專利名稱：用于虛擬演播室的景置匹配裝置及其匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及所釆集實(shí)景與三維虛擬場景透視關(guān)系匹配技術(shù)領(lǐng)域，尤其是 涉及一種用于虛擬演播室的景置匹配裝置及其匹配方法。
背景技術(shù)：
虛擬演播室技術(shù)經(jīng)過近十多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了巨大進(jìn)步，目前已 進(jìn)入普及應(yīng)用階段。但是，作為虛擬演播室系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)之一的攝像機(jī) 所攝取真實(shí)前景(藍(lán)箱中的節(jié)目主持人或物體)與三維虛擬場景的透視關(guān)系 匹配技術(shù)以及三維虛擬場景與攝像機(jī)位置關(guān)系匹配技術(shù)，現(xiàn)如今都尚欠缺有 效的匹配方法及其裝置。實(shí)踐中，從不同位置、不同角度對同一物體進(jìn)行 觀測的視覺透視效果均存在差異，尤其是在虛擬演播室系統(tǒng)中，更是要快 速并準(zhǔn)確解決置于藍(lán)箱中任意位置的攝像機(jī)所攝取前景與三維虛擬場景 透視關(guān)系之間的匹配問題，只有有效解決了攝像機(jī)所攝取的實(shí)際前景與三 維虛擬場景的透視關(guān)系匹配問題以及三維虛擬場景與攝像機(jī)位置關(guān)系匹 配問題，才能使得真實(shí)場景自動融入三維虛擬場景的空間適當(dāng)位置之中， 并使得三維虛擬場景位置關(guān)系與攝像機(jī)位置關(guān)系相匹配，才能夠反映正確 的三維虛擬空間遮擋與透視關(guān)系，并最終使得所播出的畫面更加真實(shí)，畫 面效果更好、質(zhì)量更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一 種用于虛擬演播室的景置匹配裝置及其匹配方法，其裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用 操作簡便且匹配方法簡單易行，能有效解決前景與三維虛擬場景的透視關(guān) 系匹配及攝像機(jī)與三維虛擬場景的位置關(guān)系匹配問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是 一種用于虛擬演播室
的景置匹配裝置，其特征在于包括置于虛擬演播室中任意位置且對前景 進(jìn)行攝取的攝像機(jī)、安裝在攝像機(jī)上的俯仰傳感器和平搖傳感器、信號輸 入單元、對信號輸入單元所輸入信號進(jìn)行實(shí)時分析處理并換算得出攝像機(jī) 所攝取前景位置和攝像機(jī)當(dāng)前位置坐標(biāo)參數(shù)的信號處理單元以及與所述 虛擬演播室的三維渲染設(shè)備相接的數(shù)據(jù)輸出單元，所述攝像機(jī)、俯仰傳感 器和平搖傳感器均接信號輸入單元,信號輸入單元接信號處理單元，信號 處理單元接數(shù)據(jù)輸出單元。
所述信號處理單元為景置識別板卡。
一種利用上述用于虛擬演播室的裝置進(jìn)行景置匹配的方法，其特征在 于該方法包括以下步驟
(a )以所述虛擬演播室藍(lán)箱中的任 一 點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)o并建立空間三維 直角坐標(biāo)系，所述攝像機(jī)當(dāng)前所處位置A的坐標(biāo)為(x。， y。， z。)，攝像機(jī) 在地面投影點(diǎn)A'的坐標(biāo)為(x。， y。， 0)，其中z。為攝像機(jī)的豎直高度；
(b) 將攝像機(jī)的鏡頭即其取相框中的十字線交錯點(diǎn)對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O;
(c) 將攝像機(jī)俯仰和平搖移動后，使得其鏡頭正對XZ平面或YZ平 面，俯仰移動的角度為cx,平搖移動的角度為P;
