虛擬演播室攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)如何獲取？
虛擬演播室攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)(變焦zoom;聚焦focus;光圈zris)，機(jī)頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)(搖移pan;俯仰tilt)，及空間位置參數(shù)(地面位置X、Y和高度Z)等。這些參數(shù)的獲取對虛擬演播室系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的，它可直接影響到虛擬背景的生成。目前有兩種方式可獲得攝像機(jī)的這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即機(jī)械跟蹤方式和圖像分析識別方式。
1)虛擬演播室攝像機(jī)機(jī)械跟蹤方式
這種攝像機(jī)跟蹤系統(tǒng)采集攝像機(jī)的位置及透視數(shù)據(jù)，它通常被安裝在三角架或基座之上。為測量攝像機(jī)的鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)，需要在攝像機(jī)鏡頭上安裝附加裝置。這個(gè)裝置中包含有傳感器和有關(guān)電子裝置，稱為鏡頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)編碼器。這是一種精確的旋轉(zhuǎn)編碼器。鏡頭編碼器通過托架與鏡頭上變焦環(huán)和聚焦環(huán)的齒輪緊密咬合。當(dāng)變焦環(huán)或聚焦環(huán)發(fā)生位置變化時(shí)，編碼器能夠檢測出上、下、左、右擺動(dòng)的細(xì)微角度并將其編碼輸出。信息數(shù)據(jù)通常通過一些串行接口類型如RS-232或RS-422傳送給計(jì)算機(jī)。
攝像機(jī)的地面位置X、Y及高度Z也可用類似的編碼器方式測量，即用相應(yīng)的傳感器檢測攝像機(jī)的升降和云臺腳的轉(zhuǎn)動(dòng)，并對其參數(shù)值進(jìn)行編碼。X、Y及Z跟蹤器允許傳感攝像機(jī)上、下、左、右全方位的信息，可以裝在滑軌或升降架上。不過，用這種方式測得的X、Y參數(shù)精度較低;另有一種測量X、Y參數(shù)的方法是讀條碼法。這種方法要求在云臺上安裝一個(gè)專用廣角攝像機(jī)，同時(shí)在演播室一面墻的底邊安裝有條形碼板，通過廣角攝像機(jī)掃描條形碼可測量出攝像云臺在演播室中的絕對位置。這種方式精度較高，但缺點(diǎn)是必須保證條形碼處于廣角攝像機(jī)的視野范圍之內(nèi)，否則就無法確定位置。有些系統(tǒng)可同時(shí)使用兩種方式確定X、Y位置，即當(dāng)廣角攝像機(jī)能拍攝到條形碼時(shí)，采用讀條形碼法，而當(dāng)廣角攝像機(jī)無法拍攝到條形碼時(shí)(例如中間有遮擋物)，則自動(dòng)轉(zhuǎn)到對云臺腳輪轉(zhuǎn)動(dòng)的編碼方式。利用機(jī)械跟蹤方式有許多優(yōu)點(diǎn)，主要有：
(1)測量攝像機(jī)參數(shù)可以達(dá)到非常精確，旋轉(zhuǎn)角度可以達(dá)到0.001°，移動(dòng)距離可以達(dá)到0.01毫米的精確度，工作穩(wěn)定，數(shù)據(jù)處理時(shí)間短。
(2)單顏色藍(lán)背景，無需用戶繪制背景墻，很容易照亮藍(lán)色背景而不用擔(dān)心照亮網(wǎng)格。攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)不受限制，因此允許攝像機(jī)有更好的拍攝角度;演員更容易接受虛擬場景。演員在藍(lán)色舞臺范圍內(nèi)可以任意速度自由活動(dòng)，不受限制;自由使用真實(shí)的藍(lán)色支持道具，不用擔(dān)心遮擋網(wǎng)格。
(3) 跟蹤數(shù)據(jù)沒有延時(shí)?？梢?0Hz速率進(jìn)行搖移、俯仰及變焦，無需額外的工作站處理跟蹤信息。
(4) 在合成拍攝過程中可以很容易處理陰影，無需進(jìn)行額外的修補(bǔ)不足之處。
同時(shí)機(jī)械跟蹤系統(tǒng)也有許多缺點(diǎn)，由于這種方式必須在攝像機(jī)鏡頭及云臺上安裝專用編碼器，使得演播室中可使用的攝像機(jī)的種類及數(shù)量受到限制，一般只限于ENG/EFP型，并且每臺攝像機(jī)必須有一個(gè)跟蹤器;其次，不能使用手持式攝像機(jī)，因?yàn)閿z像機(jī)的機(jī)械跟蹤系統(tǒng)部分過于龐大、笨重，增加了攝影師靈活使用的難度;再次，機(jī)械跟蹤需要對攝像機(jī)的鏡頭進(jìn)行精確的測量，校正困難;最后就是定位，在拍攝之前，需要一個(gè)非常耗時(shí)的過程來獲取攝像機(jī)的初始位置和方向。$pagefy$
2)圖像分析識別方式
