专利名称：虚拟演播室系统中前景景深识别装置及方法
技术领域：
本发明涉及虚拟演播室系统中前景景深识别技术，具体涉及一种虚拟演播室系统中采用辅助摄像机进行无接触式跟踪的前景景深识别装置及方法。
背景技术：
虚拟演播室技术经过近十年的发展已经取得了巨大的进步，目前逐渐进入应用阶段。但是，作为虚拟演播室系统中的关键技术之一的前景物体(主持人)移动位置参数测定及主持人到主摄像机的景深定位技术，目前只有国外某厂商推出了一种基于红外识别的主持人景深定位系统，国内及国外其它的众多厂商尚无解决方案。
基于红外识别的主持人景深定位系统原理如下在主持人的身上(通常是身后腰部)装上红外发射源，在主持人的上方装有一定数量的红外摄像机，系统通过红外摄像机检测红外源的位置变化而计算出前景物体(主持人)的运动参数并计算出主持人到主摄像机的景深参数。这种方案的优点是属于无接触式跟踪，使用方便；缺点则非常明显对主持人有限制——需要在主持人身上安装红外发射源，因此对主持人的着装、运动(不能转身，否则红外发射源会被前景摄像机拍摄到而影响节目质量)等都有要求；为了能保证红外摄像机能准确拍摄到红外源，对摄像机的数量、安装位置和姿态、蓝屏演播室的大小、主持人的位置和姿态等都有很多要求；由于任何物体在任何温度下都能发射不同波段的红外线，而且随着温度不同红外线的当量和波段也不同，因此该系统受环境光及热光源的影响极大，加上本来演播室的热光源比较多，因而系统不稳定，精度也会受影响。
鉴于以上原因，基于红外识别的主持人景深定位系统实际上很难应用，这也严重的制约了虚拟演播室系统功能的发挥及市场推广。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种识别精度高、抗干扰能力强和稳定性可靠的虚拟演播室系统中前景景深识别装置及方法。
本发明的目的是这样实现的一种虚拟演播室系统中前景景深识别装置，它包括设置在蓝屏演播室前方的前景摄像机10，其特征在于在演播室蓝箱1上安装有辅助摄像机2，辅助摄像机2通过视频线3与景深识别机4内的视频图像采集卡5的输入端连接，视频图像采集卡5用于实时采集辅助摄像机2的视频信号，三维渲染机7通过网线6与景深识别机4连接，同时通过网线6与控制机8连接，前景摄像机10通过视频线9与控制机8连接。
一种虚拟演播室系统中前景景深识别方法，其特征在于在演播室蓝箱任意位置安装一台辅助摄像机2，镜头对准蓝屏演播室内前景物体的活动空间，通过视频图像采集卡5实时采集辅助摄像机2的视频信号，利用蓝屏演播室内色彩和亮度的特殊性，根据采集的图像的色彩和亮度信息，采用图像处理的方法识别前景物体的像素位置，然后再通过三维渲染机7计算出前景物体的真实空间位置，最后通过控制机8计算出的前景摄像机10的真实空间位置而最终计算出前景物体到前景摄像机10的距离，即前景物体的景深定位。
本发明与现有技术相比具有以下优点本发明属于无接触式跟踪定位，使用方便，对前景物体即主持人的着装、运动等无任何要求，抗干扰能力强，受环境光影响小，跟踪精度高，稳定性强，不受温度、声波等影响，为虚拟演播室系统中主持人景深定位问题提供了一种完美的解决方案。
图1为本发明虚拟演播室系统中前景景深识别装置的结构示意图。
具本实施方式如图1所示的本发明虚拟演播室系统中前景景深识别装置，它包括设置在蓝屏演播室前方的前景摄像机10，在演播室蓝箱1任意位置安装有一台辅助摄像机2，辅助摄像机2通过视频线3与景深识别机4内的视频图像采集卡5的输入端连接，视频图像采集卡5用于实时采集辅助摄像机2的视频信号，三维渲染机7通过网线6与景深识别机4连接，同时通过网线6与控制机8连接，前景摄像机10通过视频线9与控制机8连接。通过调整辅助摄像机2的角度，使得前景物体即主持人的活动范围全部落入辅助摄像机2的视角。
所述辅助摄像机2为普通的彩色摄像机或黑白摄像机。