(d) 攝像機(jī)、俯仰傳感器和平搖傳感器分別經(jīng)信號輸入單元將其所 釆集的信號傳輸至信號處理單元，信號處理單元在景深位置識別算法單元 的支持下先經(jīng)內(nèi)部分析處理得出攝像機(jī)所攝取真實(shí)前景在所述藍(lán)箱中的 位置坐標(biāo)參數(shù)；信號處理單元再根據(jù)俯仰傳感器和平搖傳感器所傳入的角 度信號處理得出攝像機(jī)當(dāng)前所處位置A的坐標(biāo)參數(shù)當(dāng)攝像機(jī)的鏡頭正對 XZ平面時，位置A的坐標(biāo)參數(shù)為( z0 cot a sin ;6 ， z。 cot or cos ^ , Z0) ;當(dāng)攝像 機(jī)的鏡頭正對YZ平面時，位置A的坐標(biāo)參數(shù)為( z0 cot a cos々,z0 cot or sin ",
zo);
(e) 信號處理單元經(jīng)數(shù)據(jù)輸出單元將經(jīng)其處理的信號傳輸給所述三 維渲染設(shè)備。
所述攝像機(jī)的豎直高度z。=1.4m。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡單且使用操作簡便； 2、實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理運(yùn)算，能夠準(zhǔn)確快速解決置于藍(lán)箱中任意位置的攝 像機(jī)所攝取真實(shí)前景與三維虛擬場景的透視關(guān)系匹配問題以及三維虛擬 場景與攝像機(jī)位置關(guān)系匹配問題，使得真實(shí)場景能夠自動融入三維虛擬場 景的空間適當(dāng)位置之中，并使得三維虛擬場景位置關(guān)系與攝像機(jī)位置關(guān)系 相匹配，因而能夠反映正確的三維虛擬空間遮擋與透視關(guān)系，使得最終使 得所播出的畫面更加真實(shí)，畫面效果更好、質(zhì)量更高；2、應(yīng)用范圍廣泛， 能夠有效應(yīng)用于其他等距離跟蹤、尋蹤技術(shù)領(lǐng)域，例如航天、航海等行業(yè)。
下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明用于虛擬演播室的景置匹配裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明用于虛擬演播室的景置匹配裝置的使用狀態(tài)參考圖。
附圖標(biāo)記說明
l一攝像機(jī)； 2—俯仰傳感器； 3—平搖傳感器；
4一信號輸入單元； 5—信號處理單元； 6—景置處理裝置； 7—數(shù)據(jù)輸出單元； 8—景置匹配識別裝置；9一虛擬演播室渲染圖形
工作站。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示，本發(fā)明用于虛擬演播室的景置匹配裝置包括置于虛擬演播 室中任意位置且對前景進(jìn)行攝取的攝像機(jī)1、安裝在攝像機(jī)1上的俯仰傳 感器2和平搖傳感器3、信號輸入單元4、對信號輸入單元4所輸入信號
進(jìn)行實(shí)時分析處理并換算得出攝像機(jī)l所攝取前景位置和攝像機(jī)l當(dāng)前位 置坐標(biāo)參數(shù)的信號處理單元5以及與所述虛擬演播室的三維渲染設(shè)備相接 的數(shù)據(jù)輸出單元7,其三維渲染設(shè)備即虛擬演播室渲染圖形工作站9。其中，
所述攝像機(jī)1、俯仰傳感器2和平搖傳感器3均接信號輸入單元4，信號 輸入單元4接信號處理單元5,信號處理單元5接數(shù)據(jù)輸出單元7。所述 信號處理單元5為景置識別板卡。也就是說，信號輸入單元4、信號處理 單元5和數(shù)據(jù)輸出單元7三者組成景置處理裝置6;而攝像機(jī)1、俯仰傳感 器2、平搖傳感器3和景置處理裝置6組成景置匹配識別裝置8。