機(jī)械跟蹤方式是直接對攝像機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測量，而圖像分析識別方式與之截然不同，是利用圖像分析識別技術(shù)在拍攝期間同步控制并檢測攝象機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括位置參數(shù)(X、Y、Z)，水平轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)和變焦參數(shù)，所有這些參數(shù)都被轉(zhuǎn)化成位置參數(shù)，這就使得攝像師能夠在拍攝過程中隨意移動(dòng)攝象機(jī)，而且也不需要特殊的攝像機(jī)。目前已在使用的一種在藍(lán)箱正面有用淺藍(lán)色組成的網(wǎng)格圖案，而且正面是傾斜放置的。這種精確的網(wǎng)格圖案以兩種不同的藍(lán)色形狀繪制于籃背景上，藍(lán)背景整體采用與傳統(tǒng)演播室相同的藍(lán)色，因此仍可利用色鍵合成技術(shù)。攝像機(jī)拍攝這種圖案后，與計(jì)算機(jī)跟蹤軟件及硬件預(yù)先確定的模型進(jìn)行對比，以確定物體與虛擬場景的透視關(guān)系及距離。所以，當(dāng)啟動(dòng)攝像機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)對藍(lán)背景網(wǎng)格進(jìn)行定位追蹤，利用圖像分析的方法檢測出其亮度的變化，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算出每一幅圖像中由于攝象機(jī)運(yùn)動(dòng)而引起的水平位移、垂直位移及鏡頭變焦參數(shù)的變化。這些參數(shù)被送入圖形工作站中，控制著用計(jì)算機(jī)制作出的虛擬場景中的攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，這樣，在虛擬的攝像機(jī)中看到的場景中的物體的位置及透視關(guān)系與實(shí)際拍攝的攝像機(jī)完全一致。這種圖像識別技術(shù)解決了用傳感器的攝像機(jī)系統(tǒng)所造成的限制及校準(zhǔn)要求，便于攝影師能運(yùn)用各種攝像機(jī)以不同的角度進(jìn)行拍攝。數(shù)字視頻中包含有大量的數(shù)據(jù)流，需進(jìn)行數(shù)億次的圖形計(jì)算，從而導(dǎo)致了圖形工作站產(chǎn)生的圖像滯后于現(xiàn)場攝象機(jī)拍攝畫面7～15個(gè)圖像幀的延遲。為了解決這個(gè)問題，虛擬演播室使用視頻和音頻延遲硬件以達(dá)到攝象機(jī)圖像和圖形工作站制作的背景圖像間的同步。傳輸中的延遲量取決于攝像機(jī)的跟蹤方法和圖形工作站的處理能力。
采用圖像分析法有很多優(yōu)點(diǎn)，最主要的是：
(1) 不需要對攝像機(jī)進(jìn)行改造，無需鏡頭校準(zhǔn)。
(2) 可直接使用演播室原有的攝像機(jī)，甚至是便攜式攝像機(jī)。
(3) 同一個(gè)跟蹤器可同時(shí)用于一個(gè)以上的攝象機(jī)。
(4) 攝像機(jī)可以不用軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
但這種方式也存在很多不足之處。
(1) 由于這種方式要對圖像進(jìn)行分析、計(jì)算，所以數(shù)據(jù)處理時(shí)間長，加大了視頻延時(shí)量。
(2) 用這種方式獲得的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的精度比機(jī)械傳感器的精度低。
(3) 當(dāng)參考點(diǎn)不在當(dāng)前視野時(shí)，跟蹤系統(tǒng)有可能失去方向，必須準(zhǔn)確知道參考點(diǎn)的坐標(biāo)，使攝象機(jī)移動(dòng)時(shí)維持住正確的相對位置。在藍(lán)室內(nèi)標(biāo)記參考點(diǎn)也不是一件容易的事情，這種精確的藍(lán)色圖案必須被繪制在藍(lán)背景之上，它必須有別于藍(lán)底，這種藍(lán)色網(wǎng)格圖案在制作色鍵過程的陰影很難處理，同時(shí)合成后又應(yīng)該是不可見的。攝像機(jī)拍攝不能垂直于藍(lán)色網(wǎng)格圖案，必須偏離30度角以上，否則不能準(zhǔn)確定位。另外，這種藍(lán)色網(wǎng)格圖案很難保持良好的鍵的質(zhì)量。
(4)當(dāng)攝像機(jī)散焦或者攝取畫面中圖像信息量過少時(shí)，系統(tǒng)無法正常工作。為了保持精確的跟蹤，攝像機(jī)的焦點(diǎn)必須始終保證在網(wǎng)格上，真實(shí)的演員有時(shí)會(huì)顯得模糊。
以上兩種方式是虛擬演播室常用獲得攝象機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法，各有千秋。如果需要了解其他或有廣播電視設(shè)備需求的朋友，可在線咨詢我們的客服!推薦閱讀>>>>>淺析虛擬演播室的應(yīng)用途徑
