中国科技论文简述虚拟演播室系统(2)
(2)基于图形分析系统 该方式需要把一个精确的网络图案以两种不同的蓝色形状绘制于蓝背景上，通过摄像机识别这种图案并与计算机跟踪软件及硬件，预先确定的模型进行对比，以确定物体与虚拟背景的透视关系及距离。 该系统精度较高，无需镜头校准，同时摄像机可以不同轨道进行运动，但该系统在对蓝色网格图案制作色键过程中的阴影很难处理，很难保持良好的键的质量，摄像机拍摄不能垂直于蓝色网格图案，必须偏离30度角以上，否则不能准确定位，而且摄像机必须同时观察4个网格点以保持跟踪，这就不可能对人物进行特写镜头的拍摄，摄像机必须缓慢移动以避免跟踪混淆引起跳帧。还有一点，此系统需要额外的工作站把网格坐标信息转换为摇移，俯仰及变焦坐标信息供图形计算机使用，这样图案辨识的延时有时高达8至12帧。鉴于上述须待解决的若干问题，网格识别方案在目前的虚拟演播室系统中使用的不多。
2.计算机虚拟场景生成部分
虚拟演播室的场景是计算机绘制的图形，计算机绘图有二维和三维之分，因而虚拟场景也有二维和三维之分，二维场景没有厚度，只是一个平面图形，所以二维虚拟场景只能作为背景平面，出现在真实人物的后面，而三维虚拟场景中的景物具有Z方向的厚度，是立体的，以背景中的一个长方体为例，长方体是一种六面体，其底面和背面一般是看不见的。然而随拍摄角度的不同，有可能看见其正面，侧面和顶面。在计算机中应保存其正面、侧面和顶面的图像，实际上，在计算机内，其正面、侧面和顶面的图像都分解为像素的形式，保存在存储器中，当摄像机处于任意的角度位置时，计算机即进行计算，获得相应的画面。同时，三维的场景中，虚拟景物既能作为真实人物的前景出现，也能作为背景出现如图(2)所示: 并且真实人物还能围绕虚拟景物运动如图(3)所示：
这样在视觉效果上更具纵深感，更加真实。显然对于计算机的运算能力、运算速度提出了很高的要求。当然还必然进一步考虑许多细节问题，比如灯光和阴影的问题，当摄像机改变其取向位置时，根据照明条件，阴影部分将发生相应的变化，背景画面应该能够反映出这种变化。
3.视频合成部分
虚拟演播室系统视频合成的基本技术是色键器抠像，摄像机拍摄的蓝幕布前的真实景物：通过色键器进行抠像处理，与计算机生成的虚拟场景合成一个画面。
(1)深度合成技术
虚拟演播室的一个基础就是前景和背景合成的时候，前景的演员可以被背景的内容覆盖，为了做到这一点，一般都采用深度合成技术。所谓深度就是前后关系，这一种技术要考虑两路键信号的深度信息，就可以让背景的内容在演员前面。这不同于二维图像的层技术。因为是三维图像的各像素都带有深度信息，而且各像素还有与摄像机的距离的信息，由这两部分的信息决定前景和背景的像素的可见性。在实时生成的时候，高性能的终端通常使用一个深度缓冲区来贮存像素的深度值，但是在常规演播室里面，实际信号是没有深度信息的。而且也没有一个方法能够实时的赋予前景信号以深度信息，可以采用一个估计值，即估计摄像机与演员之间的距离，前景信号通过色键抠像得到演员部分的信号，先与背景作常规意义上的合成，得到色键序列值，这一部分确定了前景在背景中的位置，再由深度值来进行前后关系的调整，最后输出的深度键值序列就确定了前景和背景的可见性，能够按常规方法合成。
(2)同步技术
要使前景和背景天衣无缝的合成，既要让两个摄像机的参数保持一致，还要让两个摄像机同步，因为当进行实时合成时，前景信号的每一帧是与背景信号的对应帧合成。背景信号因为摄像机跟踪系统和实时生成都要耗费时间，所以要让前景信号延时来保证与背景信号的同步合成。
三、系统的实现
从上面的原理分析可以发现，虚拟演播室每生成一帧图像，就要处理相当多的数据，在实拍时还要求处理速度，达到实时的电视速率，即一秒钟就有25帧图像，如果按常规的处理方法，一切由计算机串行处理，是绝对不可能完成的，这就对虚拟演播室的软硬件设计提出了较高的要求：
1.硬件工作平台
为了使虚拟背景画面与摄像机摄取的前景画面相配合，系统至少要工作在配置有视频处理板的SGI高性能工作站，同时为了完成实时的图像序列生成，必须把这个任务按处理内容分类进行并行处理;实时的完成摄像机跟踪运算，完成人工背景和实际信号深度，支持三维自动建摸的多重处理，对于预处理结果的描述和图像处理的工作，每一个任务要有一个专门的硬件来完成。
2.软件系统
软件系统设计的思想是根据硬件的并行处理的特点，一般采用自适应并行处理的计算。这个处理在实际上就是由一系列的处理器组成的服务器盒，这个服务器盒能完成虚拟演播室所需的各种处理，另外，自适应并行处理模式将运行和编程分开。不需要在编写程序时作并行处理的考虑，因此该种设计方法，因为处理问题较为灵活而成为虚拟演播室软件设计思想的主流。
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