视频图像采集卡5为普通的图像采集卡，能够按帧速率采集即可。辅助摄像机2的视频信号由景深识别机4内的视频图像采集卡5实时采集，采集到的图像依据色彩和亮度信息经过图像识别和计算后即可得到前景物体即主持人当前的空间坐标，再结合虚拟演播室的控制机8提供的前景摄像机10位置信息即可计算出前景物体即主持人的景深信息，最后用于虚拟演播室的背景图像三维渲染机7，从而使得前景物体在虚拟场景中的穿越、遮挡功能自动完成，使得虚拟场景和前景物体的结合更加真实化。
本发明中的景深识别机4、三维渲染机7和控制机8为计算机，所要求的配置可选用标准的PC电脑，主频要求在2.4G以上，内存在256M以上。
本发明虚拟演播室系统中前景景深识别方法为在演播室蓝箱1任意位置安装一台辅助摄像机2，镜头对准蓝屏演播室内前景物体的活动空间，通过视频图像采集卡5实时采集辅助摄像机2的视频信号，利用蓝屏演播室内色彩和亮度的特殊性，根据采集的图像的色彩和亮度信息，采用图像处理的方法识别前景物体的像素位置，然后再通过三维渲染机7计算出前景物体的真实空间位置，最后通过控制机8计算出的前景摄像机10的真实空间位置而最终计算出前景物体到前景摄像机10的距离，即前景物体的景深定位。
综上所述，本系统采用辅助摄像机拍摄及图像识别的方法计算前景物体的景深定位，由于虚拟演播室系统中蓝屏演播室(或其它色彩的演播室)色彩的特殊性及其光源的稳定性，使得本方案克服了前景物体红外景深识别的全部缺点，而且主持人景深定位的精度、抗干扰能力、稳定性等各项指标提到了前所未有的高度，为虚拟演播室系统中主持人景深定位问题提供了一种完美的解决方案。
在虚拟演播室系统中，凡是在演播室内任意位置上使用辅助摄像机进行图像拍摄，以拍摄图像的色彩或亮度信息对前景物体(主持人)进行运动位置参数测定及主持人到主摄像机的景深定位的，均属于该专利的保护范围。
权利要求
1.一种虚拟演播室系统中前景景深识别装置，它包括设置在蓝屏演播室前方的前景摄像机(10)，其特征在于在演播室蓝箱(1)上安装有辅助摄像机(2)，辅助摄像机(2)通过视频线(3)与景深识别机(4)内的视频图像采集卡(5)的输入端连接，视频图像采集卡(5)用于实时采集辅助摄像机(2)的视频信号，三维渲染机(7)通过网线(6)与景深识别机(4)连接，同时通过网线(6)与控制机(8)连接，前景摄像机(10)通过视频线(9)与控制机(8)连接。
2.根据权利要求1所述的虚拟演播室系统中前景景深识别装置，其特征在于所述辅助摄像机(2)为普通的彩色摄像机或黑白摄像机。
3.一种虚拟演播室系统中前景景深识别方法，其特征在于在演播室蓝箱任意位置安装一台辅助摄像机(2)，镜头对准蓝屏演播室内前景物体的活动空间，通过视频图像采集卡(5)实时采集辅助摄像机(2)的视频信号，利用蓝屏演播室内色彩和亮度的特殊性，根据采集的图像的色彩和亮度信息，采用图像处理的方法识别前景物体的空间位置，然后再将位置信息传送给三维渲染机(7)，使三维渲染机(7)算出的场景景深关系与前景摄像机(10)拍摄的前景中活动目标的景深关系完全一致即前景物体的景深定位。
全文摘要
本发明提供了一种虚拟演播室系统中前景景深识别装置及方法，该装置包括前景摄像机和安装在演播室蓝箱任意位置的一个辅助摄像机，景深识别机和三维渲染机及控制机，景深识别机内设有视频图像采集卡。该方法是将辅助摄像机镜头对准蓝屏演播室内前景物体的活动空间，通过视频图像采集卡实时采集辅助摄像机的视频信号，根据采集图像的色彩和亮度信息，用图像处理方法识别前景物体的空间位置，三维渲染机根据景深计算出前景物体的真实空间位置，使其渲染的虚拟场景的景深关系与节目主持人的景深关系完全一致。本发明抗干扰能力强，受环境光影响小，稳定性强，不受温度、声波等影响。
文档编号H04N5/262GK1731832SQ20051004305
公开日2006年2月8日 申请日期2005年8月4日 优先权日2005年8月4日
发明者阴建林, 肖宗坤 申请人:西安宏源视讯设备有限责任公司