VGA信號(hào)

在虛擬演播室應(yīng)用過程中,涉及眾多關(guān)鍵的技術(shù),這些技術(shù)的有機(jī)組合,成就了最終實(shí)用的虛擬演播室。

一、攝像機(jī)跟蹤技術(shù)

要使前景圖像與虛擬背景之間實(shí)現(xiàn)天衣無縫的結(jié)合, 攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性至關(guān)重要。如果傳送給圖形工作站的數(shù)據(jù)信息沒能準(zhǔn)確反映真實(shí)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)。

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利用攝像機(jī)跟蹤技術(shù)的目的在于將攝像機(jī)當(dāng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)通過編碼處理后將控制數(shù)據(jù)輸入到制作虛擬攝像機(jī)的另一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。根據(jù)這些控制數(shù)據(jù),制作虛擬背景的應(yīng)用軟件就會(huì)來調(diào)整虛擬場(chǎng)景的虛擬攝像機(jī)的位置、方向和鏡頭的運(yùn)動(dòng)參數(shù)等,從而使前后景象實(shí)現(xiàn)同步。

目前,虛擬演播室中的跟蹤技術(shù)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(shù)的基礎(chǔ)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(zhǔn)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(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電子脈沖，進(jìn)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(jī)運(yùn)動(dòng)的主體一云臺(tái) ,可以把電子跟蹤系統(tǒng)劃分為機(jī)械云臺(tái)工作方式和電動(dòng)云臺(tái)工作方式。

1)機(jī)械云臺(tái)工作方式

在機(jī)械云臺(tái)工作方式下,因?yàn)閿z像機(jī)的運(yùn)動(dòng)由攝像師直接操控,所以該方式下的機(jī)電跟蹤系統(tǒng)由改進(jìn)后的攝像機(jī)云臺(tái)、腳輪或升降桿等裝置、編碼器、傳感器和相應(yīng)的電子設(shè)備組成。

2)電動(dòng)云臺(tái)工作方式

在電動(dòng)云臺(tái)工作方式下,通過云臺(tái)控制器或綜合控制器遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)。由于電動(dòng)云臺(tái)本身就包含了電動(dòng)設(shè)備和編碼器,因此只需和系統(tǒng)連接即可將攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)提取出來。

電子跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下:

(1)無延遲獲取攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
(2)支持多臺(tái)攝像機(jī)。
(3)攝像機(jī)可自由搖移、俯仰、變焦和聚焦，也可以結(jié)合導(dǎo)軌、升降臺(tái)、吊臂進(jìn)行拍攝。
(4)可靠性高，精度高,跟蹤準(zhǔn)確。
(5)安裝簡(jiǎn)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(jī)械云臺(tái)校正時(shí)間較長(zhǎng),若跟蹤系統(tǒng)重新啟動(dòng),必須要再次進(jìn)行演播室校正。
(2)若要增加攝像機(jī)則需要增加相應(yīng)的跟蹤裝置。
(3)攝像機(jī)只能進(jìn)行有限程度的活動(dòng)。
(4)安裝成本較高。

2.圖像分析識(shí)別系統(tǒng)

圖像分析識(shí)別系統(tǒng)實(shí)際上是種"運(yùn)動(dòng)估測(cè)算法" 。該系統(tǒng)是在攝像機(jī)攝取的圖像的基礎(chǔ)上,對(duì)運(yùn)動(dòng)畫面進(jìn)行精確的計(jì)算,從而獲得攝像機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。該系統(tǒng)涉及的計(jì)算較多,需要對(duì)攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)前后拍攝的圖像進(jìn)行邊緣處理、透視關(guān)系變化分析、 圖像模塊匹等計(jì)算,從而得出系統(tǒng)所需的攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和位置捕捉參數(shù)。

圖像分析識(shí)別系統(tǒng)可分為模式識(shí)別方式和背景圖像識(shí)別方式。

1)模式識(shí)別方式

模式識(shí)別方式又被稱做網(wǎng)格識(shí)別方式。即首先在演播室的藍(lán)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(dāng)攝像機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí),背景圖形的特征也會(huì)相應(yīng)改變。通過測(cè)試圖形的變化,就可以得知攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù),從而可以確定演員和虛擬場(chǎng)景的透視關(guān)系和距離。

2)背景圖像識(shí)別方式

背景圖像識(shí)別方式與模式識(shí)別方式的工作流程大致相同,區(qū)別在于背景圖像識(shí)別方式?jīng)]有設(shè)置固定的圖案模式,而是以實(shí)際的背景圖案作為預(yù)定模式儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)中。這種方式下,增加了拍攝的自由度,但會(huì)使延遲時(shí)間變得更長(zhǎng)。 圖像分析識(shí)別系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下:

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

圖像分析識(shí)別系統(tǒng)的缺點(diǎn)如下:

(1)系統(tǒng)需要藍(lán)幕上精確的藍(lán)色網(wǎng)格圖案作為參考,因此攝像機(jī)必須探測(cè)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(shí),系統(tǒng)有可能丟失跟蹤信號(hào),從而會(huì)使演員的活動(dòng)范圍受到一定的限制。
(2)由于要對(duì)每幅畫面進(jìn)行精確的計(jì)算,數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算會(huì)延長(zhǎng)視頻延時(shí)時(shí)間。
(3)由于網(wǎng)格圖案是由不同深淺程度的藍(lán)格組成的,因此對(duì)虛擬演播室內(nèi)的布光要求很高,同時(shí)對(duì)色鍵器的質(zhì)量要求也較為嚴(yán)格。