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1、生活中的视觉课程论文基于机器视觉的虚拟演播室系统学号姓名二零一七年三月摘要虚拟演播室系统应用摄像机跟踪技术，获得真实摄像机数据，并与计算机生成 的背景结合在一起，背景成像依据的是真实的摄像机拍摄所得到的镜头参数，因而 和演员的三维透视关系完全一致，避免了不真实、不自然的感觉。由于背景大多是 由计算机生成的，可以迅速变化，这使得丰富多彩的演播室场景设计可以用非常经 济的手段来实现，由于它本身所具有的无穷魅力以及其不可低估的发展前景，迄今 已被越来越多的节目制作及有关人员所关注。虚拟演播室在应用传统的色键合成技术的基础上实现了摄像机可以与背景同 步运动的功能，使演员可以有效地融合到虚拟场景中，同时
2、在与虚拟对象流互动时 无任何违和感。演员在虚拟演播室的蓝箱中表演时，由摄像机采集前视频信号，并 且通过跟踪设备实时地采集摄像机的各项参数信息，再把跟踪设的数据传给高速图 形计算机，最后，通过图形发生器将演员与背景图像合成。中，在拍摄演员时采用 蓝色背景，然后使计算机生成的虚拟背景与演员摄像视频步工作，再利用色键器的 抠图合成技术将两路信号实时合成，将其作为最后的输出。关键词：虚拟演播室； 机器视觉； 虚拟演播室系统；色键与蓝箱AbstractApplication of the virtual studio system camera tracking technology, obtain t
3、he real camera data, and the computer generated background together, the background image is based on the real camera lens parameters obtained, and thus actor 3D perspective relationship is completely consistent, avoid is not true and natural feeling. Because the background is mostly produced by the
4、 computer, can change rapidly, which makes the rich and colorful design studio scene can be used to achieve a very economical means, because of its inherent charm and its development prospects should not be underestimated, so far has been more and more concerned about the production .On the basis of
5、 the traditional color key combination technology, the virtual studio can realize the camera and the backgroundThe synchronous motion function, the actor can be effectively integrated into the virtual scene, at the same time to interact with virtual objects flow without any sense of violation. Actor
6、 in the blue box in the virtual studio, the video signal collected by the camera, and the parameters of the information real-time camera tracking equipment, then set the tracking data to high speed graphics computer, finally, a pattern generator will actor and background image synthesis. In the blue
7、 background in the film actor, and then make the virtual background and actor computer generated video step, using matting synthesis technology key machine will be real-time synthesis of two signals, as the final output. The virtual studio turned out to be a benefit for high-definition television te
8、chnology, this new technology provides a strong support for the development of the virtual studio high definition television. At the same time, the motion parameters of the sensor tracking system camera are acquired, and the final rendering output includes the background signal and the key signal as
9、 the foreground occlusion.Keywords: Virtual studio; machine vision; virtual studio system目录摘 要 IIABSTRACT III第1章 绪 论 11.1 背景和意义 错误!未定义书签。1.2 研究历史及研究进展 错误!未定义书签。1.3 基本原理 错误!未定义书签。1.4 本论文的组织和结构第 2章 虚拟演播室的系统构成 错误!未定义书签。2.1 摄像机跟踪系统 错误!未定义书签。2.1.1 机械传感方式 错误!未定义书签。2.1.2 超声波定位方式 错误!未定义书签。2.1.3 网格图案识别方式 错误!
10、未定义书签。2.1.4 辅助摄像机技术 错误!未定义书签。2.1.5 红外传感方式 错误!未定义书签。2.2 虚拟背景生成系统 错误!未定义书签。2.2.1 虚拟场景的制作 错误!未定义书签。2.2.2 实时背景生成 错误!未定义书签。2.3 视频合成系统 错误!未定义书签。第 3章 虚拟演播室系统的设计 错误!未定义书签。3.1摄像机跟踪部分的设计错误!未定义书签。3.1.1基于传感器的系统错误!未定义书签。3.1.2 基于图形分析系统 错误!未定义书签。3.2计算机虚拟场景生成的设计错误!未定义书签。3.3视频合成部分的设计错误!未定义书签。3.3.1灯光系统设计错误!未定义书签。3.3.
