了 传 感 器 和 网 格 结 合 的 跟 踪 定 位 方 式 ．或 者 把 网格 跟 踪 技 术 与 红 外 线 定
的拍摄角度和镜头的推拉程度。
节 目的 制 作 过 程 中 。 虚 拟 演 播 室 是 在 传 统 色 键 抠 像 演 播 室 上 派 生 出 来 的 一 种 技 术 而 虚 拟 植 入 技 术 目前 也 越 来 越 广 泛 地 应 用 于 体 育 赛 事 转 播 、大 型 综 艺 晚 会 的 制 作 中 。通 过 设 计 师 的 创 作 虚 拟 物 件 或 场 景 能 够 对 传 统 舞 美 、 灯 光 道 具 、大 屏 幕 进 行 补 充 甚 至 是 替 代 虚 拟 画 面 丰 富 着 媒 体
光学跟踪系统组件简单 ．一般 由跟踪摄像机，连接器、
镜 头 编 码 器 、接 线 盒 和 服 务 器 五 部 分 组 成 。跟 踪 摄 像 机 根 据 不 同 厂 家 配 置 ，一 般 为 一 个 或 两 个 广 角 黑 白摄 像 机 ．视
置 ．把跟踪数据实时传给渲染服务器完成合成工作。
机 械 跟 踪 定 位 技 术 是 指 在 摄像 机 的 横摇 俯 仰 、 变 焦 、聚 焦 、光 圈 的 机 械 转动位 置安装 咬合齿 轮。 当 摄 像 机 机 头 运 动 时 ．各 个 传 感 器 可 以 检 测 到 齿 轮 的 旋 转 角 度 变 化 ．并 对 变
拟 技 术 主 要 以 虚拟 演 播 室 和 虚 拟 植 入 两 种 方 式 应 用 于 电 视
一
定 识 别 特 征 的 深 蓝 色 格 子 ．进 行 匹配 识 别 并 由 此 获 知 摄
像 机 的 推 拉 及 方 向 变 化 。 因 为蓝 板 上 蓝 格 子 的排 列 及 大 小 是 有 一 定 特 征 变 化 ，计 算 机 可 以 根 据 摄 像 机 拍 摄 的 图 案 判 断 出摄 像 机 拍 摄 的 是 蓝 格 子 的 哪 一 部 分 从 而 知 道 摄 像 机
中央 电视台 昌 力
传 统 的 图 像 跟 踪 技 术 包 括 网 格 跟 踪 、 红 外 跟 踪 及 机 械 跟 踪 三 种 通 过 这 三 种 方 式 可 以 将 摄 像 机 的 运 动 变 化 转 换 成 数 据 参 数 ．生 成 跟 踪 信 息 ．使 虚 拟 元 素 与 摄 像 机 的 运 动
像机 的位置 ．获得机位运动参数 。此外 ，还可 以在表演者身 上安 装红 外发射器 ．前景人物 就可 以处于虚拟 场景 的任何
位 置 ，可 以走 到 虚 拟物 体 之 前 、后 ．甚 至是 虚拟 物 体 之 中 。
位技术 相结合 。但技术结合 的方式 仅能解 决部分 问题 ．却 无法从根本上得到改善 ．且无形 中增加 了使用成本 。
保持同步。
网格跟 踪定位 技术是 应用于 虚拟 演播室 的常用技 术 ．
它 可 将 画 面 背 景 与 虚 拟 场 景 相 匹 配 ．使 实 际 拍 摄 的 物 体 或 人物 “ 放 置 ”于 虚 拟 空 间 上 。 它 需 要 在 蓝 背 景 板 上 绘 制 有
电 视 虚 拟 系 统 是 计 算 机 图 形 学 、传 感 技 术 、 人 工 智 能 等 多 种 技 术 交 叉 集 成 的 综 合 产 物 。 它 可 以将 计 算 机 制 作 的 虚 拟 三 维 场 景 与 电 视 摄 像 机 现 合 成 ．在 摄 像 机 景 别 变 化 的 同 时 保 持 虚 拟 三 维 场 景 的 同步 变 化 ．从 而 实 现 二 者 天 衣 无缝 地 融 合 。 目前 虚