如圖2所示， 一種用于虛擬演播室的景置匹配方法包括以下步驟 第一步、假設(shè)所述虛擬演播室藍(lán)箱中的任一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O并建立空 間三維直角坐標(biāo)系，所述攝像機(jī)l當(dāng)前所處位置A的坐標(biāo)為(x。， y。， z。)， 攝像機(jī)1在地面投影點(diǎn)A'的坐標(biāo)為(x。， y。， 0)，其中z。為攝像機(jī)l的 豎直高度。本實(shí)施例中，攝像機(jī)l的豎直高度z產(chǎn)1.4m。
第二步、將攝像機(jī)l的鏡頭即其取相框中的十字線交錯點(diǎn)對準(zhǔn)坐標(biāo)原
占D
第三步、將攝像機(jī)1俯仰和平搖移動后，使得其鏡頭正對XZ平面或 YZ平面，俯仰移動的角度為oc,平搖移動的角度為P。實(shí)際使用過程中， 既可以先將攝像機(jī)l進(jìn)行俯仰移動后，再進(jìn)行平搖移動；也可以先進(jìn)行平 搖移動，再相應(yīng)進(jìn)行俯仰移動，最終將攝像機(jī)1的鏡頭移動至正對xz平 面或正對YZ平面。本實(shí)施例中，攝像機(jī)1的鏡頭最終正對XZ平面，并且 鏡頭在XZ平面上的正投射點(diǎn)為點(diǎn)B。
第四步、攝像機(jī)l、俯仰傳感器2和平搖傳感器3分別經(jīng)信號輸入單 元4將其所釆集的信號傳輸至信號處理單元5,信號處理單元5在景深位 置識別算法單元的支持下先經(jīng)內(nèi)部分析處理得出攝像機(jī)l所攝取真實(shí)前景 在所述藍(lán)箱中的位置坐標(biāo)參數(shù)；信號處理單元5再根據(jù)俯仰傳感器2和平 搖傳感器3所傳入的角度信號(即俯仰移動角度a和平搖移動角度P)處 理得出攝像機(jī)1當(dāng)前所處位置A的坐標(biāo)參數(shù)當(dāng)攝像機(jī)1的鏡頭正對XZ 平面時，位置A的坐標(biāo)參數(shù)為( z0 cot"sin， z0 cot"cos》，z0 );當(dāng)攝像機(jī) 1的鏡頭正對YZ平面時，位置A的坐標(biāo)參數(shù)為( z0 cot" cos " ， z0 cot" sin々， z。)。本事實(shí)例中，攝像機(jī)l當(dāng)前所處位置A的坐標(biāo)參數(shù)為(z。cotasin",
Zo COt " COS ,Z0 ) 0
第五步、信號處理單元5經(jīng)數(shù)據(jù)輸出單元7將經(jīng)其處理的信號傳輸給 所述三維渲染設(shè)備。所述三維渲染設(shè)備再相應(yīng)經(jīng)方程矩陣計算，配合景置 匹配識別裝置8,實(shí)現(xiàn)三維虛擬場景和攝像機(jī)1所攝取真實(shí)前景的透視關(guān)系 匹配和景深位置關(guān)系的無縫匹配，并實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)1位置和三維虛擬場景位置 關(guān)系的匹配，使得真實(shí)場景能夠自動融入三維虛擬場景的空間適當(dāng)位置之 中，最終反映出正確的三維虛擬空間遮擋與透視關(guān)系。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是 根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu) 變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于虛擬演播室的景置匹配裝置，其特征在于包括置于虛擬演播室中任意位置且對前景進(jìn)行攝取的攝像機(jī)(1)、安裝在攝像機(jī)(1)上的俯仰傳感器(2)和平搖傳感器(3)、信號輸入單元(4)、對信號輸入單元(4)所輸入信號進(jìn)行實(shí)時分析處理并換算得出攝像機(jī)(1)所攝取前景位置和攝像機(jī)(1)當(dāng)前位置坐標(biāo)參數(shù)的信號處理單元(5)以及與所述虛擬演播室的三維渲染設(shè)備相接的數(shù)據(jù)輸出單元(7)，所述攝像機(jī)(1)、俯仰傳感器(2)和平搖傳感器(3)均接信號輸入單元(4)，信號輸入單元(4)接信號處理單元(5)，信號處理單元(5)接數(shù)據(jù)輸出單元(7)。