11、2 蓝箱设计 错误!未定义书签。3.3.3 键控系统的设计 错误!未定义书签。第 4章 虚拟演播室系统的实际运用模式 错误!未定义书签。4.1 二维虚拟演播室 错误!未定义书签。4.2 三维虚拟演播室 错误!未定义书签。4.3 HD 虚拟演播室 错误!未定义书签。4.4 虚拟重放系统 错误!未定义书签。第IV页4.5 虚拟广告系统错误!未定义书签。结论及展望 15参考文献 17XX大学本科毕业设计(论文)第 1 章 绪论1.1概述虚拟演播室(Vir tual Stu dio)是近年发展起来的一种新兴电视制作技术，是传 统演播室色键抠像技术与计算机虚拟现实相结合的产物。它将摄像机拍摄的图像与 计
12、算机制作的虚拟场景完美地结合起来，创造出令人异想天开的虚拟世界。这一技 术的应用，使得电视工作者摆脱了时间、空间及道具制作方面的限制,能够自由地遨 游在广阔的想象空间之中，极大地提高了电视台的节目创作及制作能力。并且由于 虚拟场景的制作、修改、保存都是在计算机中进行，省去了真实场景的搭建、拆卸、 储藏等环节，降低了节目制作的费用，提高了演播室的效率。虚拟演播室系统应用摄像机跟踪技术，获得真实摄像机数据，并与计算机生成 的背景结合在一起，背景成像依据的是真实的摄像机拍摄所得到的镜头参数，因而 和演员的三维透视关系完全一致，避免了不真实、不自然的感觉。由于背景大多是 由计算机生成的，可以迅速变化，
13、这使得丰富多彩的演播室场景设计可以用非常经 济的手段来实现，由于它本身所具有的无穷魅力以及其不可低估的发展前景，迄今 已被越来越多的节目制作及有关人员所关注。虚拟演播室是一种全新的电视节目制作工具，虚拟演播室技术包括摄像机跟踪 技术、计算机虚拟场景设计、色键技术、灯光技术等。虚拟演播室技术是在传统色 键抠像技术的基础上，充分利用了计算机三维图形技术和视频合成技术，根据摄像 机的位置与参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保持一致，经过色键合成后， 使得前景中的主持人看起来完全浸尽于计算机所产生的三维虚拟场景中，而且能在 其中运动，从而创造出逼真的、立体感很强的电视演播室效果。采用虚拟演播室技术，
14、可以制作出任何想象中的布景和道具。无论是静态的， 还是动态的，无论是现实存在的，还是虚拟的。这只依赖于设计者的想象力和三维 软件设计者的水平。许多真实演播室无法实现的效果，对于虚拟演播室来说，确是 “小菜一碟”。例如，在演播室内搭建摩天大厦，演员在月球进行“实况”转播， 演播室里刮起了龙卷风等等。现在有的电视台已经起用了虚拟主持人，并且成为了 明星，他们不仅可以配合真人的主持人主持节目，而且还可以单独主持节目。这些 都是虚拟演播室创造性的体现。虚拟演播室的产生，给视频节目制作、电视广播带来了一场革命。1.2研究历史及研究进展1978 年，Eugene L.提出了 “电子布景(Electro S
15、tudio Setting)的概念， 指出未来的节目制作，可以在只有演员和摄像机的空演播室内完成，其余布景和道 具都由电子系统产生。随着计算机技术与虚拟现实(Virtual Reality)技术的发 展，在1992年以后虚拟演播室技术真正走向了实用。1993年，以色列ORAD推出 了世界上第一套真三维虚拟演播室，此后另外一家以色列厂商RTSet也推出了基于 传感器跟踪技术的真三维虚拟演播室，此后的10年中，虚拟演播室厂商陆续推出 自己的产品，西班牙的BrainStorm, BBC英国广播电视公司的虚拟演播室，法国PSY 等等，以及2000年之后中国大洋、奥维迅、新奥特也相继推出自己的虚拟演播室
16、 产品，虚拟演播室要求实时图形图像渲染技术很高，并要求配合方便，使用便捷的 虚拟演播室跟踪技术，经过市场的淘汰、演变，所剩余继续发展虚拟技术的厂商逐 渐减少，2008年之后，一些无跟踪的虚拟演播室技术开始推向专业市场，被称为无 轨跟踪虚拟演播室，此类虚拟演播室没有摄像机跟踪技术，无法获得真实摄像机的 运动参数，图形工作站也无需按照摄像机的运动实时渲染25帧/秒的画面，因此此 种方式的虚拟演播室适合学校、电教室等等非专业用户的使用。作为数字演播室发展新技术，虚拟演播室技术已成为了当今数字电视演播室新 技术的热点。在1993年IBC展览会上虚拟演播室技术首次亮像，并在各种电视转 播中得以实现。迄今，中央电视台、各省级电视台、教育行业、企业等大量采用了 此技术，该技术的发展促