坐 标 。当跟 踪 摄 像 机 和 主 摄 像机 同 时拍 摄 同一 个 测 试 图 时 ．
纺血办跟踪定 方式在瘗 演 播室 的应用
通过 分析 比对它们得到 的图像 ．系统能够精确 算 出跟 踪摄
像 机 是 如 何 装 在 主 摄 像 机 上 的 从 而 得 到 主 摄 像 机 的 位
舞 台 ．已 经 成 为 电 视 节 目制作 过 程 中锦 上添 花 的 重要 部 分 。 在 虚 拟 演 播 室 和 虚 拟 植 八 技 术 系 统 中 ， 如 何 让 虚 拟 的
场景 或动 画与拍摄 的摄像机 实际 画面进行 精准定位 ：如何
在 镜 头 推 拉 摇 移 的 过 程 中始 终 保 持 同 步 是 问 题 的 关 键 ． 只
使 虚 实 间 具 有 良好 的 运 动 透 视 关 系 ．达 到 虚 拟 场 景 的 完 美
融合、
红 外 传 感 方 式 是 通 过 在 摄 像 机 上 安 装 的 红 外 发 射 器
现代 电视 枝术 １ ３２
光 学 跟 踪 技 术 是 有 别于 传 统 定 位 跟 踪 技 术 的 另 一 种 全 新 方 法 ，它 根 据 光 学 感 应 ，基 于 视 差 原 理 ．利 用 跟 踪 摄 像 机 获 取 黑 白 图 像 ．通 过 计 算 拍 摄 图像 和 跟 踪 摄 像 机 图 像 对
应点 间的位置偏 差 ．计算 出这个点在 相机坐标 系下的三维
２【 】 １ ７． ８
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木
与
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术
并在演 播室各 个点安 装多个红 外接 收器 ．利用红 外线测 距
原 理 ．通 过 在 演 播 室 设 置 参 考 点 确 立 坐 标 系 ．进 而 确 定 摄
头 拍摄 但 定位过 程复杂 ，且 可移动机 位类型较 少 ．更多
的 是 做 固 定 机 位 的 推 拉 摇 移 。 而 红 外 摄 像 头 拍 摄 方 式 中 的 红 外 接 收 技 术 易 受 演 播 室 内 热 光 源 干 扰 ，稳 定 性 较 差 。且 红 外 摄 像 机 与 接 收 器 之 间 不 能 有 遮 挡 ．对 道 具 放 置 要 求 比 较 苛 刻 。所 以在 实 际 使 用过 程 中 ．有 人 选 择 了 传 感 器 和 网 格 结 合 的 跟 踪 定 位 方 式 ．或 者 把 网格 跟 踪 技 术 与 红 外 线 定
的拍摄角度和镜头的推拉程度。
节 目的 制 作 过 程 中 。 虚 拟 演 播 室 是 在 传 统 色 键 抠 像 演 播 室 上 派 生 出 来 的 一 种 技 术 而 虚 拟 植 入 技 术 目前 也 越 来 越 广 泛 地 应 用 于 体 育 赛 事 转 播 、大 型 综 艺 晚 会 的 制 作 中 。通 过 设 计 师 的 创 作 虚 拟 物 件 或 场 景 能 够 对 传 统 舞 美 、 灯 光 道 具 、大 屏 幕 进 行 补 充 甚 至 是 替 代 虚 拟 画 面 丰 富 着 媒 体
光学跟踪系统组件简单 ．一般 由跟踪摄像机，连接器、
镜 头 编 码 器 、接 线 盒 和 服 务 器 五 部 分 组 成 。跟 踪 摄 像 机 根 据 不 同 厂 家 配 置 ，一 般 为 一 个 或 两 个 广 角 黑 白摄 像 机 ．视
