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在虛擬演播室應用過程中,涉及眾多關鍵的技術,這些技術的有機組合,成就了最終實用的虛擬演播室。

一、攝像機跟蹤技術

要使前景圖像與虛擬背景之間實現(xiàn)天衣無縫的結合, 攝像機跟蹤系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性至關重要。如果傳送給圖形工作站的數(shù)據(jù)信息沒能準確反映真實攝像機的運動參數(shù),前景圖像看起來就像漂浮在背景上，這就無異于傳統(tǒng)的演播室系統(tǒng),無法體現(xiàn)虛擬演播室系統(tǒng)的優(yōu)點。

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利用攝像機跟蹤技術的目的在于將攝像機當前的位置方向、鏡頭參數(shù)通過RS-422或RS-232接口輸入到一套計算機系統(tǒng)中,計算機通過編碼處理后將控制數(shù)據(jù)輸入到制作虛擬攝像機的另一套計算機系統(tǒng)中。根據(jù)這些控制數(shù)據(jù),制作虛擬背景的應用軟件就會來調(diào)整虛擬場景的虛擬攝像機的位置、方向和鏡頭的運動參數(shù)等,從而使前后景象實現(xiàn)同步。

目前,虛擬演播室中的跟蹤技術可分為以下幾種方式。

1.電子跟蹤系統(tǒng)

在成熟穩(wěn)定的技術的基礎上,電子跟蹤系統(tǒng)在虛擬演播室的所有跟蹤系統(tǒng)中可能是最精確、最準確的跟蹤方式。它的工作原理是系統(tǒng)直接將采集到的攝像機的運動參數(shù)轉換為電子脈沖，進行處理。 處理后的數(shù)據(jù)將被傳送給虛擬演播室系統(tǒng)。

根據(jù)攝像機運動的主體一云臺 ,可以把電子跟蹤系統(tǒng)劃分為機械云臺工作方式和電動云臺工作方式。

1)機械云臺工作方式

在機械云臺工作方式下,因為攝像機的運動由攝像師直接操控,所以該方式下的機電跟蹤系統(tǒng)由改進后的攝像機云臺、腳輪或升降桿等裝置、編碼器、傳感器和相應的電子設備組成。

2)電動云臺工作方式

在電動云臺工作方式下,通過云臺控制器或綜合控制器遠程控制攝像機的運動。由于電動云臺本身就包含了電動設備和編碼器,因此只需和系統(tǒng)連接即可將攝像機的運動參數(shù)提取出來。

電子跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)點如下:

(1)無延遲獲取攝像機的運動參數(shù)。
(2)支持多臺攝像機。
(3)攝像機可自由搖移、俯仰、變焦和聚焦，也可以結合導軌、升降臺、吊臂進行拍攝。
(4)可靠性高，精度高,跟蹤準確。
(5)安裝簡單,操作方便。

但電子跟蹤系統(tǒng)也有明顯的缺陷,主要表現(xiàn)在以下幾方面。

(1)機械云臺校正時間較長,若跟蹤系統(tǒng)重新啟動,必須要再次進行演播室校正。
(2)若要增加攝像機則需要增加相應的跟蹤裝置。
(3)攝像機只能進行有限程度的活動。
(4)安裝成本較高。

2.圖像分析識別系統(tǒng)

圖像分析識別系統(tǒng)實際上是種"運動估測算法" 。該系統(tǒng)是在攝像機攝取的圖像的基礎上,對運動畫面進行精確的計算,從而獲得攝像機的各項運動參數(shù)。該系統(tǒng)涉及的計算較多,需要對攝像機運動前后拍攝的圖像進行邊緣處理、透視關系變化分析、 圖像模塊匹等計算,從而得出系統(tǒng)所需的攝像機的運動參數(shù)和位置捕捉參數(shù)。

圖像分析識別系統(tǒng)可分為模式識別方式和背景圖像識別方式。

1)模式識別方式

模式識別方式又被稱做網(wǎng)格識別方式。即首先在演播室的藍色背景下繪制兩種深淺程度不同的圖形,然后確定虛擬演播室的最初值。當攝像機的機械運動參數(shù)發(fā)生變化時,背景圖形的特征也會相應改變。通過測試圖形的變化,就可以得知攝像機的運動參數(shù),從而可以確定演員和虛擬場景的透視關系和距離。

2)背景圖像識別方式

背景圖像識別方式與模式識別方式的工作流程大致相同,區(qū)別在于背景圖像識別方式?jīng)]有設置固定的圖案模式,而是以實際的背景圖案作為預定模式儲存于計算機中。這種方式下,增加了拍攝的自由度,但會使延遲時間變得更長。 圖像分析識別系統(tǒng)的優(yōu)點如下:

(1)相較于之前電子跟蹤系統(tǒng)方式下的跟蹤技術,圖像分析識別系統(tǒng)不需要安裝附加裝置，例如傳感器、 編碼器等設備。
(2)對攝象機沒有特殊要求,即便是演播室原有攝像機也可以被采用。
(3)拍攝過程中攝像師較自由，可隨意移動攝像機,發(fā)揮的空間更多。
(4)一臺跟蹤器可跟蹤多個攝像機，相較于電子跟蹤系統(tǒng),在增加機位時成本較低。

圖像分析識別系統(tǒng)的缺點如下:

(1)系統(tǒng)需要藍幕上精確的藍色網(wǎng)格圖案作為參考,因此攝像機必須探測到一定數(shù)量的網(wǎng)格才能保持跟蹤。這樣使得攝像師在接近拍攝物體或者拍攝特寫時,系統(tǒng)有可能丟失跟蹤信號,從而會使演員的活動范圍受到一定的限制。
(2)由于要對每幅畫面進行精確的計算,數(shù)據(jù)的分析和計算會延長視頻延時時間。
(3)由于網(wǎng)格圖案是由不同深淺程度的藍格組成的,因此對虛擬演播室內(nèi)的布光要求很高,同時對色鍵器的質(zhì)量要求也較為嚴格。