2. 按照權(quán)利要求l所述的用于虛擬演播室的景置匹配裝置，其特征在 于所述信號處理單元(5)為景置識別板卡。
3. 利用如權(quán)利要求1所述的用于虛擬演播室的景置匹配裝置進(jìn)行景置 匹配的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(a )以所述虛擬演播室藍(lán)箱中的任一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O并建立空間三維 直角坐標(biāo)系，所述攝像機(jī)(1)當(dāng)前所處位置A的坐標(biāo)為(x。， y。， z。)， 攝像機(jī)(1)在地面投影點(diǎn)A'的坐標(biāo)為(x。， y。， 0),其中z。為攝像機(jī) (1)的豎直高度；(b) 將攝像機(jī)(1)的鏡頭即其取相框中的十字線交錯點(diǎn)對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)o;(c) 將攝像機(jī)(1)俯仰和平搖移動后，使得其鏡頭正對XZ平面或 YZ平面，俯仰移動的角度為a,平搖移動的角度為P;(d) 攝像機(jī)(1)、俯仰傳感器(2)和平搖傳感器(3)分別經(jīng)信號 輸入單元(4)將其所釆集的信號傳輸至信號處理單元(5),信號處理單 元(5)在景深位置識別算法單元的支持下先經(jīng)內(nèi)部分析處理得出攝像機(jī)(1)所攝取真實(shí)前景在所述藍(lán)箱中的位置坐標(biāo)參數(shù)；信號處理單元(5) 再根據(jù)俯仰傳感器(2)和平搖傳感器(3)所傳入的角度信號處理得出攝像機(jī)(1)當(dāng)前所處位置A的坐標(biāo)參數(shù)當(dāng)攝像機(jī)(1)的鏡頭正對XZ平 面時，位置A的坐標(biāo)參數(shù)為( );當(dāng)攝像機(jī)(l)的鏡頭正對YZ平面時，位置A的坐標(biāo)參數(shù)為(z。cot"cos々，z。cotasin-, z。)；(e)信號處理單元(5)經(jīng)數(shù)據(jù)輸出單元(7)將經(jīng)其處理的信號傳 輸給所述三維渲染設(shè)備。
4.按照權(quán)利要求3所述的用于虛擬演播室的景置匹配裝置的匹配方 法，其特征在于所述攝像機(jī)(1)的豎直高度z。-1.4m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于虛擬演播室的景置匹配裝置及其匹配方法，匹配裝置包括攝像機(jī)、安裝在攝像機(jī)上的俯仰傳感器和平搖傳感器、信號輸入單元、對信號輸入單元所輸入信號實(shí)時分析處理并換算得出前景位置和攝像機(jī)當(dāng)前位置坐標(biāo)參數(shù)的信號處理單元以及與三維渲染設(shè)備相接的數(shù)據(jù)輸出單元；其匹配方法為以藍(lán)箱中任一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)并建立空間三維坐標(biāo)系，將攝像機(jī)鏡頭對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)，再經(jīng)俯仰和平搖移動后使鏡頭正對XZ或YZ平面，信號處理單元處理得出前景位置和攝像機(jī)當(dāng)前位置的坐標(biāo)參數(shù)并將其處理信號傳輸給三維渲染設(shè)備。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單且操作簡便，能有效解決前景與三維虛擬場景的透視關(guān)系匹配及攝像機(jī)與三維虛擬場景的位置關(guān)系匹配問題。
文檔編號G06T17/00GK101370088SQ200810231730
公開日2009年2月18日 申請日期2008年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者肖宗坤, 黃民主 申請人:西安宏源視訊設(shè)備有限責(zé)任公司