專利名稱：用于虛擬演播室的景置匹配裝置及其匹配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及所釆集實景與三維虛擬場景透視關系匹配技術領域，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：
虛擬演播室技術經過近十多年的發(fā)展，已經取得了巨大進步，目前已 進入普及應用階段。但是，作為虛擬演播室系統(tǒng)中關鍵技術之一的攝像機 所攝取真實前景(藍箱中的節(jié)目主持人或物體)與三維虛擬場景的透視關系 匹配技術以及三維虛擬場景與攝像機位置關系匹配技術，現如今都尚欠缺有 效的匹配方法及其裝置。實踐中，從不同位置、不同角度對同一物體進行 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 速并準確解決置于藍箱中任意位置的攝像機所攝取前景與三維虛擬場景 透視關系之間的匹配問題，只有有效解決了攝像機所攝取的實際前景與三 維虛擬場景的透視關系匹配問題以及三維虛擬場景與攝像機位置關系匹 配問題，才能使得真實場景自動融入三維虛擬場景的空間適當位置之中， 并使得三維虛擬場景位置關系與攝像機位置關系相匹配，才能夠反映正確 的三維虛擬空間遮擋與透視關系，并最終使得所播出的畫面更加真實，畫 面效果更好、質量更高。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一 種用于虛擬演播室的景置匹配裝置及其匹配方法，其裝置結構簡單、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 系匹配及攝像機與三維虛擬場景的位置關系匹配問題。
為解決上述技術問題，本發(fā)明釆用的技術方案是 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 進行攝取的攝像機、安裝在攝像機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行實時分析處理并換算得出攝像機 所攝取前景位置和攝像機當前位置坐標參數的信號處理單元以及與所述 虛擬演播室的三維渲染設備相接的數據輸出單元，所述攝像機、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 處理單元接數據輸出單元。
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箱中的任 一 點為坐標原點o并建立空間三維 直角坐標系，所述攝像機當前所處位置A的坐標為(x。， y。， z。)，攝像機 在地面投影點A'的坐標為(x。， y。， 0)，其中z。為攝像機的豎直高度；
(b) 將攝像機的鏡頭即其取相框中的十字線交錯點對準坐標原點O;
(c) 將攝像機俯仰和平搖移動后，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、俯仰傳感器和平搖傳感器分別經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 的支持下先經內部分析處理得出攝像機所攝取真實前景在所述藍箱中的 位置坐標參數；信號處理單元再根據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當前所處位置A的坐標參數當攝像機的鏡頭正對 XZ平面時，位置A的坐標參數為( z0 cot a sin ;6 ， z。 cot or cos ^ , Z0) ;當攝像 機的鏡頭正對YZ平面時，位置A的坐標參數為( z0 cot a cos々,z0 cot or sin ",
zo);
(e) 信號處理單元經數據輸出單元將經其處理的信號傳輸給所述三 維渲染設備。
所述攝像機的豎直高度z。=1.4m。
本發(fā)明與現有技術相比具有以下優(yōu)點1、結構簡單且使用操作簡便； 2、實時進行數據處理運算，能夠準確快速解決置于藍箱中任意位置的攝 像機所攝取真實前景與三維虛擬場景的透視關系匹配問題以及三維虛擬 場景與攝像機位置關系匹配問題，使得真實場景能夠自動融入三維虛擬場 景的空間適當位置之中，并使得三維虛擬場景位置關系與攝像機位置關系 相匹配，因而能夠反映正確的三維虛擬空間遮擋與透視關系，使得最終使 得所播出的畫面更加真實，畫面效果更好、質量更高；2、應用范圍廣泛， 能夠有效應用于其他等距離跟蹤、尋蹤技術領域，例如航天、航海等行業(yè)。
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
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構示意圖。 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。
附圖標記說明
l一攝像機； 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—數據輸出單元； 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行攝取的攝像機1、安裝在攝像機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
進行實時分析處理并換算得出攝像機l所攝取前景位置和攝像機l當前位 置坐標參數的信號處理單元5以及與所述虛擬演播室的三維渲染設備相接 的數據輸出單元7,其三維渲染設備即虛擬演播室渲染圖形工作站9。其中，
