虛擬演播室攝像機的運動參數如何獲?。?/h3>
Tag：虛擬,演播,演播室,攝像,攝像機,運動,參數,如何 2012-07-25 河南新杰新杰電子
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虛擬演播室攝像機的運動參數包括鏡頭運動參數(變焦zoom;聚焦focus;光圈zris)，機頭運動參數(搖移pan;俯仰tilt)，及空間位置參數(地面位置X、Y和高度Z)等。這些參數的獲取對虛擬演播室系統(tǒng)來說是至關重要的，它可直接影響到虛擬背景的生成。目前有兩種方式可獲得攝像機的這些運動參數，即機械跟蹤方式和圖像分析識別方式。
1)虛擬演播室攝像機機械跟蹤方式
這種攝像機跟蹤系統(tǒng)采集攝像機的位置及透視數據，它通常被安裝在三角架或基座之上。為測量攝像機的鏡頭運動參數，需要在攝像機鏡頭上安裝附加裝置。這個裝置中包含有傳感器和有關電子裝置，稱為鏡頭運動參數編碼器。這是一種精確的旋轉編碼器。鏡頭編碼器通過托架與鏡頭上變焦環(huán)和聚焦環(huán)的齒輪緊密咬合。當變焦環(huán)或聚焦環(huán)發(fā)生位置變化時，編碼器能夠檢測出上、下、左、右擺動的細微角度并將其編碼輸出。信息數據通常通過一些串行接口類型如RS-232或RS-422傳送給計算機。
攝像機的地面位置X、Y及高度Z也可用類似的編碼器方式測量，即用相應的傳感器檢測攝像機的升降和云臺腳的轉動，并對其參數值進行編碼。X、Y及Z跟蹤器允許傳感攝像機上、下、左、右全方位的信息，可以裝在滑軌或升降架上。不過，用這種方式測得的X、Y參數精度較低;另有一種測量X、Y參數的方法是讀條碼法。這種方法要求在云臺上安裝一個專用廣角攝像機，同時在演播室一面墻的底邊安裝有條形碼板，通過廣角攝像機掃描條形碼可測量出攝像云臺在演播室中的絕對位置。這種方式精度較高，但缺點是必須保證條形碼處于廣角攝像機的視野范圍之內，否則就無法確定位置。有些系統(tǒng)可同時使用兩種方式確定X、Y位置，即當廣角攝像機能拍攝到條形碼時，采用讀條形碼法，而當廣角攝像機無法拍攝到條形碼時(例如中間有遮擋物)，則自動轉到對云臺腳輪轉動的編碼方式。利用機械跟蹤方式有許多優(yōu)點，主要有：
(1)測量攝像機參數可以達到非常精確，旋轉角度可以達到0.001°，移動距離可以達到0.01毫米的精確度，工作穩(wěn)定，數據處理時間短。
(2)單顏色藍背景，無需用戶繪制背景墻，很容易照亮藍色背景而不用擔心照亮網格。攝像機運動不受限制，因此允許攝像機有更好的拍攝角度;演員更容易接受虛擬場景。演員在藍色舞臺范圍內可以任意速度自由活動，不受限制;自由使用真實的藍色支持道具，不用擔心遮擋網格。
(3) 跟蹤數據沒有延時?？梢?0Hz速率進行搖移、俯仰及變焦，無需額外的工作站處理跟蹤信息。
(4) 在合成拍攝過程中可以很容易處理陰影，無需進行額外的修補不足之處。
同時機械跟蹤系統(tǒng)也有許多缺點，由于這種方式必須在攝像機鏡頭及云臺上安裝專用編碼器，使得演播室中可使用的攝像機的種類及數量受到限制，一般只限于ENG/EFP型，并且每臺攝像機必須有一個跟蹤器;其次，不能使用手持式攝像機，因為攝像機的機械跟蹤系統(tǒng)部分過于龐大、笨重，增加了攝影師靈活使用的難度;再次，機械跟蹤需要對攝像機的鏡頭進行精確的測量，校正困難;最后就是定位，在拍攝之前，需要一個非常耗時的過程來獲取攝像機的初始位置和方向。$pagefy$
2)圖像分析識別方式
機械跟蹤方式是直接對攝像機的各種運動參數進行測量，而圖像分析識別方式與之截然不同，是利用圖像分析識別技術在拍攝期間同步控制并檢測攝象機的各項運動參數，包括位置參數(X、Y、Z)，水平轉動參數，垂直轉動參數和變焦參數，所有這些參數都被轉化成位置參數，這就使得攝像師能夠在拍攝過程中隨意移動攝象機，而且也不需要特殊的攝像機。目前已在使用的一種在藍箱正面有用淺藍色組成的網格圖案，而且正面是傾斜放置的。這種精確的網格圖案以兩種不同的藍色形狀繪制于籃背景上，藍背景整體采用與傳統(tǒng)演播室相同的藍色，因此仍可利用色鍵合成技術。攝像機拍攝這種圖案后，與計算機跟蹤軟件及硬件預先確定的模型進行對比，以確定物體與虛擬場景的透視關系及距離。