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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天衣無縫的結合, 攝像機跟蹤系統的精確度和穩定性至關重要。如果傳送給圖形工作站的數據信息沒能準確反映真實攝像機的運動參數,前景圖像看起來就像漂浮在背景上，這就無異于傳統的演播室系統,無法體現虛擬演播室系統的優點。

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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、鏡頭參數通過RS-422或RS-232接口輸入到一套計算機系統中,計算機通過編碼處理后將控制數據輸入到制作虛擬攝像機的另一套計算機系統中。根據這些控制數據,制作虛擬背景的應用軟件就會來調整虛擬場景的虛擬攝像機的位置、方向和鏡頭的運動參數等,從而使前后景象實現同步。

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

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

根據攝像機運動的主體一云臺 ,可以把電子跟蹤系統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,因此只需和系統連接即可將攝像機的運動參數提取出來。

電子跟蹤系統的優點如下:

(1)無延遲獲取攝像機的運動參數。
(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。

但電子跟蹤系統也有明顯的缺陷,主要表現在以下幾方面。

(1)機械云臺校正時間較長,若跟蹤系統重新啟動,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

圖像分析識別系統實際上是種"運動估測算法" 。該系統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。該系統涉及的計算較多,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,從而得出系統所需的攝像機的運動參數和位置捕捉參數。

圖像分析識別系統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發生變化時,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,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,區別在于背景圖像識別方式沒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。 圖像分析識別系統的優點如下:

(1)相較于之前電子跟蹤系統方式下的跟蹤技術,圖像分析識別系統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,在增加機位時成本較低。

圖像分析識別系統的缺點如下:

(1)系統需要藍幕上精確的藍色網格圖案作為參考,因此攝像機必須探測到一定數量的網格才能保持跟蹤。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,數據的分析和計算會延長視頻延時時間。
(3)由于網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的布光要求很高,同時對色鍵器的質量要求也較為嚴格。