所述攝像機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接數據輸出單元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和數據輸出單元7三者組成景置處理裝置6;而攝像機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、假設所述虛擬演播室藍箱中的任一點為坐標原點O并建立空 間三維直角坐標系，所述攝像機l當前所處位置A的坐標為(x。， y。， z。)， 攝像機1在地面投影點A'的坐標為(x。， y。， 0)，其中z。為攝像機l的 豎直高度。本實施例中，攝像機l的豎直高度z產1.4m。
第二步、將攝像機l的鏡頭即其取相框中的十字線交錯點對準坐標原
占D
第三步、將攝像機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。實際使用過程中， 既可以先將攝像機l進行俯仰移動后，再進行平搖移動；也可以先進行平 搖移動，再相應進行俯仰移動，最終將攝像機1的鏡頭移動至正對xz平 面或正對YZ平面。本實施例中，攝像機1的鏡頭最終正對XZ平面，并且 鏡頭在XZ平面上的正投射點為點B。
第四步、攝像機l、俯仰傳感器2和平搖傳感器3分別經信號輸入單 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內部分析處理得出攝像機l所攝取真實前景 在所述藍箱中的位置坐標參數；信號處理單元5再根據俯仰傳感器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1當前所處位置A的坐標參數當攝像機1的鏡頭正對XZ 平面時，位置A的坐標參數為( z0 cot"sin， z0 cot"cos》，z0 );當攝像機 1的鏡頭正對YZ平面時，位置A的坐標參數為( z0 cot" cos " ， z0 cot" sin々， z。)。本事實例中，攝像機l當前所處位置A的坐標參數為(z。cotasin",
Zo COt " COS ,Z0 ) 0
第五步、信號處理單元5經數據輸出單元7將經其處理的信號傳輸給 所述三維渲染設備。所述三維渲染設備再相應經方程矩陣計算，配合景置 匹配識別裝置8,實現三維虛擬場景和攝像機1所攝取真實前景的透視關系 匹配和景深位置關系的無縫匹配，并實現攝像機1位置和三維虛擬場景位置 關系的匹配，使得真實場景能夠自動融入三維虛擬場景的空間適當位置之 中，最終反映出正確的三維虛擬空間遮擋與透視關系。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是 根據本發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構 變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
權利要求
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行攝取的攝像機(1)、安裝在攝像機(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)所輸入信號進行實時分析處理并換算得出攝像機(1)所攝取前景位置和攝像機(1)當前位置坐標參數的信號處理單元(5)以及與所述虛擬演播室的三維渲染設備相接的數據輸出單元(7)，所述攝像機(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)接數據輸出單元(7)。
2. 按照權利要求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. 利用如權利要求1所述的用于虛擬演播室的景置匹配裝置進行景置 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箱中的任一點為坐標原點O并建立空間三維 直角坐標系，所述攝像機(1)當前所處位置A的坐標為(x。， y。， z。)， 攝像機(1)在地面投影點A'的坐標為(x。， y。， 0),其中z。為攝像機 (1)的豎直高度；(b) 將攝像機(1)的鏡頭即其取相框中的十字線交錯點對準坐標原點o;(c) 將攝像機(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(1)、俯仰傳感器(2)和平搖傳感器(3)分別經信號 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內部分析處理得出攝像機(1)所攝取真實前景在所述藍箱中的位置坐標參數；信號處理單元(5) 再根據俯仰傳感器(2)和平搖傳感器(3)所傳入的角度信號處理得出攝像機(1)當前所處位置A的坐標參數當攝像機(1)的鏡頭正對XZ平 面時，位置A的坐標參數為( );當攝像機(l)的鏡頭正對YZ平面時，位置A的坐標參數為(z。cot"cos々，z。cotasin-, z。)；(e)信號處理單元(5)經數據輸出單元(7)將經其處理的信號傳 輸給所述三維渲染設備。
4.按照權利要求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(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、安裝在攝像機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時分析處理并換算得出前景位置和攝像機當前位置坐標參數的信號處理單元以及與三維渲染設備相接的數據輸出單元；其匹配方法為以藍箱中任一點為坐標原點并建立空間三維坐標系，將攝像機鏡頭對準坐標原點，再經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當前位置的坐標參數并將其處理信號傳輸給三維渲染設備。本發(fā)明裝置結構簡單且操作簡便，能有效解決前景與三維虛擬場景的透視關系匹配及攝像機與三維虛擬場景的位置關系匹配問題。
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:西安宏源視訊設備有限責任公司