所以，當啟動攝像機后，系統(tǒng)會對藍背景網格進行定位追蹤，利用圖像分析的方法檢測出其亮度的變化，通過計算機計算出每一幅圖像中由于攝象機運動而引起的水平位移、垂直位移及鏡頭變焦參數的變化。這些參數被送入圖形工作站中，控制著用計算機制作出的虛擬場景中的攝像機的運動，這樣，在虛擬的攝像機中看到的場景中的物體的位置及透視關系與實際拍攝的攝像機完全一致。這種圖像識別技術解決了用傳感器的攝像機系統(tǒng)所造成的限制及校準要求，便于攝影師能運用各種攝像機以不同的角度進行拍攝。數字視頻中包含有大量的數據流，需進行數億次的圖形計算，從而導致了圖形工作站產生的圖像滯后于現場攝象機拍攝畫面7～15個圖像幀的延遲。為了解決這個問題，虛擬演播室使用視頻和音頻延遲硬件以達到攝象機圖像和圖形工作站制作的背景圖像間的同步。傳輸中的延遲量取決于攝像機的跟蹤方法和圖形工作站的處理能力。
采用圖像分析法有很多優(yōu)點，最主要的是：
(1) 不需要對攝像機進行改造，無需鏡頭校準。
(2) 可直接使用演播室原有的攝像機，甚至是便攜式攝像機。
(3) 同一個跟蹤器可同時用于一個以上的攝象機。
(4) 攝像機可以不用軌道進行運動。
但這種方式也存在很多不足之處。
(1) 由于這種方式要對圖像進行分析、計算，所以數據處理時間長，加大了視頻延時量。
(2) 用這種方式獲得的攝像機運動參數的精度比機械傳感器的精度低。
(3) 當參考點不在當前視野時，跟蹤系統(tǒng)有可能失去方向，必須準確知道參考點的坐標，使攝象機移動時維持住正確的相對位置。在藍室內標記參考點也不是一件容易的事情，這種精確的藍色圖案必須被繪制在藍背景之上，它必須有別于藍底，這種藍色網格圖案在制作色鍵過程的陰影很難處理，同時合成后又應該是不可見的。攝像機拍攝不能垂直于藍色網格圖案，必須偏離30度角以上，否則不能準確定位。另外，這種藍色網格圖案很難保持良好的鍵的質量。
(4)當攝像機散焦或者攝取畫面中圖像信息量過少時，系統(tǒng)無法正常工作。為了保持精確的跟蹤，攝像機的焦點必須始終保證在網格上，真實的演員有時會顯得模糊。
以上兩種方式是虛擬演播室常用獲得攝象機運動參數的方法，各有千秋。如果需要了解其他或有廣播電視設備需求的朋友，可在線咨詢我們的客服!推薦閱讀>>>>>淺析虛擬演播室的應用途徑
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虛擬演播室攝像機的運動參數包括鏡頭運動參數(變焦zoom;聚焦focus;光圈zris)，機頭運動參數(搖移pan;俯仰tilt)，及空間位置參數(地面位置X、Y和高度Z)等。這些參數的獲取對虛擬演播室系統(tǒng)來說是至關重要的，它可直接影響到虛擬背景的生成。目前有兩種方式可獲得攝像機的這些運動參數，即機械跟蹤方式和圖像分析識別方式。
1)虛擬演播室攝像機機械跟蹤方式
這種攝像機跟蹤系統(tǒng)采集攝像機的位置及透視數據，它通常被安裝在三角架或基座之上。為測量攝像機的鏡頭運動參數，需要在攝像機鏡頭上安裝附加裝置。這個裝置中包含有傳感器和有關電子裝置，稱為鏡頭運動參數編碼器。這是一種精確的旋轉編碼器。鏡頭編碼器通過托架與鏡頭上變焦環(huán)和聚焦環(huán)的齒輪緊密咬合。當變焦環(huán)或聚焦環(huán)發(fā)生位置變化時，編碼器能夠檢測出上、下、左、右擺動的細微角度并將其編碼輸出。信息數據通常通過一些串行接口類型如RS-232或RS-422傳送給計算機。
攝像機的地面位置X、Y及高度Z也可用類似的編碼器方式測量，即用相應的傳感器檢測攝像機的升降和云臺腳的轉動，并對其參數值進行編碼。X、Y及Z跟蹤器允許傳感攝像機上、下、左、右全方位的信息，可以裝在滑軌或升降架上。不過，用這種方式測得的X、Y參數精度較低;另有一種測量X、Y參數的方法是讀條碼法。這種方法要求在云臺上安裝一個專用廣角攝像機，同時在演播室一面墻的底邊安裝有條形碼板，通過廣角攝像機掃描條形碼可測量出攝像云臺在演播室中的絕對位置。這種方式精度較高，但缺點是必須保證條形碼處于廣角攝像機的視野范圍之內，否則就無法確定位置。有些系統(tǒng)可同時使用兩種方式確定X、Y位置，即當廣角攝像機能拍攝到條形碼時，采用讀條形碼法，而當廣角攝像機無法拍攝到條形碼時(例如中間有遮擋物)，則自動轉到對云臺腳輪轉動的編碼方式。利用機械跟蹤方式有許多優(yōu)點，主要有：