置 ．把跟踪数据实时传给渲染服务器完成合成工作。
机 械 跟 踪 定 位 技 术 是 指 在 摄像 机 的 横摇 俯 仰 、 变 焦 、聚 焦 、光 圈 的 机 械 转动位 置安装 咬合齿 轮。 当 摄 像 机 机 头 运 动 时 ．各 个 传 感 器 可 以 检 测 到 齿 轮 的 旋 转 角 度 变 化 ．并 对 变
拟 技 术 主 要 以 虚拟 演 播 室 和 虚 拟 植 入 两 种 方 式 应 用 于 电 视
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定 识 别 特 征 的 深 蓝 色 格 子 ．进 行 匹配 识 别 并 由 此 获 知 摄
像 机 的 推 拉 及 方 向 变 化 。 因 为蓝 板 上 蓝 格 子 的排 列 及 大 小 是 有 一 定 特 征 变 化 ，计 算 机 可 以 根 据 摄 像 机 拍 摄 的 图 案 判 断 出摄 像 机 拍 摄 的 是 蓝 格 子 的 哪 一 部 分 从 而 知 道 摄 像 机
中央 电视台 昌 力
传 统 的 图 像 跟 踪 技 术 包 括 网 格 跟 踪 、 红 外 跟 踪 及 机 械 跟 踪 三 种 通 过 这 三 种 方 式 可 以 将 摄 像 机 的 运 动 变 化 转 换 成 数 据 参 数 ．生 成 跟 踪 信 息 ．使 虚 拟 元 素 与 摄 像 机 的 运 动
像机 的位置 ．获得机位运动参数 。此外 ，还可 以在表演者身 上安 装红 外发射器 ．前景人物 就可 以处于虚拟 场景 的任何
位 置 ，可 以走 到 虚 拟物 体 之 前 、后 ．甚 至是 虚拟 物 体 之 中 。
位技术 相结合 。但技术结合 的方式 仅能解 决部分 问题 ．却 无法从根本上得到改善 ．且无形 中增加 了使用成本 。
保持同步。
网格跟 踪定位 技术是 应用于 虚拟 演播室 的常用技 术 ．
它 可 将 画 面 背 景 与 虚 拟 场 景 相 匹 配 ．使 实 际 拍 摄 的 物 体 或 人物 “ 放 置 ”于 虚 拟 空 间 上 。 它 需 要 在 蓝 背 景 板 上 绘 制 有
电 视 虚 拟 系 统 是 计 算 机 图 形 学 、传 感 技 术 、 人 工 智 能 等 多 种 技 术 交 叉 集 成 的 综 合 产 物 。 它 可 以将 计 算 机 制 作 的 虚 拟 三 维 场 景 与 电 视 摄 像 机 现 合 成 ．在 摄 像 机 景 别 变 化 的 同 时 保 持 虚 拟 三 维 场 景 的 同步 变 化 ．从 而 实 现 二 者 天 衣 无缝 地 融 合 。 目前 虚
坐 标 。当跟 踪 摄 像 机 和 主 摄 像机 同 时拍 摄 同一 个 测 试 图 时 ．
纺血办跟踪定 方式在瘗 演 播室 的应用
通过 分析 比对它们得到 的图像 ．系统能够精确 算 出跟 踪摄
像 机 是 如 何 装 在 主 摄 像 机 上 的 从 而 得 到 主 摄 像 机 的 位
舞 台 ．已 经 成 为 电 视 节 目制作 过 程 中锦 上添 花 的 重要 部 分 。 在 虚 拟 演 播 室 和 虚 拟 植 八 技 术 系 统 中 ， 如 何 让 虚 拟 的
场景 或动 画与拍摄 的摄像机 实际 画面进行 精准定位 ：如何
在 镜 头 推 拉 摇 移 的 过 程 中始 终 保 持 同 步 是 问 题 的 关 键 ． 只