(1)測量攝像機參數可以達到非常精確，旋轉角度可以達到0.001°，移動距離可以達到0.01毫米的精確度，工作穩(wěn)定，數據處理時間短。
(2)單顏色藍背景，無需用戶繪制背景墻，很容易照亮藍色背景而不用擔心照亮網格。攝像機運動不受限制，因此允許攝像機有更好的拍攝角度;演員更容易接受虛擬場景。演員在藍色舞臺范圍內可以任意速度自由活動，不受限制;自由使用真實的藍色支持道具，不用擔心遮擋網格。
(3) 跟蹤數據沒有延時?？梢?0Hz速率進行搖移、俯仰及變焦，無需額外的工作站處理跟蹤信息。
(4) 在合成拍攝過程中可以很容易處理陰影，無需進行額外的修補不足之處。
同時機械跟蹤系統(tǒng)也有許多缺點，由于這種方式必須在攝像機鏡頭及云臺上安裝專用編碼器，使得演播室中可使用的攝像機的種類及數量受到限制，一般只限于ENG/EFP型，并且每臺攝像機必須有一個跟蹤器;其次，不能使用手持式攝像機，因為攝像機的機械跟蹤系統(tǒng)部分過于龐大、笨重，增加了攝影師靈活使用的難度;再次，機械跟蹤需要對攝像機的鏡頭進行精確的測量，校正困難;最后就是定位，在拍攝之前，需要一個非常耗時的過程來獲取攝像機的初始位置和方向。$pagefy$
2)圖像分析識別方式
機械跟蹤方式是直接對攝像機的各種運動參數進行測量，而圖像分析識別方式與之截然不同，是利用圖像分析識別技術在拍攝期間同步控制并檢測攝象機的各項運動參數，包括位置參數(X、Y、Z)，水平轉動參數，垂直轉動參數和變焦參數，所有這些參數都被轉化成位置參數，這就使得攝像師能夠在拍攝過程中隨意移動攝象機，而且也不需要特殊的攝像機。目前已在使用的一種在藍箱正面有用淺藍色組成的網格圖案，而且正面是傾斜放置的。這種精確的網格圖案以兩種不同的藍色形狀繪制于籃背景上，藍背景整體采用與傳統(tǒng)演播室相同的藍色，因此仍可利用色鍵合成技術。攝像機拍攝這種圖案后，與計算機跟蹤軟件及硬件預先確定的模型進行對比，以確定物體與虛擬場景的透視關系及距離。所以，當啟動攝像機后，系統(tǒng)會對藍背景網格進行定位追蹤，利用圖像分析的方法檢測出其亮度的變化，通過計算機計算出每一幅圖像中由于攝象機運動而引起的水平位移、垂直位移及鏡頭變焦參數的變化。這些參數被送入圖形工作站中，控制著用計算機制作出的虛擬場景中的攝像機的運動，這樣，在虛擬的攝像機中看到的場景中的物體的位置及透視關系與實際拍攝的攝像機完全一致。這種圖像識別技術解決了用傳感器的攝像機系統(tǒng)所造成的限制及校準要求，便于攝影師能運用各種攝像機以不同的角度進行拍攝。數字視頻中包含有大量的數據流，需進行數億次的圖形計算，從而導致了圖形工作站產生的圖像滯后于現場攝象機拍攝畫面7～15個圖像幀的延遲。為了解決這個問題，虛擬演播室使用視頻和音頻延遲硬件以達到攝象機圖像和圖形工作站制作的背景圖像間的同步。傳輸中的延遲量取決于攝像機的跟蹤方法和圖形工作站的處理能力。
采用圖像分析法有很多優(yōu)點，最主要的是：
(1) 不需要對攝像機進行改造，無需鏡頭校準。
(2) 可直接使用演播室原有的攝像機，甚至是便攜式攝像機。
(3) 同一個跟蹤器可同時用于一個以上的攝象機。
(4) 攝像機可以不用軌道進行運動。
但這種方式也存在很多不足之處。
(1) 由于這種方式要對圖像進行分析、計算，所以數據處理時間長，加大了視頻延時量。
(2) 用這種方式獲得的攝像機運動參數的精度比機械傳感器的精度低。
(3) 當參考點不在當前視野時，跟蹤系統(tǒng)有可能失去方向，必須準確知道參考點的坐標，使攝象機移動時維持住正確的相對位置。在藍室內標記參考點也不是一件容易的事情，這種精確的藍色圖案必須被繪制在藍背景之上，它必須有別于藍底，這種藍色網格圖案在制作色鍵過程的陰影很難處理，同時合成后又應該是不可見的。攝像機拍攝不能垂直于藍色網格圖案，必須偏離30度角以上，否則不能準確定位。另外，這種藍色網格圖案很難保持良好的鍵的質量。
(4)當攝像機散焦或者攝取畫面中圖像信息量過少時，系統(tǒng)無法正常工作。為了保持精確的跟蹤，攝像機的焦點必須始終保證在網格上，真實的演員有時會顯得模糊。
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